Eingebaute Sicherheit

Spezial Steuerungstechnik

Sicherheitssteuerung – In Sputteranlagen entsteht höchste elektrische Spannung. Eine Steuerung mit integrierter Sicherheitstechnik gewährleistet schnelle Inbetriebnahme.

12. November 2009

Entscheidend für die Wirtschaftlichkeit und Langlebigkeit, aber auch für die Umweltfreundlichkeit von Transportsystemen wie LKWs, Busse, Bahnen, Flugzeuge oder Schiffe ist die Minimierung der Reibungsverluste durch eine Lagerung der rotierenden Teile. Während sich im Antriebsstrang vom Motor zu den Rädern Wälzlager durchgesetzt haben, kommen in den Verbrennungsmotoren meist Gleitlager zum Einsatz, vor allem zur Lagerung von Kurbel- und Nockenwellen.

Einer der führenden Partner der internationalen Motoren- und Fahrzeugindustrie ist die Miba AG mit ihrer Zentrale in Laakirchen in Oberösterreich, ein internationaler Konzern, der mit rund 2.700 Mitarbeitern an elf Standorten weltweit Sinterformteile, Gleitlager und Reibbeläge herstellt. Das als Reparatur- und Produktionswerkstätte für Motorenteile im Jahre 1927 gegründete Unternehmen kann heute darauf verweisen, dass ihre Produkte weltweit in Straßen- und Schienenfahrzeugen, Schiffen, Flugzeugen und Kraftwerken zu finden sind. Hergestellt werden die Gleitlager von der Miba Bearing Group am US-amerikanischen Standort in McConnelsville, Ohio, sowie am Gründungsstandort in Laakirchen, wo bereits seit 1949 Gleitlager gefertigt werden, in erster Linie für Großdieselmotoren, und zwar inklusive aller Gleitlagerprodukte wie Halbschalen, Büchsen und Anlaufringe.

Der Werkstoff für die Hauptbestandteile der Gleitlager ist unlegierter Stahl, während für die Laufschichten anforderungsspezifisch speziell entwickelte Stahl-Buntmetall-Legierungen zum Einsatz kommen. Miba betreibt dazu ein eigenes metallurgisches Forschungslabor, in dem die Legierungen als Teil der Kernkompetenz des Unternehmens entwickelt werden.

Fliegende Atome

Aufgebracht wird das Oberflächenmaterial mit dem physikalischen Verfahren des Sputterns, der weithin unbekannte deutsche Begriff dafür ist Kathodenzerstäubung. Bei diesem Verfahren werden, ähnlich wie in der Bildröhre älterer Fernsehgeräte, im Vakuum Atome aus einer Kathode herausgeschlagen, die auf dem Zielobjekt kondensieren und dort eine Schicht bilden.

Das geschieht in raumfüllenden automatischen Anlagen, die Miba in den 1990er-Jahren vom Laborversuch bis zur Serienreife entwickelt hat und heute nicht nur in den eigenen Produktionsstätten einsetzt, sondern auch an andere Produzenten mit ähnlichen Anforderungen liefert. Jede dieser Maschinen besitzt neben einer umfangreichen Beschickungs- und Temperiereinheit sechs Vakuumkammern für die sequenziellen Oberflächenbehandlungsschritte, die um eine zentrale Verteilerstation angeordnet sind.

Für die Automatisierung der Sputteranlagen verwendet Miba bereits seit Jahren Produkte des österreichischen Steuerungsspezialisten Bernecker + Rainer. So steuert seit dem letzten Redesign eine zentrale X20-CPU die gesamte Maschine mit mehr als 20 Servo-Controllern und zahlreichen Ventilinseln. Als vor etwa zwei Jahren eine neue Anlage für größere Dimensionen zu entwickeln war, fiel die Entscheidung zugunsten einer Neuentwicklung der Automatisierung unter Einschluss der Sicherheitstechnik, erzählt Miba-Softwareentwickler Gerald Hochmuth und freut sich: »Obwohl die Automatisierungslösung in ihren Grundzügen bereits zehn Jahre alt ist, konnten wir die Software mit geringem Anpassungsaufwand übernehmen.«

Schnelle Integration

Für die Entwicklung inklusive der vollständig neuen Visualisierung benötigten die Maschinenbauer deshalb nur wenige Monate. Die wichtigste Änderung war dabei jedoch die nahtlose Integration der kritischen Sicherheitstechnik, schließlich muss diese im Notfall die immens hohe Spannung der Kathode schnell und zuverlässig abschalten und erden, sobald – etwa durch eine Undichtheit – das Vakuum zusammenbricht.

An den acht I/O-Knoten des X20-Steuerungssystems stecken deshalb Safety-I/O-Module, die über das Echtzeit-Bussystem Ethernet Powerlink mit dem Gesamtsystem, vor allem aber mit einer zentralen Safe CPU, verbunden sind. Das Durchschleusen der Sicherheitssignale über den schnellen Ethernet-Bus reduziert den Verkabelungsaufwand auf ein Minimum gegenüber der Verbindung des Sicherheitssystems aller relevanten Punkte in der Anlage mittels diskreter Verkabelung, wie sie in früheren Varianten der Sputteranlage nötig war. In der Folge konnte Miba vor allem die Inbetriebnahmezeit deutlich reduzieren, erzählt Hochmuth und ergänzt: »Darüber hinaus bringt die Umstellung uns und unseren Kunden deutliche Verbesserungen in der laufenden Wartung.«

Erweiterte Diagnose

Dies geschieht nicht nur durch den Wegfall der aufwendigen Verkabelung, sondern auch aufgrund der wesentlich erweiterten Möglichkeiten bei Diagnose und Fernwartung. So ermöglichen alle Module von einer beliebigen Stelle im Netzwerk aus, aber auch per Datenfernübertragung, einen transparenten Zugriff auf Fehlermeldungen. Das erhöht neben dem Komfort die Reaktionsgeschwindigkeit und damit die Verfügbarkeit der Anlagen.

»Für unsere Techniker brachte die Integration der Sicherheitstechnik eine Beschleunigung der Entwicklung, und der Kunde profitiert von den erweiterten Diagnosemöglichkeiten«, fasst Hochmuth zusammen. Hier wirkte sich der Umstieg auf Automation Studio 3.0 also doppelt positiv aus. Mithilfe der Integrated Safety Technology von B&R konnte Miba somit die führende Rolle als Lieferant kritischer Bestandteile für große Verbrennungsmaschinen ausbauen.

Andreas Enzenbach, B+R/bt

Fakten

- Die Bernecker + Rainer Industrie-Elektronik Ges.m.b.H. (B&R) im österreichischen Eggelsberg ist einer der größten europäischen Steuerungshersteller.

- Das Produktportfolio umfasst unter anderem Steuerungssysteme, Industrie-PCs, I/O-Systeme, Netzwerke, Feldbusmodule, Lösungen zum Visualisieren und Bedienen sowie Sicherheits- und Prozessleittechnik.

- Außerdem entwickelte B&R das echtzeitfähige Feldbussystem Ethernet Powerlink auf Basis des Übertragungsstandards Ethernet, mit dem zeitkritische Daten innerhalb von Mikrosekunden garantiert übertragen werden.

Erschienen in Ausgabe: 08/2009