DE4438525A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bearbeitung und Verdrahtung von Schaltschränken und ihren Komponenten - Google Patents

Description

Sowohl dienstleistende Steuerungsbau-Unternehmen als auch der allge. Maschi­ nen- und Anlagenbau benötigen elektrische Steuerungen für ihre Produkte. In Deutschland existieren derzeit rund 10 000 Betriebe oder Abteilungen innerhalb einer Firma, die in irgendeiner Art und Weise elektr. Steuerungen bauen.

Die hierbei anfallenden Aufgaben sind in der Regel Angebotserstellung, Erstel­ lung von Schaltplänen, Dokumentation, Aufbau der elektr. Geräte in einem Schaltschrank, Verdrahtung der elektr. Geräte, Überprüfung der Anlage und Aus­ lieferung der Steuerung.

Zur Zeit existieren eine Reihe von Automatisierungshilfen in Form von CAD/CAE- PPS-Systemen die von der Angebotserstellung bis zur Herstellung und Doku­ mentation der Schaltpläne den Ingenieur bei seiner Arbeit unterstützen und somit einen Teil der Aufgaben rationell unterstützen.

Teil 1:
Unsere Erfindung greift die Automatisierung an den folgenden Arbeits­ schritten auf: Verfahren und Vorrichtung zur Unterstützung beim Geräteaufbau und der Montage sowie bei der Verdrahtung und Dokumentation des Schalt­ schranklayouts (CE-Vorschrift ab 1995).

Teil 2:
Unsere Erfindung, basierend auf dem im Teil 1 vorgestellten Verfahren, wird auf die folgenden Arbeitsschritte, nämlich Verdrahtung der elektrischen An­ lagen, übertragen, wodurch Kostensenkungen im großen Rahmen möglich werden.

I. Teil 1: Verfahren und Vorrichtung zur Bearbeitung von Schaltschränken und Geräteaufbautafeln

Steuerungen werden in der Regel in Gehäuse (Schaltschränke) eingebaut. Die Schaltschränke werden im allgemeinen als Fertigprodukt bezogen, d. h. sie sind lackiert und montiert. Anlagenspezifische Bedürfnisse erfordern jedoch auch eine anlagenspezifische Steuerung mit entsprechenden elektrischen Komponenten, die im Schaltschrank unterzubringen sind. Zu diesem Zweck werden elektrische Komponenten in die Seitenwände und Türen der Schränke eingebaut und auf Ge­ räteaufbautafeln montiert. Eine elektrische Steuerung kann erst fertiggestellt werden, nachdem alle technischen Aspekte einer Maschine oder einer Anlage geklärt und in einen Schaltplan umgesetzt worden sind. In der Regel ist dann aber bereits ein Großteil der zur Verfügung stehenden Lieferzeit abgelaufen. Die Kürze der Lieferzeit von elektrischen Anlagen, deren Rangfolge im gesamten Fertigungsablauf einer Anlage und deren Individualität, erlauben in der Regel nicht, Schaltschränke mit fertigen Ausbrüchen und Bohrungen und Gewinden, vom Lieferwerk zu beziehen - Ausnahmen sind Standardsteuerungen für Stan­ dardprodukte, hierbei können die Löcher und Ausbrüche standardmäßig bereits bei der Schrankproduktion eingebracht werden. Ausnahmen bilden weiterhin 19′′ Einbaugruppen und X- oder Lütze-Verdrahtungssysteme, die in der Regel wenig Bohrungen und Ausschnitte benötigen.

Die Masse der Anwender setzt jedoch Standardschaltschränke ein, die aus Tür, Seiten-, Rückwand, Dach und Geräteaufbautafel bestehen. Rund 1 000 000 Schränke dieser Art werden jährlich in Deutschland produziert und verarbeitet.

Die erforderlichen Löcher und Ausbrüche muß der Steuerungsbauer in der Regel selber ausführen, da sie anlagenbezogen individuell sind und schnell verfügbar sein müssen.

