Zentralschmieranlage, Bild: Turck

Die Zentralschmieranlage versorgt vier Bearbeitungszentren mit Kühlschmierstoffen (KSS) – gesteuert von Turcks HMI/PLC TX513. Bild: Turck

Das Ergebnis: eine gleichbleibend hohe Produktqualität – bei geringerem Kühlschmierstoffverbrauch und gesenkten Kosten.

CNC-Maschinen, Fräsen, Bearbeitungszentren und alle Arten von Werkzeugmaschinen zur Metallbearbeitung müssen permanent geschmiert werden. Die Maschinen sprühen dazu flüssige Kühlschmierstoffe (KSS) während der Bearbeitung auf die Werkstücke und Werkzeuge. Die KSS transportieren Wärme ab, verringern die Reibung und sorgen bei Zerspanungsprozessen für einen Abtransport der Metallspäne. Ohne die Kühlschmierstoffe leiden Werkstückqualität, Präzision sowie die Standzeit der Werkzeuge. Üblicherweise hat jede Maschine eine eigene Kühlschmierstoffversorgung. Das KSS wird dort als Konzentrat eingefüllt und mit Wasser verdünnt im Prozess verwendet. Wichtig für die gleichbleibende Güte des Werkstücks sind die korrekte Konzentration und Temperatur des KSS, aber auch eine möglichst geringe Verunreinigung durch Schwebstoffe und Metallspäne. Da das Kühlmittel durch Verdunstung und Anhaften an den Bauteilen verbraucht wird, muss es mit Wasser und Kühlschmierstoff-Konzentrat aufgefüllt werden. Üblicherweise machen das die Mitarbeiter in den metallverarbeitenden Betrieben. Sie kontrollieren regelmäßig die Qualität und den Füllstand des Kühlschmierstoffs. Eine Aufgabe, die unter Zeitdruck manchmal vernachlässigt wird, was wiederum teuer werden kann, wenn bereits Ausschuss produziert wurde.

Aufbereitung des Kühlschmierstoffs

Rückseite der Aufbereitungsanlage, Bild: Turck
An der Rückseite der Aufbereitungsanlage steht das Fass mit Robsol, dem hauseigenem KSS-Konzentrat von Robmation. Bild: Turck

Um dieses Problem zu umgehen, entwickelte der Systemintegrator und Spezialist für die mannlose Fertigung, das Unternehmen RobMation aus Baesweiler bei Aachen, eine zentrale Anlage zur Aufbereitung von Kühlschmierstoffen. Sensoren ermitteln darin Konzentration, Reinheit, Füllstand und Temperatur des Kühlschmiermittels. Eine Steuerung stellt anhand dieser Daten dessen Qualität durch Ab- und Zupumpen an den Werkzeugmaschinen sicher. Verbrauchtes KSS wird aus den Maschinen in die zentrale Aufbereitung gepumpt. In der Aufbereitungsanlage werden dann Konzentrat und Wasser zur Aufbereitung zugepumpt. Wärmetauscher regeln die Temperatur. Da eine zentrale Aufbereitungsanlage gleich vier angeschlossene Werkzeugmaschinen bedienen kann, amortisieren sich die Kosten schnell.

Autarke, vielseitige HMI-Steuerung

KSS-Einheiten, Bilder: Turck
Die Kommunikation mit den KSS-Einheiten der vier Maschinen läuft über Profinet. Bilder: Turck

Um die Zentralschmieranlage unabhängig von den angeschlossenen Werkzeugmaschinen betreiben zu können, war eine eigene Steuerung erforderlich. Der Integrator suchte daher nach einer autarken, flexibel einsetzbaren Steuerung mit integrierter Visualisierung. Diese sollte an der Zentralschmieranlage angebracht werden, um sie zu steuern und Statistiken sowie Verlaufshistogramme für den Kühlschmierstoffverbrauch und -zustand aller vier angeschlossenen Maschinen anzuzeigen. Leon Heuschen, Kundenbetreuer beim Großhändler EGU, schlug Turcks HMI TX513 zur Steuerung der zentralen Aufbereitungsanlage vor. Das HMI bietet eine Codesys-3-Steuerung und etliche Ethernet- und serielle Schnittstellen. In Profinet- und Ethernet-IP-Netzwerken können die Geräte als Master genutzt werden, in Modbus-TCP- oder Modbus-RTU-Netzwerken sogar als Master oder Slave beziehungsweise Client oder Server. Das HMI kommuniziert über Profinet mit den Gateways des Turck-I/O-Systems BL20, die sich jeweils in einer Schaltbox an jeder der vier CNC-Maschinen befinden. An den lokalen BL20-Gateways sind die Sensoren und Aktoren angeschlossen, die den Zustand des KSS in den CNC-Maschinen erfassen und regeln. Die Steuerung dazu schrieben Robmation-Programmierer auf der Codesys-3-Plattform des TX513 selbst. Über das HMI steuern die Ovalo-Mitarbeiter die Aufbereitungsanlage. In der Regel muss hier nicht eingegriffen werden, da die Sollwerte gleich bleiben. Das KSS pumpt die Maschine als Konzentrat aus einem Fass zu, das lange vorhält. Für die Zufuhr von Frischwasser ist die Maschine direkt an eine Wasserleitung angeschlossen.

