4-2017

Automatisierung

Automatisierung Individuelle Systemlösungen von der Kabelprüfmaschine bis zur Intralogistik Elektronik und Mechanik aus einer Hand Bild 1: Das Transportsystem für die Intralogistik im Allgemeinen Krankenhaus der Stadt Wien (AKH Wien) wird von DC-Antrieben auf bürstenlose Servotechnik umgerüstet. (Quelle: Mattke) AutorInnen: Wer für die Instandhaltung der Krankenhauslogistik zuständig ist, kann sich nicht auch noch mit der Entwicklung neuer Transportsysteme befassen. Kabelentwickler und -hersteller kaufen Systeme für die Kabelprüfung lieber zu. Der Maschinenkonstrukteur, der die für seine Maschine benötigten Komponenten nicht „von der Stange“ kaufen kann, sucht Experten, die die entsprechenden Anpassungen vornehmen. Systemlösungen aus Elektronik und Mechanik sind gefragt und zwar vom externen Dienstleister. Stärker denn je fokussieren sich Unternehmen heute auf ihre Kernkompetenzen und entwickeln in ihrem Spezialgebiet bestimmte Produkte. Gerade wenn bei der Entwicklung dieser Produkte eine Komponente oder ganze Maschinen lediglich als „Hilfsmittel“ benötigt werden, kann es sinnvoll sein, deren Entwicklung auszulagern. Dann sind Experten gefragt, die Know-how rund um Antriebstechnik, Mechanik, Steuerungs- und Messtechnik vereinen. Einige Anwendungsbeispiele machen deutlich, welche Anforderungen dabei an einen solchen Systemlieferanten gestellt werden. Individuelle Systemlösungen Im zweitgrößten Krankenhaus Europas, dem AKH Wien, wird derzeit das Transportsystem für die Intra logistik umgerüstet (Bild 1). Auf knapp 13 Kilometer Schienennetz übernehmen 800 Transportfahrzeuge täglich circa 3000 Transporte. Die in die Jahre gekommenen herkömmlichen Fahrzeuge mit DC- Antrieb werden nun auf moderne bürstenlose Servo technik umgerüstet, um die Vorteile dieser Technik wie Wartungsfreiheit, geringeres Gewicht und reduzierter Bauraum zu nutzen. Da die Transportfahrzeuge nach und nach ausgetauscht werden, besteht die Herausforderung darin, beide Varianten trotz völlig unterschiedlicher Antriebsund Steuerungstechnik auf dem gleichen Schienennetz zu betreiben. Ähnliche Beispiele finden sich derzeit bei Umrüstungen der Intralogistik in mehreren nationalen und internationalen Krankenhäusern und Bibliotheken. Aber auch in ganz anderen Anwendungen können externe Systemlösungsanbieter ins Boot kommen. Bei der Entwicklung einer Mikrozahnringpumpe für die Verfahrenstechnik galt es, einen bürstenlosen DC-Servomotor samt passendem Motion Controller in einem speziellen Gehäuse unterzubringen und so eine ATEX-zertifizierte Lösung zu schaffen (Bild 2). Dies sind keine fiktiven Beispiele, sondern kundenspezifische Lösungen von Mattke. Das Motto des Unternehmens lautet seit über 50 Jahren: Elektronik und Mechanik aus einer Hand. Die Spanne der realisierten Systemlösungen ist dabei weit. Über diese individuellen Lösungen wurde das Unternehmen mittlerweile auch zum führenden Hersteller von Kabelprüfmaschinen. Auch dieses Beispiel zeigt sehr gut, wie aus Elektronik und Mechanik kundenspezifische Lösungen entstehen. Antriebstechnik und Mechanik treffen Messtechnik Ohne Leitungen – sei es zur Stromoder Datenübertragung – geht heute in der Automatisierungstechnik nichts. Prozesse werden immer schneller