Die Automobilhersteller erwarten State-of-the-Art Maschinen von den Sondermaschinenbau-Herstellern. Die Maschinenbauer erwarten wiederum von den Steuerungsherstellern immer neue innovative und kostensparende Lösungen. GE Fanuc lieferte dem Sondermaschinenbauer ELWEMA ein ganzheitliches und modernes Antriebskonzept für die Handhabungs-Systeme von vier verschiedene Maschinentypen.

Bei den Besuch von moderne Fertigungsstätten weltführender Automobilhersteller, begegnet man automatisch den Montagelinien der Firma ELWEMA. Der Grund hierfür sind die hohe Fertigungsqualität und die spürbare Zuverlässigkeit der technischen Abläufe dieser Maschinen des erst 1979 gegründeten Unternehmen ELWEMA aus Ellwangen, Deutschland.
Die Firma entwickelt, konstruiert und fertigt eine Reihe von Sondermaschinen, vorwiegend für die Automobilindustrie. Diese Montagelinien, Kaltdehn-, Lecktest- und Bearbeitungsmaschinen werden in alle Erdteile exportiert. Für zwei neue Produktionswerke eines der weltweit führenden Automobilhersteller entwickelte und produzierte ELWEMA acht neue Sondermaschinen zur Zylinderkopf-Fertigung.
Jede Maschine besitzt bis zu 20 Stationen, in denen die Werkstücke verschiedene Montage- und Testzyklen durchlaufen. Jeder Bearbeitungstakt beträgt 23,5 Sekunden.
Die teilbearbeiteten Werkstücke werden über Taktstangen, Querverfahrschlitten und Übergabeeinheiten von bis zu 5 Servomotoren für den jeweils nächsten Bearbeitungsschritt mit hoher Geschwindigkeit positioniert. Kontrolliert werden diese Abläufe durch intelligenten Servomotoren-Reglern vom Typ PowerMate H von GE Fanuc.

Im einzelnen handelt es sich um folgende vier Maschinentypen:

• Montagemaschine: Während des Durchlaufens von 16 Stationen wird der Öl- und Wasserraum der Werkstücke nach ihrer Dichtheit geprüft. Liegt ein Qualitätsmangel vor, wird das Werkstück aussortiert. Dieser Vorgang wird von 2 über Profibus vernetzten Power Mate H gesteuert.
• Einpressmaschine: Eine PowerMate H steuert hier die Beförderung der Werkstücke durch 20 Stationen. Hier werden in die Werkstücke Ventilsitzringe und -führungen in den Zylinderkopf gepresst.
• Lagerdeckelmaschine: Es werden in 18 Stationen mit 3 PowerMate H Modulen den Zylinderköpfen Schrauben hinzugefügt, Lagerdeckel aufgesetzt und verschraubt.
• Verschlussteilmontage- und Prüfmaschine: Die Werkstücke durchlaufen 20 Stationen, wobei nicht mehr benötigte Bohrungen verschlossen werden. Anschließend werden die Werkstücke einem Lecktest unterzogen. Per Luftüberdruck wird geprüft, ob der Öl- und Wasserraum dicht ist. Gesteuert wir der Transport durch zwei PowerMate H Module.

