Retrofit der Vakuum-Beschichtungsanlage MAXI
für Fraunhofer FEP
Die modulare In-line Vakuum-Beschichtungsanlage MAXI wird am Fraunhofer FEP für die industrienahe Entwicklung, Bemusterung und Pilotfertigung komplexer Schichtsysteme eingesetzt. Nach mehr als 20 Jahren Betrieb waren wesentliche Komponenten der Steuerungs- und Antriebstechnik veraltet, abgenutzt oder bereits abgekündigt.
HIB modernisierte die Anlage in mehreren aufeinander aufbauenden Teilprojekten. Im Mittelpunkt standen eine moderne Steuerungs- und Antriebstechnik, die Erweiterung des nutzbaren Prozessbereichs, eine höhere Anlagenverfügbarkeit sowie die langfristige Wartbarkeit der technologisch wertvollen Bestandsanlage.
Das Projekt auf einen Blick
| Kunde | Fraunhofer-Institut für Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP, Dresden |
|---|---|
| Anlage und Einsatz | Modulare In-line Vakuum-Beschichtungsanlage MAXI mit acht Kammern zur industrienahen Entwicklung, Bemusterung und Pilotfertigung komplexer Schichtsysteme |
| Projekt | Retrofit / Modernisierung der Steuerungs-, Antriebs- und Sicherheitstechnik |
| HIB-Leistungen | Funktionsermittlung, Maschinensicherheit, Elektroplanung, Steuerungs- und Servotechnik, Programmierung, Visualisierung, Inbetriebnahme, Dokumentation |
| Technologien | OMRON NJ502, EtherCAT, Safety, Omron Servoantriebe, EPLAN P8 |
| Projektzeitraum | Rund zwei Jahre in aufeinander aufbauenden Teilprojekten |
Die Herausforderung: Eine technologisch wertvolle Bestandsanlage modernisieren
Die MAXI verfügt über komplexe Vakuum- und Transportfunktionen in acht voneinander trennbaren Kammern. Die Steuerungstechnik für Vakuum und Antriebe war nach mehr als 20 Jahren Betrieb erheblich veraltet, die Ausfallrate der Elektronik hatte zugenommen.
Gleichzeitig sollte nicht nur die technische Verfügbarkeit verbessert werden. Ziel war es, das technologische Potenzial der Anlage zu erhalten und zu erweitern: Der zuverlässige Transport von Platten sowie das Wickeln von Metallbändern sollten über größere Bereiche von Materialdicke, Transportgeschwindigkeit und Bahnspannung möglich werden. Auch Sicherheits- und Bedienkonzept sollten modernisiert werden.
Die Lösung: Retrofit in aufeinander aufbauenden Teilprojekten
HIB strukturierte das Retrofit zunächst in zwei Hauptphasen. In der weiteren gemeinsamen Planung wurde das Vorhaben in sieben aufeinander aufbauende Teilprojekte gegliedert. So konnten technische Risiken und Stillstandszeiten begrenzt, Zwischenergebnisse geprüft und die Anlage während der Maßnahmen eingeschränkt weiter genutzt werden.
1. Funktionsermittlung
Gemeinsame Testläufe im Platten- und Bandbetrieb zur Ermittlung der bestehenden Arbeits- und Grenzbereiche.
2. Maschinensicherheit
Bewertung der Bestandsanlage, Gefährdungsbeurteilung und Ermittlung erforderlicher Performance Level.
3. Elektroplanung
Bestandsabgleich und Elektroplanung mit EPLAN P8 für die folgenden Umbauten.
4. Wicklungsantriebe
Neuer Wickler-Steuerschrank mit OMRON NJ502, EtherCAT und Safety sowie zwei 7,5-kW-Servoantriebe mit Planetengetrieben. Programmierung und Vorinbetriebnahme der Wicklungsantriebe zur Sicherstellung des verbesserten Regelungsverhaltens und der erweiterten Arbeitsbereiche.
5. Inbetriebnahme und Optimierung
Schrittweise Programmierung zur Wiederherstellung der Bestandsfunktionen, Umsetzung neuer Funktionalitäten und gemeinsames Ausloten der Prozessgrenzen.
