Weltweit erste Anlage für vollautomatisierten Zuschnitt und Handling von Baustahlmatten

Bei der Herstellung von Baustahlmatten wird zunächst Stahldraht von einem Coil abgewickelt und gerichtet. Dabei erhalten die Drähte auch ihre typische Rippung. Anschließend verschweißt eine automatisierte Maschine die Drähte zu einer Matte mit Quer- und Längsstäben. Um eine optimale Anlagenauslastung zu erreichen, produziert die Schweißmaschine die Matten im Maximalformat. Da auf der Baustelle in der Regel kleinere Formate verwendet werden, müssen die Matten auf das passende Maß zugeschnitten werden. Dieser Vorgang war in der Vergangenheit sehr personalintensiv, da es keine automatisierte Lösung gab. Bis zu sechs Personen sind nötig, um die schweren Matten zu heben und auf der Schneidemaschine zu positionieren. Beim anschließenden Stapeln muss jede zweite Matte gewendet werden, um die Stapelhöhe zu reduzieren. Es wird immer schwieriger, Personal für diese anstrengende und monotone Arbeit zu finden. Ein Unternehmen, das täglich 3.400 Tonnen Betonstahl verarbeitet, suchte daher nach einer automatisierten Lösung.

Maschinenbauer spezialisiert auf Baustahlmatten

Fündig wurde das Unternehmen bei der Terhoeven GmbH & Co. KG, die unter der Marke Hambi Maschinenbaulösungen für diesen Bereich anbietet. Das bereits 1908 als Dorfschmiede gegründete Unternehmen wird heute in vierter Generation von Stephan Terhoeven geführt: „Seit 2006 konzentrieren wir uns ganz auf den Maschinenbau und haben unsere anderen Geschäftsfelder in der Land- und Agrartechnik aufgegeben“. Mit rund 30 Mitarbeitern bietet Hambi verschiedene Maschinen zum Handhaben, Schneiden und Biegen von Baustahlmatten an. Das Spektrum reicht von kleinen Biegebänken, die auf Baustellen eingesetzt werden, bis hin zu großen Maschinen für Eisenbiegereien und Mattenhersteller.

Im Auftrag des Kunden entwickelte der Maschinenbauer eine Anlage, die das Handling, Schneiden und Stapeln der Baustahlmatten vollautomatisch durchführt. Die ASA (Automatische Schneidanlage) vereinzelt zunächst die oberste Matte des Stapels, hebt sie an und transportiert sie zur Einschubeinheit. Die Einschubeinheit schiebt die Matte in die Schlagschere, bis das eingestellte Längenmaß erreicht ist. Anschließend schneidet die Schlagschere die Matte und der Mattenausschub transportiert das geschnittene Teilstück zum Mattenwender. Im letzten Schritt stapelt die Anlage die Matten. Dabei dreht der Mattenwender jede zweite Matte. Durch diesen Drehvorgang wird die Stapelhöhe minimiert, da die Teilstücke ineinander verschachtelt werden.

Vereinzeln und Anheben der Matten als Herausforderung

Das Anheben der obersten Matte vom Stapel erscheint zunächst relativ einfach. „Für die Automatisierung ist dieser Schritt aber eine große Herausforderung“, erklärt Stefan Broeckmann, der bei dem Maschinenbauer für Konstruktion und Entwicklung zuständig ist. Die Fertigungstoleranzen der Baustahlmatten liegen im Zentimeterbereich, für das Handling ist aber eine Genauigkeit von unter einem Millimeter erforderlich. Außerdem liegen die einzelnen Matten nicht ordentlich im Stapel. Für die Automatisierung beauftragte das Unternehmen die Orgassa GmbH. „Uns verbindet eine langjährige, vertrauensvolle Zusammenarbeit“, sagt Stephan Terhoeven. Der erste wichtige Schritt ist die Ermittlung der tatsächlichen Lage der Matte und damit der Greifpunkte, an denen die Greifer die Matte anheben können. Marc Orgassa, Geschäftsführer der Orgassa GmbH, erläutert das Verfahren: „Eine Kombination aus Bildverarbeitung mit moderner Kameratechnik und Lasersensoren erkennt die tatsächliche Lage der Greifpunkte, sodass die Matten zielgenau gegriffen werden können“. Die dafür eingesetzte 3D-Bildverarbeitung wurde komplett von der Orgassa GmbH programmiert.

