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Effizienz durch Automatisierung auch bei kleiner Stückzahl

Schaltanlagenbau profitiert von optimierten Engineering-Prozessen (SPS IPC Drives: 5-111)
Effizienz durch Automatisierung auch bei kleiner Stückzahl

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Eine automatisierte Fertigung funktioniert – so die landläufige Meinung – umso besser, je höher der Standardisierungsgrad ist. Typischerweise findet man sie deshalb in der Großserienproduktion. Dass Automatisierung auch bei sehr kleinen Losgrößen sinnvoll sein kann, zeigt ein Beispiel aus dem Schaltanlagenbau. Moderne Methoden beim Engineering ermöglichen Trips, einem Systemanbieter für Automatisierungstechnologie, eine durchgängige Datenhaltung und damit die Automatisierung nachgelagerter Produktionsschritte. Zum Einsatz kommen Lösungen aus dem Unternehmensverbund Rittal, Eplan und Kiesling.

Dr. Jörg Lantzsch ist Fachjournalist in Wiesbaden, Hans-Robert Koch leitet die Fachpressearbeit bei der Rittal GmbH & Co. KG in Herborn.

Schaltschränke bilden in vielen Anwendungen in der Industrie das Rückgrat der Fertigung. In ihnen sind die Energieverteilung und die Automatisierungstechnik untergebracht. Doch bevor eine Niederspannungsschaltanlage in Betrieb gehen kann, läuft ein komplexer und zeitaufwendiger Engineering-Prozess ab: Auf Basis der Anforderungen wird zunächst eine Elektroplanung erstellt, die wiederum als Grundlage für die nachfolgenden Produktionsschritte bis hin zur Inbetriebnahme dient. Je nach Anforderung können spezialisierte Schaltanlagenbauer viele der erforderlichen Prozessschritte übernehmen. Entscheidend dabei ist: Um den Engineering-Prozess möglichst effizient zu gestalten, ist eine durchgängige Datenhaltung entlang der gesamten Wertschöpfungskette sehr hilfreich.
Die Trips GmbH wickelt als international agierender Systemanbieter für Automatisierungstechnologie Projekte vom Engineering über die Softwareentwicklung und den Schaltanlagenbau bis hin zur Inbetriebnahme ab. Um auch Großprojekte zu realisieren, hat der Mittelständler, der am Stammsitz in Grafenrheinfeld sowie in den Niederlassungen und Tochtergesellschaften in Wülfrath und Singapur etwa 200 Mitarbeiter beschäftigt, schon vor Jahren in Maschinen investiert, die einen sehr hohen Automatisierungsgrad ermöglichen. „Wir bauen pro Jahr aktuell 2200 bis 2500 Felder“, erklärt Christian Trips, einer der Geschäftsführenden Gesellschafter des Unternehmens. „Diese Größenordnung können wir deshalb so gut bewältigen, weil wir unsere Prozesse über die Jahre konsequent optimiert haben.“
Einheitlicher Engineering-Prozess als Basis
Bei Trips legt man großen Wert darauf, dass der Engineering-Prozess nach Möglichkeit vereinheitlicht abläuft. „Je nach Art des Projekts“, so Trips, „realisieren wir die Elektroplanung vollständig bei uns im Haus oder erhalten vom Kunden entweder eine teilweise oder vollständig fertige Elektroplanung – das Ausgangsmaterial ist von Projekt zu Projekt sehr unterschiedlich und reicht von einfachen Pdf-Dateien über Projektdateien in Eplan bis zur fertigen Verdrahtungsliste.“ Für die Elektroplanung verwenden die Planer bei Trips überwiegend die CAE-Software Eplan Electric P8. Nach Abschluss der Planung lässt sich auf diese Weise aus den CAE-Daten eine Verdrahtungsliste generieren, die für die Produktion später von großer Bedeutung ist.
Die Verdrahtungsliste spiegelt die Informationen aus dem Schaltplan wider und enthält verschiedene Informationen, wie Farbe und Stärke der einzelnen Adern sowie natürlich die Geräte und Komponenten, die miteinander verdrahtet werden sollen. Nach Abschluss der CAE-Planung werden die Komponenten zunächst virtuell in einer Layout-Software auf der Montageplatte des Schaltschranks platziert. Dazu stehen die geometrischen Daten der Betriebsmittel in einer Datenbank zur Verfügung, die Trips im Laufe vieler Projekte aufgebaut hat. Ein Autoroutingtool ermittelt aus dem Layout der Montageplatte und der Verdrahtungsliste die optimalen Verlegewege sowie die Längen der einzelnen Adern. Mit diesen Daten wird anschließend eine Maschine für die automatisierte Kabelkonfektionierung angesteuert. Diese längt die passenden Leitungen in der richtigen Länge ab, isoliert die Kabelenden ab, crimpt Aderendhülsen und beschriftet die einzelnen Drähte.
Automatisierte Bearbeitung der Montageplatte
Auch im nächsten Arbeitsschritt der Produktion kommt eine automatisierte Maschine zum Einsatz. Ein Perforex-Bearbeitungszentrum versieht die Montageplatte des Schaltschranks mit den notwendigen Bohrungen, Gewinden und gefrästen Ausbrüchen. Mit den Maschinen von Kiesling Maschinentechnik – wie Eplan und Rittal zur Friedhelm Loh Group gehörend –, lassen sich neben Montageplatten auch Türen und andere Gehäuseteile schnell und exakt bearbeiten. Dabei können alle im Schaltanlagenbau üblichen Materialien wie Stahl, Edelstahl, Aluminium, Kupfer und Kunststoff verwendet werden. Entscheidend ist an dieser Stelle der Zeitgewinn durch die automatisierte Bearbeitung der Montageplatten und der Schaltschrankteile: Bis zu 85 Prozent Zeitersparnis lassen sich im Vergleich zur manuellen Bearbeitung erzielen. Je nach Komplexität der Teile und Anzahl der Löcher und Gewinde benötigt das Bearbeitungszentrum nur etwa 15 bis 20 min für eine Montageplatte. Ein weiteres Plus ist: Neben dem Zeitgewinn steigt auch die Präzision der bearbeiteten Montageplatten – und damit die Qualität der gesamten Schaltanlage.