Lieferzeiten für Leerschränke belaufen sich in der Regel auf wenige Tage (3-5 Werktage). Mancher Schaltschrankhersteller bietet diese Dienstleistung als Son­ derwunsch an, jedoch beträgt die Lieferzeit für spezielle Ausbrüche in der Regel mehr als 2 bis 3 Wochen.

Aufgaben

Man unterscheidet zwei verschiedene Aufgaben:

• 1. In die Schaltschranktüren bzw. Seitenwände sind Ausbrüche und/oder Bohrungen und/oder Gewinde einzubringen, damit die elektrischen Geräte wie Taster, Leuchtmelder, Meßgeräte, Stecker etc. eingebaut werden können.
• 2. Auf einer Geräteaufbautafel werden Kabelkanäle, Tragschienen, Sicherun­ gen, Trafos etc. angeschraubt. Zu diesem Zweck müssen im Durchschnitt auf einer 800 mm breiten Tafel rund 80 Löcher gebohrt und eventl. gewindet wer­ den. Auf einer 1000 mm breiten Tafel sind durchschnittlich 100 Löcher exakt einzubringen. Jedes Loch ist von seinem einzubauenden Gerät abhängig und somit von der jeweiligen elektrischen Aufgabe und Anforderung die das Gerät zu erfüllen hat und die das Pflichtenheft vorgibt.

Stand der Technik

Um diese Arbeiten in der notwendigen Verfügbarkeit durchführen zu können, set­ zen steuerungsbaubetreibende Unternehmen oftmals Handbohrmaschinen, Ge­ windeschneider, Stichsägen, Anreißnadel, Körner aber auch handgeführte Nib­ belmaschinen ein.

Diese Arbeiten sind sehr zeitintensiv, ungenau, von schlechter Qualität und für den Werker körperlich anstrengend.

Wenige, größere Industriebetriebe arbeiten mit CNC-gesteuerten Nibbelmaschi­ nen, deren CNC-Programm jedoch konventionell erstellt werden muß. In der Re­ gel führt die geringe Dauer der Bearbeitungszeit und der geringe Durchsatz an Schaltschränken (ca. 500 Betriebe in Deutschland, die mehr als 1000 Schalt­ schränken pro Jahr verarbeiten, mehr als 9000 Betriebe in Deutschland, die we­ niger als 1000 Schaltschränke pro Jahr verarbeiten) nur zu einer geringen Ma­ schinenauslastung und somit zu einer schlechten Amortisationszeit.

Das herkömmliche CAD/CAM-Verfahren ist im allgemeinen Maschinenbau bei Dreh-, Fräs- oder Bearbeitungszentren schon lange bekannt. Obwohl gerade Elektrokonstrukteure/-ingenieure derartige Systeme mit entwickelt und gebaut ha­ ben, so arbeitet jedoch der elektr. Steuerungsbau selber in der Regel wie vor 20 Jahren, d. h. mit konventionellen Werkzeugen, Handbohrmaschine, Stichsäge, Knacker, Nibbelmaschine. Moderne Werkzeugmaschinen können und werden in der Regel nur beschränkt und im Einzelfall im Steuerungsbau eingesetzt.

Folgende Gründe spielen hierbei eine Rolle:
Die Flexibilität ist bei Verwendung von Nibbelmaschinen stark eingeschränkt, da aufgrund der Stanzwerkzeuge Ausbrüche nur in einem Abstand von maximal 20 bis 25 mm zum Türrand bzw. Stegrand durchgeführt werden können und somit der zur Verfügung stehende Einbauraum für elektr. Geräte eingeschränkt wird. Darüberhinaus besteht eine Abhängigkeit von Werkzeugen. Die meisten CNC- Nibbelmaschinen sind darüberhinaus nicht in der Lage, lackierte und/oder gekan­ tete Schaltschranktüren im Endzustand zu bearbeiten, ohne diese zu beschädi­ gen. Es findet ein erhöhter Verschleiß der Werkzeuge beim Bearbeiten von Edel­ stählen statt. Durch den Preßvorgang einer Stanzung bzw. Nibbelung reißt der Lack einer Schaltschranktür ein und erhält millimeterlange Risse, die bei agressi­ ver Atmosphäre zu Rostbildung führen. Auch die speziellen Stanzmaschinen für Schaltschrankbauer weisen diese Nachteile auf.

