Die Generatoren sind einfach zu montieren und die Schnittstellen gut zugänglich. Foto: Herrmann Ultraschall

Die (R)evolution ist bereits im Gange

Industrie 4.0

Der neue Automations-Ultraschallgenerator AMG von Herrmann Ultraschall bietet vielseitige Möglichkeiten der Vernetzung. So wird der Weg für Industrie 4.0 bereitet.

Bereits 1997 entwickelte Herrmann Ultraschall den ersten volldigitalen Ultraschallschweißgenerator zur Marktreife. In der Retrospektive betrachtet waren sich die Entwickler bei Herrmann damals nicht bewusst, welche neuen Türen ins digitale Zeitalter sich damit öffnen würden. Heute, fast 20 Jahre später, darf man feststellen, dass dies ein erster, aber bedeutender Meilenstein in Richtung Industrie 4.0 war.

Ultraschall wird auch oft als die grüne Schweißtechnologie bezeichnet, da sie die Schweiß­energie innerhalb weniger Millisekunden gezielt in die Fügezone einbringt und die unmittelbare Umgebung nicht unnötig erwärmt. Die Erzeugung des Ultraschalls erfolgt mit einem Wirkungsgrad größer 88 %, unterliegt keinerlei Verschleiß und verursacht keinen Wartungsaufwand. Bereits geringe Energiemengen genügen, um reproduzierbare und hochfeste Verbindungen zu realisieren. Dabei ist der volldigitale Ultraschallgenerator das Herz eines jeden Ultraschallschweißsystems. Zur Verschweißung thermoplastischer Kunststoffe muss er eine hochfrequente elektrische Schwingung erzeugen. Diese muss dynamisch auf Prozessveränderungen reagieren, aber gleichzeitig stabil und reproduzierbar sein. Nur ein digitaler Generator liefert die Vielzahl der notwendigen Daten, um eine Visualisierung und Auswertung des Fügeprozesses lückenlos möglich zu machen und diese zur weiteren Nutzung in Produktionsnetzwerke zu kommunizieren.

Volker August, Leiter Produktmanagement & Marketing bei Hermann Ultraschall
Volker August, Leiter Produktmanagement & Marketing bei Hermann Ultraschall

Volker Aust wurde am 11. August 1963 geboren und ist Dipl.-Ing. Maschinenbau. Seit 1990 arbeitet er bei Herrmann Ultraschalltechnik GmbH & Co. KG und war über 15 Jahre Konstruktions­leiter bevor er die Leitung des Produkt­managements und das Marketing übernahm. Seine Passion ist die modulare Produktentwicklung mit dem größtmöglichen Kundennutzen.

Bei der neuesten Generatoren­entwicklung Ultraplast AMG von Herrmann Ultraschall handelt es sich um eine speziell für die Automationslandschaft entwickelte Baureihe. Damit werden insbesondere Sondermaschinenbauer angesprochen, die sich auf den Bau von großen Mehrkopf-Ultra­schallschweißanlagen spezialisiert haben. Viele der Sondermaschinenbauer sind Zulieferer für die Automobilindustrie.

Um für diese Zielgruppe die Bedürfnisse der international unterschiedlichen Märkte zu erfassen, hat Herrmann Ultraschall eine intensive Marktanalyse vorangestellt. Die gemeinsame Schnittmenge aller befragten Zielmärkte war der Wunsch nach mitdenkenden und leicht vernetzbaren Geräten. Herrmann etablierte eine Plattformstrategie, um die stark differierenden Anforderungen und Wünsche zu realisieren.

Modularisierung – nur so viel wie nötig

Der Ultraplast AMG Generator bietet auf einer Produktplattform unterschiedliche Hardwareausprägungen in den Ultraschallfrequenzen 35, 30 und 20 kHz. Durch modularen Aufbau, umfangreiche Schnittstellenvarianten und großes Leistungsspektrum von 700 bis 2.000 W ist Herrmann in der Lage, flexibel und schnell auf die unterschiedlichen Marktanforderungen zu reagieren. Intelligente Firmware Units erhöhen die Funktionalität des Generators. Ziel ist, bedarfsgerecht den optimal konfigurierten Automationsgenerator zu liefern. Der Kunde bestimmt selbst seinen individuell benötigten Leistungsumfang und erhält so das beste Preis-Leistungs-Verhältnis.