Besonders effizient ist die automatisierte Fertigung dann, wenn die bereits in der Planung in den vorangegangenen Arbeitsschritten erzeugten Daten weiterverwendet werden können. So liefert die Software, die für die Kabelkonfektionierung verwendet wird, auch gleich die Daten mit, die zur Ansteuerung des Perforex-Bearbeitungszentrums benötigt werden. Während dieses Bohrungen, Gewinde und Ausbrüche in die Montageplatte einbringt, kann der Maschinenbediener dann schon die benötigten Kabelkanäle und Hutschienen in der richtigen Länge zuschneiden. Auch die hierfür benötigten Informationen liefert die Software. Ist die Montageplatte fertig, kann sie direkt mit den vorbereiteten Kabelkanälen und Hutschienen bestückt werden.
Hohe Effizienz auch bei manuellen Arbeiten
Um eine möglichst effiziente Abwicklung der Projekte bei Trips sicherzustellen, optimierten die Prozessplaner aber nicht nur die automatisierten Fertigungsschritte, sondern sie widmeten sich auch den manuellen Arbeitsschritten. Um einen typischen Schaltschrank fertig aufzubauen, wird zunächst die bearbeitete und mit Kabelkanälen und Hutschienen bestückte Montageplatte eingebaut; gleiches gilt für die eventuell bearbeiteten Seitenwände, Türen und Schwenkrahmen. Sämtliche Betriebsmittel und Komponenten sind vorab in eine Kiste kommissioniert worden, so dass der Monteur direkt mit der Bestückung der Montageplatte beginnen kann. Entsprechende Stücklisten, die wiederum aus den Daten der Elektroplanung resultieren, unterstützen dabei die betriebswirtschaftlichen und logistischen Abläufe von der Bestellung bis zur Kommissionierung.
Sind sämtliche Komponenten montiert, kann mit der Verdrahtung begonnen werden. Die vorkonfektionierten und beschrifteten Leitungen werden dazu ebenfalls passend zum jeweiligen Schaltschrank in einer separaten Kiste bereitgestellt. Da die Kabel schon fertig abgelängt und die Kabelenden vorbereitet und beschriftet sind, kann auch die Verdrahtung sehr effizient und zeitsparend erfolgen. Durch die Beschriftung und die passenden Kabellängen sind Verdrahtungsfehler deutlich unwahrscheinlicher als bei der rein manuellen Verdrahtung. Auch hier sind sowohl eine kürzere Bearbeitungszeit als auch die hohe Qualität Folge der optimierten Prozesse.
Zudem verwendet Trips bei der Schaltschrank- und Gehäusetechnik überwiegend Produkte von Rittal – „aufgrund des in diesem Markt eindeutig umfassendsten Programms“. Dabei versucht man nach Möglichkeit, die Projekte so zu realisieren, dass ausschließlich Standardkomponenten aus dem Rittal-Programm benötigt werden. „Die Projektlaufzeiten werden immer kürzer“, erläutert Firmenchef Christian Trips. „Um diese realisieren zu können, vermeiden wir Sonderanfertigungen, die viel Zeit benötigen.“ Die Lieferzeiten der Rittal-Komponenten aus dem Standardprogramm seien dagegen sehr kurz. „Und durch eine intensive Beratung versuchen wir unseren Kunden zu vermitteln, dass sich auf diese Weise die Projekte nicht nur schneller, sondern häufig auch kostengünstiger realisieren lassen.“
Bei Projekten mit geringem Platzbedarf – etwa bei kleinen Anlagen oder Maschinen – bietet sich die Verwendung von Einzelschränken statt der üblichen Anreihschränke an (siehe Kasten Praxis Plus). Auch dadurch lassen sich Kosteneinsparungen realisieren. „Rittal gehört zu unseren größten Lieferanten – durch ein entsprechendes Einkaufsvolumen bieten sich uns hier natürlich Vorteile“, fasst Trips die gute Zusammenarbeit zusammen. Ein weiteres Beispiel dafür ist die gemeinsame Entwicklung des Einschubsystems Trimot Motor Control Center (MCC), das auf dem Ri4Power-System von Rittal basiert. In einem Schaltschrank des Typs TS 8 finden bis zu 22 Einschübe mit einer Höhe von 75 mm Platz, die beispielsweise jeweils einen Antrieb mit Energie versorgen können. Das Plus für den Anwender – gerade bei Anlagen, bei denen eine hohe Verfügbarkeit gefordert ist: Muss ein Einschub gewechselt werden, kann dies geschehen, ohne die gesamte Anlage spannungsfrei zu schalten. Dank des patentierten Kontaktierungssystems lassen sich die Einschübe gefahr- und problemlos austauschen.
Für die Zukunft sieht sich der mittelständische Systemintegrator gut gerüstet. „Unser Automatisierungsgrad ist sehr hoch“, ist Trips überzeugt, „da haben wir fast das maximal Mögliche für unser Kundenspektrum erreicht.“ Dies sei auch ein Bekenntnis zum Standort Deutschland, an dem man solche Projekte nur durch eine hohe Effizienz und entsprechende Automatisierung beziehungsweise Halbautomatisierung im Schaltanlagenbau kostengünstig anbieten könne. co
„Unser Automatisierungsgrad ist sehr hoch – da haben wir fast das maximal Mögliche für unser Kundenspektrum erreicht; damit bekennen wir uns auch zum Standort Deutschland.“