Solange ein System nicht CNC-gesteuert wird, sind die Bearbeitungskosten durch die notwendigen Anreißarbeiten auch sehr hoch. Ist eine Stanze CNC-ge­ steuert, so stellt sich die Frage der Programmerstellung, denn es existieren keine für den Steuerungsbau zugeschnittenen Programmierwerkzeuge, wie beispiels­ weise für das Fräsen oder Drehen. Oftmals müssen die Programme von Speziali­ sten manuell oder über CAD erstellt werden, so daß lediglich eine Verlagerung der Arbeiten/Kosten stattfindet. Statt in der Werkstatt anzureißen, wird im Büro der CNC-Code erstellt. Für einige Großbetreibe, die bereits derartige Program­ mierer besitzen, ist es daher selbstverständlich, daß sie derartige CNC-Werk­ zeugmaschinen auch für das Erzeugen von Löchern in Schaltschränke einsetzen, zumal bisher keine andere Alternative existiert. Jedoch ist es für die Masse der Sterungsbauer unmöglich ein derart kostenintensives System in ihren Betrieben einzusetzen, zumal die Auslastung des Systems fehlt und somit keine guten Amortisationswerte erzielt werden können.

Mit Laseranlagen lassen sich zwar auch Ausbrüche einbringen, jedoch sind die Schnitt- und Anschaffungskosten höher als beim Nibbeln, so daß diese Möglich­ keit für noch weniger Betriebe in Frage kommt. Mit konventionellen Laseranlagen läßt sich in der Regel auch kein Gewinde schneiden. Hierbei gilt ebenfalls, daß eine Vielzahl der Lasermaschinen nicht in der Lage sind, lackierte und/oder ge­ kantete Schaltschranktüren im Endzustand zu bearbeiten, ohne diese zu beschädigen.

Übliche CNC-gesteuerte CAM-Maschinen werden über verschiedenste CAD-Sy­ steme oder NC-Programmierplätze von Spezialisten programmiert. Echte Werk­ stattnähe, Handhabung durch angelernte Hilfskräfte in wenigen Stunden erlern­ bar ohne spezielle Schulungen, kann jedoch in der Regel nicht erreicht werden. Die Programmierzeiten für Ausbrüche und Bohrungen sind in der Regel hoch.

Fazit

Der Einsatz bisheriger für den allge. Maschinenbau geschaffener CNC-Maschi­ nen bedeutet im Steuerungsbau einen schlechten Kompromiß. Es existiert der­ zeit, nach unserem Kenntnisstand keine Lösung auf dem Markt, die zwar die nöti­ ge Flexibilität und hohe Verfügbarkeit mit sich bringt, die erforderlichen Aufgaben abdecken kann und gleichzeitig dem finanziellen Rahmen der Steuerungsbauer entspricht. Zumal die Masse der Steuerungsbauunternehmen (mit weniger als 1000 Schaltschränken pro Jahr) in der Regel die Werkzeugmaschine (Laser, Stanze) mit Ausbruch- und Bohrarbeiten nicht genügend auslasten kann und des­ halb ein derartiges System nicht einsetzt.

Ein weiterer Nachteil existierender Werkzeugmaschinen für den Einsatz im Steuerungsbau liegt im hohen Preis dieser Maschinen - der in der hohen Präzis­ sion, die derartige Maschinen bringen, begründet ist. Die Herstellgenauigkeit ei­ nes Blechgehäuse liegt im Zehntelbereich und kann sich durch Transport, Ge­ wichtsbelastung, Lagerung, Wärmeausdehnung etc. in einem großen Rahmen verändern, so daß es nicht sinnvoll ist, einen Ausbruch in eine Schaltschranktür auf wenige Hunderstelmillimeter exakt auszuführen, die Tür jedoch als ganzes bis zu einigen Millimetern vom Ursprungsmaß abweichen kann. D.h. übliche Werk­ zeugmaschinen (CNC-Stanze, Laser) sind von ihren Leistungsdaten bzw. ihrer Präzission für diesen Anwendungsfall überbestimmt und somit für die erforderli­ che Qualität im Steuerungsbau überdimensioniert und oftmals somit unwirtschaftlich.