Das Steuerungs-Konzept
Mit einer Flow-Chart orientierten Soft-SPS werden alle übergreifenden Ablaufe sämtlicher Maschinen gesteuert. Die Kommunikation zur Maschinenebene erfolgt über Profibus. Startet eine Maschine ihren Arbeitszyklus, übernimmt die PowerMate, der 1-6 Achsen-Servo-Regler das Kommando. Die mehr als 200 integrierten Regelungs- und Kontrollbausteine, die Zuverlässigkeit und Ausgereiftheit der Funktionen und der modulare Aufbau machen diesen Servo-Regler zu einem der modernsten Antriebsregler auf dem Weltmarkt.
Von der Multiachsensynchronisation, umfangreichen Momenteskontrollfunktionen, Electronic-CAM, Hochgeschwindigkeits-Handling bis zur integrierten CNC/SPS/C -Programmierung, löst die PowerMate Familie alle Antriebsaufgaben verschiedenster Branchen und ist vernetzbar über alle gängigen Standards (Profibus, DeviceNet, Ethernet u.a.).
Die dezentrale Fabrikautomatisierung ist mit diesem Modul kein imaginäres Schlagwort mehr, sondern Realität. Ob PWM-Verdrahtung oder modernste dezentrale Fiber-Optische Vernetzung, ob 30m oder 100m Entfernung zur Antriebsebene. Die ALPHA-Servomotoren bekommen immer die richtigen Positions- oder Geschwindigkeitsbefehle.
Bei ELWEMA kommen Alpha-Servomotoren mit 3 und 6Nm Nennmoment zum Einsatz. Die gesamte Produktfamilie besteht aus einer lückenlosen Palette von digitalen Präzisions-Servomotoren, mit einem verfügbaren Momentenbereich von 0.5 bis 1000 Nm. Ausgerüstet mit absoluten, digitalen Encodern, lösen diese Motoren jede Antriebsaufgabe in allen Anwendungsbereichen. Mit Eigenschaften wie Langlebigkeit, geringe mechanische Abmessung bei hoher Leistungsdynamik, IP65/IP67, Drehzahl bis 5000 min-1 und exzellenten Beschleunigungswerten, positioniert sich GE Fanuc an vorderster Stelle der “Global Player” modernster Servo-Antriebstechnik.

Das Highlight - die Kollisionsschutzfunktion
In der heutigen Hochgeschwindigkeitsproduktion kommt es auch mal vor, dass ein Motorteil verklemmt oder durch unvorhersehbare Störungen die Abläufe blockiert. Damit keines der teuren Fertigungsmaschinenteile Schaden nimmt, wurden bisher ausschließlich mechanische Kupplungen zur Sicherung eingesetzt. Der Nachteil dieser Kupplungen, die zwischen der Motorwelle und der Antriebseinheit eingebaut werden, ist, dass der Taktzyklus nach einer Blockierung manuell zurückgefahren und neu ausgerichtet bzw. der Antrieb erneut referenziert werden muss. Oft werden zusätzliche zwei Encoder zur Überwachung der tatsächlichen Position der Antriebseinheit verwendet.  Zeitverlust im verfahrenstechnischen Ablauf und erheblicher Mehraufwand bei der Steuerungstechnik sind die Folge.  
Speziell für derartige Störungen hat GE Fanuc die Kollisionsschutzfunktion entwickelt. Hierbei überwacht die PowerMate H in Echtzeit das aktuelle Drehmoment des gesteuerten Servomotors. Bei einem zeitkritischen plötzlichen Anstieg des vorher parametrierten Drehmoment  (wie z.B. bei Blockieren der Taktstange) wird der Antrieb gestoppt, ohne dabei seine absolute Position zu verlieren. Nach der Behebung der Blockade fährt die Maschine bzw. Taktstange sofort wieder an. Eine manuelle Neuausrichtung oder Referenzierung der Antriebseinheit  ist nicht mehr notwendig.
Mit der Echtzeit-Kollisionsschutzfunktion konnte GE Fanuc ELWEMA eine innovative Lösung bereitstellen und den Automobilhersteller überzeugen, denn neben der Zeitersparnis im Fertigungsablauf konnten auch umfangreiche Kosten am Gesamtantriebskonzept eingespart werden.

Die Erfahrungen
Anton Kurz, Projektleiter Elektrokonstruktion bei ELWEMA, beschreibt die mit GE Fanuc gemachten Erfahrungen wie folgt: „Die sehr gute Qualität von GE Fanuc Produkten und Lösungen ist allerorts bekannt. Darüber hinaus überzeugte mich die sehr gute und schnelle Zusammenarbeit mit den GE Fanuc Ingenieuren.” Als stark exportorientiertes Unternehmen, kann ELWEMA zudem auf die weltweite Präsenz von GE Fanuc und den Service vor Ort bauen.