und damit nimmt auch die Geschwindigkeit eingesetzter Robotik immer mehr zu. Das stellt hohe Anforderungen an die verwendeten Kabelleitungen. In alle Richtungen müssen sie sich bewegen, biegen und verdrehen lassen und dennoch über lange Zeit hinweg zuverlässig ihren Dienst verrichten. Ganz egal, ob es sich um Kupfer- oder Glasfaserleitungen handelt, versagt ein Kabel seinen Dienst, steht unter Umständen eine ganze Produktion still und das kann teuer werden. Die Zuverlässigkeit von Kabeln und Vorhersagen darüber, wie viele Biege zyklen sie überstehen können, sind für einen zuverlässigen Betrieb samt einer vorbeugenden Instandhaltung immens wichtig. Dipl.-Wirt. Ing. (FH) Alex Homburg und Dipl.-Ing. (FH) Nora Crocoll, beide Redaktionsbüro Stutensee Bild 2: In dieser Systemlösung wurde ein bürstenloser DC-Servomotor samt passendem Motion Controller in einem speziellen Gehäuse untergebracht und so eine ATEX-zertifizierte Lösung als Antrieb für Mikrozahnringpumpen für die Verfahrenstechnik entwickelt (Quelle: Mattke) 24 PC & Industrie 4/2017

Automatisierung d a b c Bild 3: Mattke bietet Kabelprüfmaschinen für alle Prüfaufgaben an: Flextests (a), Torsionstestmaschinen (b), Wechselbiegetests (c) und Schleppkettentest (d) (Quelle: Mattke) Klaus-Dieter Bütow, Vorstand der Mattke AG berichtet, wie die mittlerweile große Sparte für Kabelprüfmaschinen in seinem Unternehmen entstand: „Einer unserer langjährigen Kunden benötigte vor über zehn Jahren eine neue Kabelprüfmaschine, um Stresstests an unterschiedlichen Kabeln durchzuführen. Er sprach uns an, ob wir ihm diese bauen könnten. Zwar hatten wir das zuvor noch nicht gemacht, jedoch trifft eine solche Aufgabe genau unsere Kernkompetenz: Zum Bewegen der Kabel ist robuste Antriebstechnik und Mechanik gefragt kombiniert mit zuverlässiger Messtechnik. Wir haben die Maschine also natürlich gebaut.“ Über die Jahre kamen immer weitere Kunden mit den unterschiedlichsten Spezifikationen und Anforderungen an die Maschinen dazu und die Freiburger sammelten mehr und mehr Wissen rund um den aktuellen Stand der Technik und die geltenden Vorgaben und Normen. Auf Biegen und Brechen Mittlerweile bietet das Unternehmen Kabelprüfmaschinen für alle Prüfaufgaben an: Flextests, Wechselbiegetests und Torsionstestmaschinen (Bild 3a - c). Beim Flextest werden Kabel über zwei Umlenkrollen in vorgegebenen Winkel umgeleitet und viele tausend Zyklen hinund herbewegt. Bei den Wechselbiegetests dagegen wird ein Kabel immer wieder um denselben Punkt gebogen, um beispielsweise Informationen für die Belastung hinter Steckern zu gewinnen. Beim Torsionstest schließlich werden Kabel verdreht. Geprüft wird generell auf Kabelbruch sowie Durchschlagfestigkeit der Isolierungen. Meist ist es sinnvoll, mehrere Prüflinge gleichzeitig zu testen, die Mechatronik-Experten haben dazu Maschinen entwickelt, mit denen sich je nach Kundenwunsch mehrere Leitungen parallel prüfen lassen. Prüfling und Prüfgeräte müssen rauen Umgebungsbedingungen standhalten Eine wesentliche Frage bei den Tests ist auch, wie sich Kabel unter rauen Umgebungsbedingungen vor allem bei sehr niedrigen bzw. hohen Temperaturen verhalten. Denn nicht nur Kabelwiderstand und Leitfähigkeit, sondern auch die Eigenschaften der