Hobeln mit Rückspeisung

Exklusiv in KEM Der Autor Helge Schumacher ist Vertriebsbeauftragter der Siemens AG, Business Unit Motion Control System, Kiel

Wer mit Holzbearbeitung zu tun hat, kennt „Rex“, die auf dem Holzmarkt seit Jahrzehnten etablierte Maschinenmarke der Georg Schwarzbeck GmbH & Co. KG, Pinneberg. Das Familienunternehmen entwickelt und fertigt bereits in der dritten Generation Hochleistungshobelmaschinen, Automaten und Zusatzaggregate für den industriellen Einsatz. Die Firma hat 60 Mitarbeiter und liefert weltweit – zum einen mit vielseitigen Kompakthobelmaschinen der Bau- reihe „Timbermaster“, zum anderen mit großen, modular ausbaufähigen Breithobeln der Reihen „Bigmaster“ und „Supermaster“, die auf dem Weltmarkt zu den produktivsten und flexibelsten ihrer Art zählen. Wobei Flexibilität auch häufiges Ein- und Umstellen der Maschinen für die Abarbeitung diverser Produkte in unterschiedlichen Losgrößen meint. Viele Rex-Maschinen verfügen dazu über eine weitgehend automatisierte elektromotorische Verstellung der Hauptachsen und über projektierbare, geregelte Antriebe (Umrichter) für die Getriebemotoren an Vorschüben und Messerwellen. Hauptaufgabe der Umrichter ist es, die Vorschubgeschwindigkeiten und Messerdrehzahlen auch bei schwankender Last konstant zu halten, um bei möglichst hoher Durchlaufgeschwindigkeit eine gleichmäßig gute Oberflächenqualität zu erzielen. Dabei ist einerseits Überlastfähigkeit von Umrichtern und Motoren gefordert, wenn das Holz in die Maschine einfährt und die Zerspanung beginnt. Andererseits müssen Vorschubbewegungen (bis 250 m/min) und Messerwellen (von 3000 bis 6000 min-1) am Ende der Zerspanung zum Stillstand gebracht beziehungsweise im nicht-kontinuierlichen Betrieb für das nachfolgende Produkt angepasst werden. Die bei jedem Bremsen abgebaute Bewegungsenergie wurde in der Vergangenheit über Bremswiderstände in den Schaltschränken in Wärme umgewandelt. Die Wärme musste über Klimageräte aus den Schaltschränken abgeführt werden.

Seit etwas mehr als einem Jahr verfolgt der Maschinenbauer einen energieeffizienteren und damit die Umwelt und den Geldbeutel der Betreiber entlastenden Weg. Seitdem gibt es alle Rex-Maschinen mit rückspeisefähigen Umrichtern der Baureihe „Sinamics G120“ von Siemens. Diese können die beim Abbremsen bislang in Wärme umgewandelte Energie im generatorischen Betrieb kontrolliert und praktisch frei von Rückwirkungen zurück ins Netz speisen, sodass sie von anderen Verbrauchern wieder genutzt werden kann. Ein in der Geräteklasse der Kompakt-Umrichter derzeit weltweit einzigartiges Merkmal.

Bei mehreren Vorschub- und zahlreichen (bis zu 14) Spindelantrieben pro Maschine und Motorleistungen bis zu 90 kW ergibt sich bei häufigerem Bremsen eine messbare Energieeinsparung, insbesondere an den Achsen mit höheren Trägheitsmomenten wie etwa bei den Messerantrieben. Damit verkürzt sich die Amortisationszeit von Rex-Maschinen umso mehr, je flexibler diese genutzt werden und je schneller die Energiepreise steigen. In verschiedenen anderen Anwendungen wurden mit dieser rückspeisefähigen Umrichterfamilie Energieeinsparungen von über 20 % realisiert. Einen Beitrag dazu leisten hier auch die energieeffizienten „Motox“-Getriebemotoren von Siemens. Positive Folgeeffekte: Durch die Rückspeisung entsteht im Schaltschrank weniger Wärme, sodass die Klimatisierung und unter Umständen auch der Schaltschrank eine Nummer kleiner ausgeführt werden können. Weil insgesamt weniger Energie benötigt wird, kann mitunter auch die Einspeiseleistung reduziert werden. Außerdem wirkt sich eine zu schnell laufende (und dadurch „schiebende“) vorgelagerte Maschine nicht mehr nachteilig aus, da in diesem eher seltenen Fall die im generatorischen Betrieb erzeugte Energie ebenfalls ins Netz zurückgespeist und der Umrichter nicht belastet wird.