Wenn die insgesamt sechs Greifer die Baustahlmatte anheben, stellt sich die nächste Herausforderung. Beim Anheben biegt sich die Matte durch, wodurch horizontale Kräfte auf die Hebevorrichtungen wirken. „Um dies auszugleichen“, erklärt Marc Orgassa, „müssen die Abstände zwischen den einzelnen Aufnahmepunkten korrigiert werden. Deshalb sind für jeden der sechs Punkte drei separat arbeitende Antriebe notwendig, um die Greifer in alle drei Raumrichtungen bewegen zu können. Im Betrieb müssen die Antriebe präzise und synchron angesteuert werden.“

Antriebs- und Automatisierungstechnik aus einer Hand

Um die Verformung der Matten beim Heben auszugleichen, sind 18 Antriebe für die sechs Greifer erforderlich, hinzu kommen vier weitere Antriebe für den Transport der Matten innerhalb der Anlage und das Wenden vor dem Abstapeln. Zum Einsatz kommen jeweils Servoantriebe von Mitsubishi Electric mit entsprechenden Servoverstärkern. Die Motoren der Baureihe MR-J5 sind sehr kompakt und bieten eine hohe Dynamik. Die zugehörigen Servoverstärker lassen sich über Zwischenkreise koppeln – die Bremsenergie eines Antriebs kann so direkt für einen anderen Antrieb genutzt werden. Auch eine Netzrückspeisung ist mit den Servoverstärkern möglich. Insgesamt kann so eine hohe Energieeffizienz in der Anlage erreicht werden. „Mit dem Motion Controller können wir die geforderte Synchronität der Antriebe optimal umsetzen“, nennt Marc Orgassa einen wichtigen Grund für die Entscheidung für dieses System. Auch alle anderen Komponenten der Automatisierungstechnik und die Absicherung der elektrischen Versorgung der gesamten Anlage stammen von Mitsubishi Electric.

Arbeitssicherheit wird großgeschrieben

Beim Handling der schweren Baustahlmatten muss die Automatisierungstechnik die Sicherheit des Bedienpersonals gewährleisten. Deshalb werden alle Komponenten der Antriebs- und Automatisierungstechnik in Safety-Ausführung eingesetzt. Dies betrifft neben der Safety-SPS auch die Servoantriebe, die ebenfalls sicherheitsgerichtet überwacht werden. Bei einem Stromausfall in der Anlage bleibt der Antrieb auf jeden Fall in einer sicheren Position stehen. Die Position wird zusätzlich mit Encodern – ebenfalls in Safety-Ausführung – überwacht.

Bedienung durch eine Person

Die Bedienung der ASA erfolgt über ein GOT-Bediengerät von Mitsubishi Electric. Neben dem Touch-Display sind jedoch auch einige Taster und Schalter integriert, um die Bedienung mit Handschuhen zu erleichtern. Die Programmierung der Bedienoberfläche und der Visualisierung erfolgte durch Marc Orgassa in der Programmierumgebung iQ Works. Das Softwarepaket ermöglicht eine effiziente systemübergreifende Programmierung aller Automatisierungskomponenten von den Antrieben über die Safety-SPS bis hin zum Bediengerät. „Lediglich die Software für die Bildverarbeitung haben wir in C programmiert“, nennt Marc Orgassa eine Ausnahme.

Anlage erfolgreich in Betrieb genommen

Nach einer Entwicklungszeit von knapp zwei Jahren konnte die erste Anlage im Frühjahr 2024 beim Kunden in Betrieb genommen werden. „Die ASA ist sechs Meter hoch und über 40 Meter lang“, macht Stefan Broeckmann die gewaltigen Dimensionen deutlich. Warum man sich bei der Antriebs- und Automatisierungstechnik für Mitsubishi Electric entschieden hat, erklärt Stephan Terhoeven ganz einfach: „Wir setzen seit vielen Jahren Produkte von Mitsubishi Electric in unseren Maschinen und Anlagen ein und haben damit durchweg gute Erfahrungen gemacht.“ Und Marc Orgassa ergänzt: „Alle Komponenten aus einer Hand zu nutzen, ist aus unserer Erfahrung sehr sinnvoll. Und mit dem aktuellen Portfolio von Mitsubishi Electric können wir die Echtzeitkommunikation, die Synchronisation der Antriebe und die Sicherheitsanforderungen einfach umsetzen.“

Nachdem der Maschinenbauer mit der erfolgreichen Automatisierung des Zuschnitts von Baustahlmatten eine Weltneuheit präsentiert hat, arbeitet er bereits an den nächsten Schritten. So ist eine Maschine geplant, die Baustahlmatten zu Körben in verschiedenen Geometrien und Größen biegen kann, die auf der Baustelle zur Herstellung von Säulen, Trägern oder Stützen verwendet werden – natürlich wieder vollautomatisiert. „Bei der Automatisierungstechnik werden wir dann sicher wieder auf die Firma Orgassa und die Systeme von Mitsubishi Electric setzen“, sagt Stephan Terhoeven.