Nachhaltiges Bauen mit Bewegungssteuerung

Eine Aufgabe für intelligente Automatisierung

Nachhaltiges Bauen ist ein wichtiges Thema für die gesamte Gesellschaft. Eine Möglichkeit, den CO2-Fußabdruck zu reduzieren, ist die Verwendung erneuerbarer, natürlicher Materialien wie Stroh. Dieses äußerst nachhaltige Dämmmaterial wird seit Jahrhunderten von Menschen verwendet. Damit Stroh jedoch vollautomatisch zu fertigen Bauelementen verarbeitet werden kann, ist ein intelligentes Systemkonzept und vor allem eine leistungsstarke und flexible Bewegungssteuerungslösung erforderlich.

Die Schlüsselkomponente, um die herum das neue System für die automatische Herstellung von Bauelementen entwickelt wurde, stammt — ganz passenderweise — aus der Landwirtschaft: „Wir haben eine Ballenpresse gekauft und sie so umgebaut, dass wir sie automatisieren können“, erinnert sich Jürgen Holz, Geschäftsführer der HOLZ Automation GmbH. Ein mutiger Schritt, fährt Jürgen Holz fort: „Wir kommen aus dem Sondermaschinenbau für Montage- und Testaufgaben von Präzisionsteilen wie Zahnrädern und Antriebswellen für die Automobilindustrie. Hier haben wir Eigenschaften definiert — aber das natürliche Material Stroh stellt ganz andere Anforderungen an den Prozess. Die Schwankungen der Materialeigenschaften, wie unterschiedliche Stiellängen und Rückstellkräfte, sauber und automatisch zu bewältigen, war in der Tat eine Herausforderung.“

In den aktuellen sechs Stationen der Anlage werden die Bauelemente aus Holzbauteilen zusammengesetzt, mit einer Rückwand versehen und dann von Robotern mit präzise gepressten Strohfüllungen ausgestattet. Für den letzten Schliff wird überstehendes Stroh bündig zugeschnitten, sodass ein gerades Wandelement entsteht, das verputzt oder weiterverarbeitet werden kann. Neben der zentralen SIMATIC S7-1500 T-CPU mit integrierten Sicherheitsfunktionen für die Ballenpresse verfügt jede der sechs Produktionsstationen über eine dezentrale SIMATIC ET 200SP Controller als I-Gerät. Insgesamt 16 Achsen werden auf diese Weise gesteuert — 10 synchrone Achsen und 6 Positionierungsachsen. Dazu gehören auch die Sicherheitskomponenten der Anlage und die Kommunikation mit den derzeit sechs Robotern.

Als Hauptentwickler profitierte Alexander Fromm nicht nur während der Konstruktionsphase von der einfachen Antriebssteuerung über Technologieobjekte und den integrierten Funktionen für die Anlagensicherheit. Die integrierte Bewegungssteuerungslösung unterstützte ihn auch bei einfachen Änderungen und Optimierungen. Ein besonderes Highlight für Alexander Fromm: Die Servoantriebe in der Ballenpresse. „Die servomechanische Lösung mit unterschiedlichen Antriebsgrößen und mechanischer Kinematik erfordert ein hohes Maß an Antriebsdynamisierung. Zuvor hatten wir zwei Wochen eingeplant, nur um die sechs synchronen Achsen korrekt zu regulieren und zu koordinieren; mit dem One-Button-Tuning der SINAMICS-Servoantriebe waren wir in zwei Stunden fertig.