Auch die rückspeisefähigen Varianten der Antriebsfamilie Sinamics G120 sind modular aufgebaut und erfüllen mit verschiedenen Regelungsbaugruppen (Control Units, CU) und Leistungsteilen (Power Modules, PM) unterschiedlichste Anforderungen und Aufgaben sehr kosteneffizient. Schwarzbeck setzt sowohl konventionell verdrahtete Varianten (mit Control Unit CU240E) als auch über Profibus kommunizierende Varianten (mit CU240S DP) ein. Die gesamte Baureihe deckt das Leistungsspektrum von 0,37 bis 250 kW ab, rückspeisefähige Geräte mit sogenannter Efficient Infeed Technology sind bis zu einer Leistung von 95 kW verfügbar.

Die Anbindung der Umrichter an die überlagerte Siemens-Steuerung Simatic S7300 via Profibus minimiert den Verdrahtungsaufwand. Die Profibus-Technik an sich vereinfacht die Kommunika- tion mit vor- beziehungsweise nachgelagerten Einrichtungen wie zum Beispiel Förderstrecken. Darüber hinaus eröffnet sie auch die Möglichkeit des sogenannten Routings bis in die Antriebe hinein und damit eine sehr komfortable, durchgängige Ferndiagnose und -wartung durch den Maschinenbauer. Dieser erspart sich zeit- und kostenintensive Serviceeinsätze, während die Betreiber von sehr kurzen Stillstandszeiten profitieren.

Zur lokalen Bedienung und Visualisierung setzt der Maschinenbauer weitere Geräte von Siemens ein wie etwa die HMI-Geräte, die von Haus aus für das Zusammenspiel mit Simatic-Steuerungen optimiert sind, sodass keine langwierige Abstimmung mehr nötig ist. An einfacheren Maschinen ist die Kombination aus Simatic S7300 und einem Operator Panel OP177 mit Touchdisplay-Standard. Die größeren und breiten Maschinen mit zusätzlichen Lineareinheiten werden über das bewährte Embedded-System „Simatic Multi Panel MP377“ mit integierter, echtzeitfähiger Software-PLC „Simatic WinAC MP“ gesteuert, bedient und beobachtet. Mit einer Industrial-Ethernet-Schnittstelle an Bord vereinfacht das Multi Panel die Anbindung an ein Netzwerk, zum Beispiel an ein überlagertes Produktions-Planungs- und Steuerungssystem (PPS) beim Anwender.

Den Systemwechsel angeregt und von Anfang bis Ende mit Applikations- und Mechatronik-Support unterstützt hat die Niederlassung von Siemens in Hamburg. Auch die Erstinbetriebnahme hat ein Antriebsspezialist von dort begleitet. Dazu der das Marketing betreuende Joachim Schwarzbeck: „Dieser automatisierungstechnische Support ist für ein mittelständisches Unternehmen wie unseres extrem wichtig. Wie die Tatsache, überall auf der Welt Ersatzteile und Support notfalls rund um die Uhr zu erhalten, was für uns ein weiterer guter Grund gewesen ist, auf Siemens zu setzen. So lässt sich der Service für unsere Maschinen auch mit einer vergleichsweise kleinen Mannschaft zuverlässig bewältigen.“

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