6. Gesamt-Retrofit
Modernisierung von Steuerungs- und Visualisierungstechnik sowie Servosystemen, Umstellung der dezentralen E/A von DeviceNet auf EtherCAT und Retrofit des Hubwagens.
7. Dokumentation und Abnahme
Aktualisierung der Gefährdungsbeurteilung, deutsch- und englischsprachige Betriebs- und Bedienungsanleitung sowie sicherheitstechnische Abnahme durch einen Partner.
Das Ergebnis: Mehr Präzision, Verfügbarkeit und Prozessspielraum
Die neue Servo-Regelung ermöglicht laut Fraunhofer FEP einen präzisen, stabilen und reproduzierbaren Betrieb auch bei sehr kleinen Bandzugkräften und niedrigen Drehzahlen. Transportgeschwindigkeiten von bis zu 60 m/min sind sowohl im Band- als auch im Plattentransport möglich. Dadurch können nun auch sehr dünne Bandmaterialien beschichtet werden. Gleichzeitig wurde der bisherige Parameterbereich für stärkere Metallbänder erweitert.
Die bisherige, teilweise abgekündigte Steuerungs-, Antriebs- und E/A-Technik wurde durch eine moderne und umfassend dokumentierte Architektur mit SPS-, Servo-, EtherCAT- und Visualisierungstechnik ersetzt. Fraunhofer FEP bewertet die Anlagenverfügbarkeit nach der Modernisierung als sehr zuverlässig und das Risiko ungeplanter Ausfälle als deutlich reduziert.
Ergebnisse auf einen Blick
- Transportgeschwindigkeiten bis 60 m/min
- präzise Servo-Regelung auch bei kleinen Bandzugkräften und niedrigen Drehzahlen
- Verarbeitung sehr dünner Bandmaterialien
- erweiterter Parameterbereich für stärkere Metallbänder
- modernisierte SPS-, Servo-, EtherCAT- und Visualisierungstechnik
- verbesserte Anlagenverfügbarkeit
- aktualisierte Sicherheits- und Betriebsdokumentation
- langfristige Nutzung der MAXI für Forschungs-, Entwicklungs- und Auftragsprojekte
Komplexität gemeinsam beherrschbar machen
Gerade bei einer mehr als 20 Jahre alten Sonderanlage waren die tatsächlichen Arbeits- und Grenzbereiche nicht vollständig aus der Dokumentation ableitbar. Deshalb wurden sie gemeinsam durch Testläufe ermittelt und anschließend als Grundlage für die Modernisierung genutzt.
Das schrittweise Vorgehen ermöglichte es, technische Entscheidungen auf Basis der jeweiligen Zwischenergebnisse zu treffen und Optimierungen gemeinsam vorzunehmen. Gleichzeitig konnte Fraunhofer FEP die Anlage während der Maßnahmen eingeschränkt für laufende Forschungs- und Kundenprojekte weiter nutzen.
„HIB hat sich schnell und fundiert in die komplexen Anforderungen unserer speziellen Inline-Vakuum-Beschichtungsanlage für Platten und metallische Bänder MAXI eingearbeitet. Besonders überzeugt hat uns die technische Kompetenz bei der Auslegung der neuen elektrischen Antriebe und bei der Regelungstechnik für das Wickeln von Metallbändern. Das Retrofit hat unsere Erwartungen hinsichtlich Leistungsfähigkeit und Zukunftsfähigkeit erfüllt. Damit steht ab sofort unsere weltweit einzigartige Forschungs- und Pilotanlage MAXI in modernisierter Form und mit erweiterter Flexibilität für unsere Partner bereit, um neue technologische Herausforderungen, z. B. im Bereich der Metallbeschichtung und Energietechnik, zu lösen.“
Dr. Stefan Saager, Gruppenleiter, und Dr. Bert Scheffel, Projektleiter Beschichtung Metall und Energietechnik Fraunhofer FEP
Eingesetzte Kompetenzen
- Retrofit Maschinensteuerung
- Maschinensicherheit
- Industriesoftware / Visualisierung
- Antriebstechnik
Wir sind für Sie da
Sie möchten eine bestehende Maschine oder Anlage modernisieren? Wir analysieren gemeinsam mit Ihnen den Bestand und entwickeln ein Retrofit-Konzept, das zu Ihrer Anlage und Ihren Anforderungen passt.