Verlaufsdiagramm, Bild: Turck
Über das TX513 können auch Verlaufsdiagramme zum Prozess aufgerufen werden. Bild: Turck

Da Robmation mit dem TX513 mit Codesys-TargetVisu in der Standardversion noch nicht alle geforderten Funktionalitäten optimal umsetzen konnte, benötigten die Mitarbeiter Unterstützung durch Turcks Applikationssupport. Nach dessen Beratung hat man noch die umfangreichere Visualisierungssoftware TX-VisuPro installiert, die Turck kostenfrei für seine HMI-Systeme anbietet. Damit lassen sich nun Trendaufzeichnungen wie die Verläufe der zentralen Füllstände, Temperaturen und andere Messdaten performanter darstellen als im Auslieferungszustand. „Auch wenn das TX513 nicht alles von Anfang an so abbilden konnte, wie wir wollten, sind wir mit der Unterstützung durch Turck auf dem Weg zu einem guten Ergebnis zufrieden. Der Support hat stets kompetent und zeitnah geholfen. Wir haben gemerkt, dass der Support unsere Anfragen mit der nötigen Priorität behandelt hat und letztlich eine Lösung für uns hatte“, beschreibt Thomas Schulz, leitender Vertriebsingenieur bei Robmation, seine Erfahrung.

Reduzierter Lagerhaltungsaufwand

BL20-I/O-Station, Bild: Turck
Die zentrale BL20-I/O-Station sitzt an der Zentralschmieranlage und gibt alle Signale über Profinet an das HMI TX513 weiter. Bild: Turck

Als Multiprotokoll-Ethernet-I/O-Mo- dule können die BL20-Gateways in Ethernet-Netzwerken mit Profinet, Ethernet/IP oder Modbus TCP eingesetzt werden. „Wir wollen Produkte nicht nur für eine Aufgabe einsetzen“, sagt Schulz und nennt damit einen Grund für die Wahl des TX513-HMI und der BL20-Systeme. „Wenn beispielsweise irgendwo im Feld Ein- und Ausgänge fehlen, dann möchte ich ein Protokoll haben, mit dem ich auch in die Fanuc-Maschinen komme. Dennoch möchte ich bei einem Kunden, der Roboter anderer Hersteller einsetzt, auch für dessen Schnittstelle offen sein.“ Robmation biete in Deutschland einen 24-Stunden-Support. „Das heißt, binnen dieser Zeit beheben wir gegebenenfalls Defekte vor Ort. Das kommt nicht allzu oft vor, aber natürlich haben wir für diese Fälle von jeder eingesetzten Komponente immer welche auf Lager. Deshalb nutzen wir gern Komponenten, die wir flexibel einsetzen können, aber nur einmal auf Lager legen müssen“, erläutert Schulz.

Verdrahtungsaufwand minimieren

BL20-Gateways, Bild: Turck
An den vier Bearbeitungszentren sitzen diese Schaltboxen mit BL20-Gateways, an die Sensoren und Aktoren lokal angeschlossen sind. Bild: Turck

Die BL20-I/O-Module helfen, den Verdrahtungsaufwand für den Systemintegrator bei der Installation zu reduzieren. „Wenn wir ein Bearbeitungsmodul an die Fanuc-Steuerung anbinden wollten, haben wir das bislang direkt am Schaltschrank über Punkt-zu-Punkt-Verbindungen realisiert. Diesen Aufwand wollen wir sparen und künftig auch hier Ethernet-Lösungen einsetzen“, sagt Schulz. Als Multiprotokoll-Module können die Geräte neben den Maschinen mit Profinet-Steuerungen auch auf Ethernet/IP-Systemen oder in Modbus-TCP-Netzwerken eingesetzt werden. So kann Robmation mit einem I/O-System die Punkt-zu-Punkt-Verbindungen in drei möglichen Einsatzszenarien ablösen und über Ethernet-Systeme anbinden. Neben der Anlage selbst entwickelten die Ingenieure aus Baesweiler eigene Späneförderer, die an den einzelnen Maschinen gebrauchtes KSS von groben Spänen befreien. Diese Späne sind der einzige Abfall, der bei der zentralen Aufbereitung entsteht. Der Kunde muss keinen verunreinigten KSS mehr entsorgen, denn dieser bleibt dauerhaft im Kreislauf. Eigens dafür ließ das Unternehmen einen geeigneten Kühlschmierstoff entwickeln.

Außer dem KSS-Verbrauch sinken auch die Arbeitskosten, da kein Mitarbeiter mehr seine Zeit für die Kontrolle und das Nachfüllen aufwenden muss. Viel schwerer wiegt aber die kompromisslose, gleichbleibend hohe Produktqualität, da Schwankungen aufgrund von unterschiedlich temperierten KSS oder aufgrund von verunreinigtem Schmiermittel ausgeschlossen sind. Die Produktivität und Zuverlässigkeit der Maschinen steigt. aru