Die smarte Integration

Der Verbau der Ultraschallgeneratoren muss für den Integrator leicht von der Hand gehen. Eine einfache Schaltschrankmontage muss ebenso möglich sein wie eine schnelle Geräteinstallation durch frei zugängliche Schnittstellen.

Doch zur Integration zählt auch die Vernetzbarkeit des Generators im digitalen Steuerungsumfeld. Es lässt sich ein deutlicher Trend ausmachen: Der Ultraschallgenerator der Zukunft wird nicht mehr nur als einfache Ultraschallquelle dienen, sondern wird zum zentralen, intelligenten Netzwerkteilnehmer der Ultraschallschweißmaschine. Der Generator übernimmt zunehmend Aufgaben, die nicht zu seiner ureigenen Kernfunktion, dem Erzeugen einer hochfrequenten Schwingung, gehören. Eingebunden in komplexe Steuerungs- und Regelprozesse, passt er mit Regelalgorithmen seine Schweißparameter den Veränderungen der Umgebungsbedingungen an und beeinflusst so den Schweißprozess selbst­optimierend, um gleichbleibende Produktqualität zu erzielen. Kritische Prozess­zustände können erkannt und individuell behandelt werden. Die Informationen werden an die Maschinensteuerungen gemeldet und zum Ausschleusen von Fehlteilen genutzt. Damit erhöht sich die Produktionssicherheit und führt zur Vermeidung von kostspieligen Rückrufaktionen. Passende Schnittstellen zur Vernetzung mit intelligenter Sensorik sind ebenso wichtige Voraussetzungen für Industrie 4.0 wie die Tauschbarkeit der Geräte ohne Datenverlust. All dies er­füllt der neue Ultraplast AMG von Herrmann Ultraschall.

Screenshot der Schnittstelle Foto: Herrmann Ultraschall
Screenshot der Schnittstelle Foto: Herrmann Ultraschall

Für eine einfache Kommunikation zwischen Generator und Maschinensteuerung wurde eigens eine Ethernet-Kommunikationsschnittstelle (HCI – Herrmann Communication Interface) im Gerät implementiert. Diese erlaubt einen schnellen und störsicheren Daten- und Signalaustausch mit einer herstellerunabhängigen SPS. Durch die klar definierte Schnittstelle ist ein Austausch der wichtigsten Schweißprozessdaten und Statusinformationen möglich. So lassen sich auch erweiterte Einstellungen und Steuerkommandos abwickeln.

Werden darüber hinaus weitere Prozessdaten und Messwerte benötigt, kann der Ultraplast AMG optional mit einer echtzeitfähigen Feldbusschittstelle ausgerüstet werden. Der AMG unterstützt sieben der gängigsten Feldbusformate.

Kein Expertenwissen notwendig

Herrmann Ultraschall möchte den Kunden in die Lage versetzen, den vollen Funktionsumfang des Ultraschallgenerators mit dem Ziel zu nutzen, den Schweißprozess optimal zu steuern und zu beobachten. Hierzu sind im Lieferumfang des Ultraplast AMG verschiedene Programmierbausteine beinhaltet. Das zeitaufwendige Programmieren entfällt und alle Vorteile der Generatorenfunktionalität werden unmittelbar ausgeschöpft. Gerade mittelständische Maschinenbauer begrüßen diese Programmierunterstützung, die ihnen die Möglichkeit gibt, sich einfach und schnell in den Ultraschallschweißprozess hineinzudenken, gerade wenn sie in Bezug auf die Technologie noch unerfahren sind. Die Engineering- und Inbetriebnahmezeiten verkürzen sich spürbar.

Diagnose und Prozessoptimierung

Als weiteres Tool steht dem Nutzer eine Diagnose- und Bediensoftware AMG sim zur Verfügung, mit der via Ethernetnetzwerk bei laufender Produktion auf sämtliche Prozessdaten zugegriffen werden kann. Die Prozessoptimierung  wird durch eine grafische Darstellung der wichtigsten Schweißparameter unterstützt und hilft, auf einfache Weise den Schweißprozess zu verstehen. Im Störungsfall kann mit einer Reportfunktion ein Statusprotokoll erstellt werden, das bei der Fehlerbehebung eine einfache Kommunikation ermöglicht. Mit der kostenfreien Software wird sich der User vom Ultraschallanwender zum Ultraschallversteher entwickeln.

Volker Aust

 

Anlaufbild: Herrmann Ultraschall