Isolierung hängen zu großen Teilen von der Umgebungstemperatur ab. Dann müssen nicht nur die getesteten Kabel diesen in der Klimakammer simulierten widrigen Umständen standhalten, sondern auch die eingesetzte Antriebsund Messtechnik. Ohnehin ist die Messtechnik eine der wesentlichen Herausforderungen beim Bau von Kabelprüfmaschinen. Während es manchen Anwendern reicht, wenn der aufgetretene Kabelbruch nur gemeldet wird, möchten andere eine Widerstandsänderung messen, damit eine mögliche Beschädigung bereits im Vorfeld erkannt werden kann. Für die Messtechnik ist das alles andere als trivial, da je nach Prüfstrom Temperaturänderungen im Kabel und auch der Umgebung in das Messergebnis einfließen. Einige Kabel, wie zum Beispiel in der Medizintechnik, werden mit niedrigen Prüfströmen von einigen Milliampere beaufschlagt, andere dagegen mit Prüfströmen von bis zu 40 Ampere. Während die Mechanik beim Test von Kupfer- und Lichtwellenleitern mehr oder weniger identisch ist, muss die Auswertung natürlich individuell angepasst werden. Ebenfalls wichtig ist es, dass der Maschinenbauer mit den einschlägigen Normen vertraut ist. Bütow ergänzt: „Oft ist es allerdings so, dass die jeweils geltenden Normen nicht ausreichend sind. Wir erleben daher immer wieder, dass unsere Kunden ihre Prüfvorgaben um eigene Anforderungen ergänzen, die meist weit über die Angaben der Normen hinaus gehen.“ Lösungen für die Nische Weil der Anschaffungspreis für die Kabelprüfmaschinen gewöhnlich sehr hoch ist, ist es wichtig, dass sich die Maschinen zum Test verschiedener Kabelarten umrüsten lassen. Nach Rücksprache mit dem Anwender werden die Maschinen entsprechend flexibel konzipiert, so dass sich die nötigen mechanischen Komponenten mit möglichst wenig Aufwand tauschen lassen und auch die Auswertesoftware einfach an den jeweiligen Prüfling angepasst werden kann. Momentan arbeitet man bei Mattke an der vielleicht anspruchsvollsten Kabelprüfmaschine der Firmengeschichte. Auf ihr werden mehrere sechsadrige Kabel mit einem Gesamtdurchmesser von je 25 mm mit 40 Ampere und 400 Volt je Ader beaufschlagt. Zu diesem Zweck wurden unter anderem eigene Netzteile entwickelt, um die Verlustleistung möglichst gering zu halten. Die Aufgabenstellung lautet: Widerstandsüberwachung, Bruchüberwachung und Prüfen der Isolierung, um im Betrieb den Durchschlag zwischen benachbarten Adern oder auf die Maschine zu vermeiden. Auch wenn eine Kabelprüfmaschine ein sehr spezielles Produkt ist, zeigt sich daran exemplarisch, wie die Antriebsspezialisten ihre Kunden unterstützen. Sie sind weit mehr als nur Komponentenlieferant, sondern realisieren individuelle Anpassungen einzelner Komponenten ebenso, wie sie im Kundenauftrag Systemlösungen für äußerst komplexe Probleme liefern. Eigene Mechanik- und Elektronikwerkstätten schaffen Flexibilität und helfen dabei, Nischen mit individuellen Lösungen zu bedienen. Den Mechanik-, Elektronik- und Softwareingenieuren steht dabei eines der umfangreichsten Produktportfolios in der Branche zur Verfügung. Wo möglich, wird Antriebstechnik „von der Stange“ eingesetzt und, falls nötig, durch eigene Produkte oder Anpassungen in den Mattke- Werkstätten ergänzt. • Mattke AG info@mattke.de www.mattke.de PC & Industrie 4/2017 25