Egal ob es sich um eine Dreh-, ­Fräs- oder Schleifmaschine handelt – als Hochleistungsbauteil entscheidet die Motorspindel über die Wirtschaftlichkeit der kompletten Maschine. Hier kommt die schwäbische Firma Kessler ins Spiel. In seiner rund 90-­jährigen Geschichte hat sich das mittlerweile rund 750 Mitarbeiter ­zählende Unternehmen vom reinen Motorenhersteller zu einem ganzheit­lichen Systemlieferanten mit einem Umsatz von 130 Mio. Euro entwickelt. Die Kernkompetenzen reichen vom Motor über die integrierte Motor­spindel bis hin zu Dreh- beziehungsweise Drehschwenktischen.

Die 60 bis 80 pro Tag in Bad Buchau gefertigten Motorenspindeln werden an automatisierten Prüfplätzen ausführlichen Funktions- und Qualitätstest unterzogen.

© Deltalogic Automatisierungstechnik

Im Rahmen eines umfangreichen Qualitätsmanagementprogramms wird jede einzelne der 60 bis 80 pro Tag gefertigten Spindeln umfassend geprüft. Eine Genauigkeit im Bereich von Tausendstelmillimetern ist hier ausschlaggebend. Um noch besser auf individuelle Kundenwünsche eingehen zu können sowie die internen Prozesse weiter zu optimieren, entschied sich Kessler, die Motorenprüfstände für die Spindeln zu automatisieren. Im Zuge dessen sollte auch die Möglichkeit geschaffen werden, alle Prüfparameter zentral zu verwalten. Das Projekt startete im ersten Schritt mit der Automatisierung der Prüfstände für die kleineren und mittleren Baugrößen (80-A-Module). Danach folgten die Prüfstände für die großen Spindeln (400-A-Module).

Als Partner für die komplette Automatisierung inklusive Programmierung und den Schaltschrankbau holten sich die Schwaben die Firma Uhltronix aus Ostrach ins Boot.

Prüfstände generieren 'Big Data'

Jede Spindel wird individuell auf die Bedürfnisse des jeweiligen Kunden abgestimmt und entwickelt, gefertigt und geprüft.

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„Die Abläufe, wie die Spindeln getestet werden, hängen zum einen von den Anforderungen ab, die der Kunde vorgibt, zum anderen legt der Konstrukteur jeweils entsprechende Parameter fest“, erklärt Maximilian Madel, Abteilungsleitung Fehlermanagement bei Kessler, und ergänzt: „Jede Spindel erhält eine Materialnummer, die mit einer Rezeptur verknüpft wird. Da wir einen hohen Grad an Sonderlösungen fertigen, verwalten wir über 1000 Rezepturen.“

In der Regel dauert ein Prüfzyklus etwa fünf bis sechs Stunden. Für die Prototypen-Entwicklung kann Kessler aber an den Prüfständen auch Dauertests von zum Beispiel 1000 Stunden fahren. Da kommen eine Menge Daten zusammen. Denn in einem normalen Prüfdurchlauf werden im 1- bis ­5-Sekunden-Takt etwa 30 bis 40 Werte aufgezeichnet, darunter Temperatur, Drehzahl sowie die detaillierten Schwingungswerte jeder Auslaufkurve. Auch Größen wie der Kühlwasserdurchfluss beziehungsweise die Verlustleistung des Motors werden festge­halten, und das hydraulische oder pneumatische Spannsystem zur Werkzeugaufnahme überprüft.

"Eine Herausforderung bei diesem Projekt bestand für uns darin, die große Datenmenge sicher zu handhaben und zu speichern", so Automatisierungsexperte und Uhltronix-Geschäftsführer Joachim Uhl. "Um die zentrale Datenverwaltung sowie eine einheitliche und flexible Bedienung der Prüfstände zu ermöglichen, mussten wir eine neue Software-Architektur entwickeln. Denn das zuvor verwendete 'WinCC flexible' stieß in puncto Flexibilität und Leistungsfähigkeit an seine Grenzen. Das rührt daher, dass WinCC flexible sich für kleine bis mittlere Anlagen mit einem Arbeitsplatz eignet und in erster Linie auf die Funktion Bedienen und Beobachten einer Anlage ausgelegt ist; das Loggen von Trends und Archivieren von Daten ist nur mit begrenzter Funktionalität möglich."

Zentrales Element der neuen Automatisierungslösung bildet das Prozessleitsystem PCF (Process Control Framework). Hierbei handelt es sich um ein Server/Client-basierendes System, welches im Microsoft.Net-Framework entwickelt wurde. Der Kern – sprich die Serverkomponente – ist frei über XML-Dateien parametrierbar. Das heißt, welche Variable von welcher SPS mit welchem Trigger in ­welche Datenbank soll, oder ob es sich um eine Rezeptur- oder Störungsvariable handelt, kann der Anwender flexibel handhaben. Einen Schwerpunkt bei der Entwicklung hat Uhltronix auf die Fähigkeit gelegt, große ­Datenmengen verarbeiten zu können. Dies betrifft das Datenlogging sowie das Störmelde-Handling mit Statistik-Auswertung und die Rezepturverwaltung. Um die komfortable Bedienung von jedem PC innerhalb des Kessler-Intranets aus zu ermöglichen, entschied sich Uhltronix für eine web­basierte Visualisierung, die auf das von Microsoft entwickelte Plugin für Webbrowser Silverlight aufsetzt. Silverlight läuft in einer Sandbox und ­bietet dem Spindel-Hersteller somit als abgeschottetes System einen hohen Grad an Datensicherheit. PCF-Clients wie Silverlight lassen sich zudem ­einfach mit Microsoft-Standardtools (Visual Studio) programmieren.

Die Kommunikation mit der SPS

Bei Kessler steuert jeweils eine S7-300 von Siemens einen Prüfstand mit je vier Prüfplätzen. Für jede Prüfung werden die Daten der Spindel und der entsprechenden Rezeptur zentral aus der SQL-Datenbank in die Steuerung geladen. Die S7 verteilt dann die Daten an die Frequenzumrichter, die die Motorspindel steuern. Eine entscheidende Rolle spielt hier die Kommunikation zwischen dem PCF und den S7-Steuerungen. "Zu Beginn haben wir versucht, die Daten 'zu Fuß' über Excel hin- und herzuschieben", erinnert sich Uhl und erklärt: "Das heißt, beim WinCC flex­ible mit rudimentärem Datenlogging mussten wir die Daten über Excel-Ma­kros Zeile für Zeile einsammeln. Nach jedem Prüflauf wurden dann daraus Diagramme erstellt, gedruckt und ins Archiv gespeichert."