Ein System für den Steuerungsbauer muß exakt auf seine Erfordernisse zuge­ schnitten sein, es sollte nur so genau arbeiten, wie es erforderlich ist, d. h. eine Genauigkeit im Zehntelbereich genügt vollkommen den Anforderungen. Darüber­ hinaus muß das Gesamtsystem auch einen hohen Automationsgrad aufweisen und logistische Erfordernisse berücksichtigen.

Die üblichen handwerklichen Methoden (Stichsäge, Knacker, Bohrmaschine, Ge­ windeschneidmaschine, Nibbler, handgeführte Stanze) besitzen die Nachteile ei­ ner großen Bearbeitungszeit durch anreisen, körnen. Damit verbunden hohe Be­ arbeitungskosten, schlechte Qualität, hohe Ungenauigkeiten und Fehlerhäufig­ keiten, Beschädigung der lackierten Bleche, körperlich anstrengende und gesundheitsgefährdende Arbeit, kein logistisches Konzept und sind damit in der Summe nicht mehr zeitgemäß.

Verfahren

Die Erfindung basiert auf einem entwickelten Verfahren, das mit Hilfe spezieller, auf die Anforderungen des Steuerungbaus zugeschnittenen CNC-Führungsma­ schinen, mit Plasmabrenner und Bohreinheit, die oben genannten Nachteile ver­ meidet. Zu diesem Zweck können die Maschinen mit einem Multiwerkzeugträger und einer Vielzahl nützlicher Handhabungshilfen ausgerüstet werden.

Darüberhinaus wurde darauf Wert gelegt, ein kostengünstiges und leistungsfähi­ ges Produktionsmittel zu schaffen, daß sich nahezu in jedem steuerungsbaube­ treibenden Unternehmen bereits nach kurzer Zeit amortisiert.

Durch das werkstattnahe Programmierwerkzeug wurde dem Bediener ein Verfah­ ren an die Hand gegeben, mit dem er sich beim Layouten der Schaltschränke mit elektrischen Geräten bereits in der Konstruktionsphase eine komplette Übersicht über Aufteilung und räumliche Reserven im Schrank, am Bildschirm seines PCs, verschafft. Der Werker, der bisher im Betrieb durch Schablonen oder ähnliche Hilfsmittel die Ausbrüche und Befestigungsbohrungen bestimmt hat, kann nun sehr einfach mit Hilfe von vorgefertigten Symbolen, die exakt das Gerät bzw. Bauteil beschreiben, diese Arbeiten am Bildschirm ausführen. Er wird dabei auto­ matisch vom PC unterstützt, so daß Fehler minimiert werden. Beispielsweise kann er Bauteile nicht zu nahe aneinander oder überlappend plazieren, keine Fehlbohrungen ausführen, vorgeschriebene Platzreserven einhalten, etc. Durch einen Postprozessor werden im Anschluß an dieses Design die gesamten Ferti­ gungs- und Dokumentationsdaten herausgelesen und in CNC-Code umgewan­ delt. Damit ist auto. der weitere Fertigungsablauf vorbereitet.

Zeitersparnis dieses speziellen Verfahrens für den Steuerungsbau gegenüber herkömmlichen CAD/CAM-Programmen: 50%, gegenüber NC-Programmierplät­ zen 30%, gegenüber manueller Vorgehensweise bis zu 82%.

Erfindungsgemäß handelt es sich hierbei um ein spezielles Verfahren, das für den Steuerungsbauer entwickelt wurde. Kein herkömmliches CAE-Verfahren, das für die Erstellung von Stromlaufplänen konzipiert wurde und darüberhinaus oftmals die Möglichkeit des sogenannten halbautomatischen Schaltschranklay­ outs besitzt, beinhaltet diese von uns erfundenen und entwickelten Fertigungs­ schritte innerhalb oder außerhalb seines Symbols. Durch das von uns erdachte Verfahren, das in speziellen elektrotechnischen Symbolen Fertigungs- und Kalku­ lationsdaten hinterlegt sind, läßt sich eine schnelle und kostengünstige Automati­ sierung der Blechbearbeitung im Steuerungs- bzw. Schaltschrankbau erreichen.

