Kunststoffverarbeitung
Bohreinheit für eine Extrusionslinie
Herausforderung
Ein Kunststoffverarbeiter mit zwei Standorten in zwei Ländern wollte das Bohren extrudierter Profile direkt in die Linie integrieren, statt es als separaten Arbeitsschritt zu betreiben. Es gab weder eine passende Maschine am Markt noch ein Sicherheits- und Steuerungskonzept für die Einbindung in das bestehende Produktionsnetz.
Lösung
Wir haben die Bohreinheit als fünfte Maschine der Extrusionslinie von Grund auf entwickelt: igus-Linearroboter mit drei Achsen, Steuerung auf Phoenix Contact PLCnext in IEC 61131-3 Structured Text, OPC-UA-Anbindung an einen FastAPI-Client und ein Python-Teach-Tool für die Bohrsequenzen. Dazu kamen ein Sicherheitskonzept nach EN ISO 13849-1 mit OT-Security-Zonen und der komplette EPLAN-Schaltplan.
Ergebnis
Das Konzept wurde der Geschäftsleitung präsentiert und freigegeben. Die Linie erhält einen Inline-Bohrschritt mit dokumentierter Sicherheitsarchitektur, sauberer Netztrennung und einer Steuerung, die das Team selbst warten und erweitern kann.
Ausgangslage
Die Extrusionslinie bestand aus vier Maschinen: Extruder, Wasserbad, Bandabzug und Säge. Bohrungen an den Profilen wurden danach separat gesetzt, was Handling, Zwischenlager und Rüstzeit kostete. Ziel war eine fünfte Maschine, die das Bohren direkt hinter der Säge übernimmt, ohne den Takt der Linie zu stören und ohne die bestehende Netzwerk- und Sicherheitsarchitektur zu gefährden.
Mechanik und Antrieb
Als Basis dient ein igus-Linearroboter mit drei Achsen und NEMA24-Schrittmotoren. Die Fahrzeiten und Bewegungsprofile haben wir vorab in Python berechnet, um zu prüfen, ob die Einheit den Linientakt einhält. Für das Klemmen des Profils entwickelten wir eine schrittmotorgetriebene Klemmbremse mit ESP32-Firmware. Sie folgt einer Fail-safe-Logik: Die Spindel darf nur stoppen, wenn die Klemme nicht gelöst wird, sodass kein Werkstück unkontrolliert freikommt.
Steuerung in zwei Varianten
Die erste Variante war eine Python-Ablaufsteuerung über das iRC/CRI-Protokoll des Roboters mit einem Web-Bohrtool, in dem Bohrsequenzen geteacht und automatisch angefahren werden. Sie wurde als Standalone-Anwendung ausgeliefert und diente als schneller Nachweis der Machbarkeit.
Für den Serienbetrieb setzten wir auf eine Phoenix Contact PLCnext AXC F 1252. Der Ablauf ist in IEC 61131-3 Structured Text programmiert, die Kommunikation zum Bediener-Client läuft über OPC UA an einen FastAPI-Dienst. Statt einer Motorachse übernehmen drei unabhängige Pneumatikzylinder die Zustellung, was die Mechanik vereinfacht und die Sicherheitsbewertung erleichtert.
Sicherheit und OT-Security
Das Sicherheitskonzept deckt funktionale Sicherheit nach EN ISO 13849-1, elektrische und mechanische Sicherheit sowie den Abnahme- und Änderungsprozess ab. Auf der Netzwerkseite trennt ein Zonen- und Conduit-Modell mit industrieller DMZ die Maschine vom Büronetz, sodass Fernzugriffe und Datenflüsse kontrolliert bleiben.
Elektroplanung und Freigabe
Der Schaltplan entstand in EPLAN Electric P8 mit Einspeisung, NOT-AUS-Kreis und Motorsträngen, ergänzt um Stückliste, Klemmenplan und einen eigenen Symbol-Export als Nachschlagewerk für das Instandhaltungsteam. Konzept und Inhouse-Automation-Pitch wurden der Geschäftsleitung vorgestellt und freigegeben.