PRAXIS PLUS

Einzelschaltschränke kommen in der Industrie häufig dann zum Einsatz, wenn der Platzbedarf für Energieverteilungs- und Automatisierungskomponenten begrenzt ist. Für solche Fälle hat Rittal seine Systemplattform TS 8 um den Einzelschrank des Typs SE 8 erweitert. Im Gegensatz zu Anreihschränken mit Rahmengestell und abnehmbaren Seitenwänden ist der Korpus des SE 8 aus einem Stück Stahlblech gefertigt; für den einfachen Zugang zum Schrank lässt sich aber die Rückwand abschrauben. Am integrierten Bodenrahmen können Kabeleinführungslösungen wie beim Anreihsystem TS 8 verwendet werden; Türen und Sockel des SE 8 sind ebenfalls aus dem TS-8-Programm übernommen. Da die Schrankprofile für den Innenausbau mit denen der TS-8-Serie identisch sind, ist der SE 8 komplett in die Systemplattform integriert. Deswegen lässt sich auch das umfangreiche Systemzubehör, das Rittal für den TS 8 anbietet, problemlos einbauen.
Da beim SE 8 der Gehäusekorpus und das Profil aus einem Blech geformt sind, können zum einen die Kosten des Schranks gesenkt werden, zum anderen entfallen für den Anwender sowohl das Handling als auch die Montage von separaten Seitenwänden. Speziell in großer Breite bietet der SE 8 hohe Einsparpotenziale. So lässt sich anstelle von zwei bis drei angereihten Schränken auch ein einzelner Schrank verwenden. Zur weiteren Kostensenkung trägt ein automatischer Potenzialausgleich des Schrankkorpus mit Rückwand und Bodenblechen bei. Spezielle Kontaktelemente, die sich bei der Montage in die Oberflächenbeschichtung eindrücken und eine sicher elektrisch leitende Verbindung herstellen, machen das Anbringen separater Erdungsbänder überflüssig.
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