Garantierte Identifikation Sicherer Werkzeugwechsel durch RFID-System

Es gibt zwei unterschiedliche Verfahren zur Montage von Katalysatoren: Hardstuffing und Softstuffing. Beim Hardstuffing wird ein Monoblock mit Fasermatte unter Druck in ein zuvor auf Maß geweitetes Rohr geschoben. Beim Softstuffing hingegen wird der Monoblock mit Fasermatte locker in ein Außenrohr geschoben und dann das Außenrohr auf des Zielmaß gestaucht. Die Montage von Katalysatoren im Hardstuffing- oder Softstuffing-Verfahren in einer automatisierten Fertigungszelle ist hochkomplex. Auch deshalb wenden sich viele namhafte Fahrzeughersteller an die Kirschenhofer Maschinen GmbH im schwäbischen Nersingen-Straß bei Neu-Ulm. Der Sondermaschinenbauer ist auf derartige Montagemaschinen spezialisiert.

Flexibel und rückverfolgbar

In einer jüngst von Kirschenhofer fertiggestellten Montageanlage für die Katalysatoren eines großen LKW-Herstellers werden bis zu 60 verschiedene Katalysatortypen gefertigt. Die Kats sind unterschiedlich groß und im Querschnitt rund, oval oder polygon. Sie werden wahlweise im Hardstuffing- oder Softstuffing-Verfahren hergestellt. Um alle Varianten ohne Umrüstzeiten fertigen zu können, muss die Anlage extrem flexibel sein. Außerdem muss für jeden einzelnen Katalysator auch nach vielen Jahren noch nachvollziehbar sein, welche Charge an Rohren, Fasermatten und Monos darin verbaut wurde. Nur so lassen sich mögliche Kosten und Imageschäden durch Rückrufaktionen auf ein Minimum begrenzen.

RFID-Werkzeugidentifikation

Produktionsfehler erkennt beziehungsweise vermeidet die Anlage schon während des Fertigungsprozesses. So werden beispielsweise die Monoblöcke auf Schäden an den Kanten überprüft und defekte Teile automatisch aussortiert. Beim Hardstuffing-Verfahren müssen die Rohre auf das Zielmaß gespreizt werden. Je nach Geometrie des späteren Katalysators werden dafür verschiedene Werkzeuge in eine Maschine gespannt und häufig schon nach einem Produktionslos wieder ausgewechselt. Bei Losen zwischen 200 und 1000 Katalysatoren und einem Produktionstakt von rund einem Gerät pro Minute müssen also mehrmals am Tag Werkzeuge ausgetauscht werden. Da der Kunde die Werkzeuge in einem zentralen Hochregallager aufbewahrt, wo sie auch für den Einsatz in anderen Maschinen bereitgehalten werden, wünschte er eine automatisierte Identifikation der Werkzeuge.

Die Werkzeugidentifikation geschieht über Turcks RFID-System „BL ident“. Zu diesem Zweck sind an allen Werkzeugen Datenträger vom Typ TW-R30-M-K2 ins Metall eingelassen. „Beim Kunden sind 20 verschiedene Werkzeuge im Einsatz“, erklärt Thomas Schön, Programmierer bei Kirschenhofer. „Auf dem RFID-Datenträger ist die ID-Nummer des jeweiligen Werkzeugs hinterlegt. Anhand der ID prüft die Maschine, ob das richtige Werkzeug eingesetzt wurde. Erst dann gibt sie das Aufspreizen des Rohres frei.“ Bei bis zu 60 Tonnen Kraft, die die Maschine ausübt, würde ein falsches Werkzeug enormen Schaden verursachen.

An den Werkzeugaufnahmen sind kompakte HF-Schreibleseköpfe vom Typ TN-Q14 angebracht. „Die RFID-Reader von Turck haben wir wegen ihrer kompakten Bauform gewählt“, begründet Craig Craill, Leiter Elektrik bei Kirschenhofer, die Entscheidung. Zu Recht, denn der TN-Q14 ist nur 14 Millimeter hoch und bietet dennoch einen maximalen Schreibleseabstand von bis zu 72 Millimetern. In der Metallumgebung ist die Reichweite zwar kürzer, genügt aber immer noch, um den Schreiblesekopf vor Kollisionen mit dem Werkzeug zu schützen.

Verschleißerkennung

Ein anderer Maschinentyp von Kirschenhofer, der in mehr als zehnfacher Ausführung bei einem namhaften deutschen Automobilhersteller steht, überprüft auch den Rohrdurchmesser nach dem Aufspreizen und vergleicht diesen mit den auf dem Datenträger hinterlegten Toleranzwerten. Dank dieser Zusatzoption erkennt die Maschine auch den Werkzeugverschleiß, Materialfehler oder eine Fehlbedienung beim Auf­spreizen. Da die Maximal- und Minimaldurchmesser des Rohrs auch in der aktuellen Anlage für LKW-Katalysatoren hinterlegt sind, wäre eine Nachrüstung dieser Zusatzfunktion leicht machbar.

Innerhalb der Anlage werden die leeren und vollen Rohre mit Robotergreifern von einer Bearbeitungsstation zur nächsten transportiert. Abhängig davon, ob das Rohr leer oder gefüllt ist, muss der Pneumatikgreifer unterschiedlichen Druck aufwenden. Ein leeres Rohr darf der Roboterarm nur mit 2,5 bar anfassen, um es nicht zu zerdrücken. Der Roboter bringt das leere Rohr zur sogenannten Einschiebestation, wo es mit einem Monoblock mit Fasermatte befüllt wird. Danach wiegt es rund 20 kg und muss mit 6 bar angepackt werden, um nicht aus dem Greifer zu fallen.

Wartungsfreundliche Module

Die Kommunikation der entsprechenden Analogwerte an das Pneumatikventil läuft über Turcks kompaktes Profinet-Block-I/O TBEN-S2-4AO. Das IP67-Modul ist direkt auf dem Roboterarm montiert und gibt die Werte von der Steuerung zum Ventil weiter. Ein TBEN-S2-4AI-Modul mit Analogeingängen gibt die Analogwerte des Pneumatikventils zurück an die Steuerung. Turcks Multiprotokoll-TBEN-S-Module sprechen drei Industrial-Ethernet-Protokolle und lassen sich daher nicht nur in Profinet einsetzen, sondern auch in Ethernet/IP und Modbus TCP.

„Wir setzen nur Profinet ein, obwohl uns immer wieder amerikanische Kunden fragen, ob wir auch eine Allen-Bradley-Steuerung verwenden können“, so Craill. „Wir haben allerdings unseren Standard und können nur wirtschaftlich arbeiten, wenn wir unser System technisch bis ins letzte Detail verstehen.“

Noch was Neues?

Craig Craill wartet schon gespannt auf die neuen TBEN-S2-RFID-Module, die im sogenannten Bus-Mode bis zu 32 adressierbare Schreibleseköpfe in Linientopologie anbinden können. Dadurch verringert sich der Verdrahtungsaufwand von den Schreibleseköpfen zum RFID-Interface. Außerdem werden weniger Ports benötigt, was wiederum Kosten und Platz spart.