Eine Maschine zum Herstellen von Ballonkathetern reagiert flexibel auf neue Blasformen, da sich die Steuerung über Software anpassen lässt. Das soll die Entwickler zum Experimentieren ermuntern.
Für Menschen mit Gefäßverengungen sind Ballonkatheter Lebensretter. Einen solchen Katheter führt der Arzt durch das Blutgefäß zu der verengten Stelle im Gefäß und expandiert den Ballon dort mit einem Druck von 8 bis 20 bar. So wird das Gefäß erweitert, und das Blut kann wieder ungestört fließen. Je nach Art und Ort der Verengung werden unterschiedliche Größen und Formen eingesetzt.
Die expansionsfähigen Ballone werden im Heißluftverfahren hergestellt: Ihre endgültige Gestalt erhalten die Rohlinge unter definierter Einwirkung von Druck und Wärme in Glas- oder Metallformen. Traditionelle Maschinen eignen sich, um mit einer Form bestimmter Größe eine Sorte von Ballonen herzustellen. Diese Beschränkung auf nur eine Ballonart pro Maschine ist allerdings sehr ineffizient, wenn der Hersteller mit geringen Losgrößen arbeitet.
Der US-amerikanische Maschinenbauer Machine Solutions Inc. (MSI) wollte daher zu flexibleren Systemen kommen, die mehr Spielraum bei der Produktion lassen. „Selbstverständlich musste unsere neue Maschine dem Industriestandard entsprechen“, erläutert Brent Bohmont, MSI-Software- und Elektroingenieur. Was Bedienerfreundlichkeit und Flexibilität anging, sollte sie sich aber abheben.
Da die gesetzlichen Zulassungsbedingungen für invasive medizinische Geräte wie Ballonkatheter streng sind, entstehen beim Fertigen hohe Kosten, die unter anderem für das Herstellen der Ballonformen und deren Zulassung anfallen. Ohne die Formen geht es zwar auch bei der neuen Maschine nicht. Aber der Aufwand, der mit dem Wechsel der Blasform verbunden ist, sollte reduziert werden.
Der Ansatzpunkt dafür ist die Maschinensteuerung. Statt für jeden Wechsel separate Motion-Controller-Hardware zu ergänzen, kann sie über die Software angepasst werden. „Nur durch Ändern der Software sollen beispielsweise Achsen hinzugefügt oder Heizkreise geändert werden können“, erläutert Bohmont. Eine leistungsfähige und flexible Automatisierungs- und Steuerungstechnik ist hierfür die Voraussetzung.
MSI entschied sich für den Einsatz einer PC-basierten Steuerung mit leistungsstarken Prozessoren. So konnten alle Aspekte, die die Steuerung betreffen, in ein Gerät integriert werden. Die Beckhoff Automation GmbH aus Verl stellte hierfür den Schaltschrank-Industrie-PC C6920 mit der Software TwinCAT PTP bereit. Das System nutzt EtherCAT als Feldbus und ist mit EtherCAT-Klemmen und Busklemmen zur Datenanbindung ausgestattet.
Mit den EtherCAT-I/O-Klemmen verarbeitet MSI die Daten der Kraftrückmeldung beim Ballonformen. „Diese Technologie hat sich für uns als ideal erwiesen“, erläutert Bohmont. Normalerweise benötigten analoge I/Os in einer Anwendung wie dieser lange Wandlungszeiten. „Schnelle, analoge EtherCAT-I/Os eliminieren das, so dass wir nur durch die Signalaufbereitung eingeschränkt sind.“ Da EtherCAT ein offenes System ist, können Motoren und Anlagenteile verschiedener Hersteller genutzt werden. Die Verdrahtung erfolgt über Standard-Ethernet-Kabel, was den Aufwand reduziert.
Bei den Sicherheitsfunktionen setzt MSI auf die TwinSAFE-Technologie. „Verglichen mit traditionellen Sicherheits-SPSen und deren sicherheitsspezifischen Netzwerken ist das eine stark optimierte Herangehensweise“, lobt MSI-Entwickler Bohmont. Weil die Safety-Klemmen über den EtherCAT-Buskoppler BK1120 in das EtherCAT-System eingebunden sind und das Sicherheitsprotokoll TwinSAFE das vorhandene EtherCAT-Netzwerk als Transportmedium nutzt, werde auch hier der Verkabelungsaufwand gesenkt.
Derzeit laufen über dieses System die Not-Aus-Schaltkreise und Lichtgitter, der Formdruck, die Heiztemperatur und Punkte mit Quetschgefahr werden darüber überwacht. Statusberichte der I/Os dokumentieren, wie und wann ein Not-Aus-Schalter betätigt oder ein Lichtgitter aktiviert wurde. „Zusätzliche Funktionen lassen sich hinzufügen“, führt Bohmont aus. Aufgrund der PC-basierten Steuerung lässt sich die Ballonblas- und -formmaschine an Glas- oder Metallformen unterschiedlicher Größe anpassen. „Üblicherweise sind Maschinen nur mit einer der beiden Formen ausgestattet. Unsere Maschine ermöglicht das Experimentieren mit unüblichen Formmaterialien“, erläutert Bohmont.
Neu sei auch, dass die Maschine kraft- oder weggesteuert arbeiten können. Je nach Ballongröße oder -gestalt und in Abhängigkeit von dem für die Blasform benutzten Material könne es sinnvoll sein, den Prozess entweder nach dem Verfahrweg oder der auftretenden Kraft zu regeln. „Mit TwinCAT sind wir in der Lage, den Anwendern an einer Maschine beide Möglichkeiten zur Verfügung zu stellen“, sagt MSI-Maschinenbauingenieur Paul Reis.
Da die PC-basierten Steuerungen besonders leistungsfähig seien, können die Kraftsensoren in Echtzeit mit einer Abtastfrequenz von 500 Hz eingelesen werden, und ihre Daten stehen als Eingangsinformation für die Regelung zur Verfügung.
Dass die Geräte hinsichtlich der Art des Einbaus so flexibel seien, habe sich bei der Maschinenkonzeption als Zeitsparfaktor erwiesen. „Dank der neuen IPC-Steuerung, der dezentralen I/Os und den einfachen Anschlüssen über Ethernet-Kabel können wir die Geräte platzsparend wie nie zuvor installieren“, so Bohmont.
Thomas Kosthorst Branchenmanagement Kunststoffmaschinen, Beckhoff Automation, Verl
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