Anwender dieses Konstruktionsverfahrens sind beispielsweise auch in der Lage, ihr Schranklayout per Diskette von einem Lohnbetrieb in kürzester Lieferzeit und zu günstigem Preis, ausführen zu lassen, so daß durch dieses Verfahren ein neu­ er Industrie-Standard geschaffen werden kann, der es jedem Betrieb, auch wenn er einen noch so geringen Schaltschrankdurchsatz hat, ermöglicht, seine indivi­ duellen Ausbrüche und Bohrungen vom Lieferwerk oder vom Lohnbetrieb in nor­ maler kurzer Lieferzeit von 3 bis 5 Tagen und zu geringen Kosten, zu erhalten.

Erfindungsgemäß liegt das Konzept unseres CAD/CAM-Verfahrens darin:

• A. Daß das grundsätzliche Prinzip des allge. bekannten CAD/CAM-Verfahrens auf den Steuerungsbau übertragen wurde und hier in einer anwendungsspe­ zifischen Applikation angewendet wurde.
• B. Daß die zu entwickelnden Symbole eine Vielzahl von verschiedenen Ferti­ gungsschritten beinhalten, z. B. bohren, gewinden, ausschneiden, entgraten, beschriften. Und darüberhinaus gleichzeitig Konstruktionshilfen, wie minima­ len Verdrahtungsraum, elektrische Werte, Beschriftungsschildchen etc., besit­ zen. Diese Daten liegen im Maßstab 1 : 1 vor und bestehen sowohl aus einer Grafik, als auch aus einer tabellarischen Beschreibung.
• C. Daß der Bediener durch die spezielle Software bei seinen Schaltschranklay­ out-Aufgaben unterstützt wird, und so wesentlich weniger Zeit für die Durch­ führung seiner Aufgaben benötigt, Präzission und Wiederholbarkeit erhält und darüberhinaus die vollständige Dokumentation seines Produktes, die er ab 1995 im Rahmen der CE-Norm erbringen muß, besitzt.
• D. Daß dieses System sowohl werkstattnah eingesetzt und bedient werden kann, als auch auf der Konstruktionsebene den Technikern und Ingenieuren gerecht wird. Durch diese Eigenschaft kann sich das Verfahren in die ver­ schiedenen Logistiken unterschiedlichster Unternehmen einfügen.
• E. Daß das System an verschiedene Stromlaufplan-CAE-Programme ankoppel­ bar ist. Mit Hilfe der ASCII-Stückliste, die aus CAE-Systemen heraus gene­ riert werden kann, erfolgt die Ankopplung an CAE-Systeme. Die Verwaltung der Stückliste übernimmt ein spezielles Modul. Bauteilkörper werden per Knopfdruck aus der Datenbank herausgelesen und stehen somit dem Kon­ strukteur zur Bestückung zur Verfügung.
• F. Daß das System die Basis zur vollautomatischen Layouterstellung und Ver­ drahtungshilfe darstellt und somit die Grundlage für weitere kostensenkende Maßnahmen bei der Verdrahtung bildet.

Die Neuheit unserer Erfindung liegt darin, durch ein geeignetes Verfahren, eine Fertigungs- und Konstruktionsautomatisierung für den Steuerungsbau, zu ermög­ lichen und dabei eine Vielzahl der Probleme, die im Maschinenbau durch zu kom­ plizierte Programmiersysteme, nicht ausgelastete Maschinen, unflexible oder schlicht zu teuere Systeme entstanden sind, zu umgehen.

Erfindungsgemäß muß der Tatbestand bei der Entwicklung berücksichtigt wer­ den, daß die Auslastung bei den meisten Steuerungsbauern für eine Maschine dieser Art in der Regel unter 50% liegt. Somit ergibt sich die Aufgabenstellung, ein geeignetes System zu erfinden, daß eine kurze Amortisationszeit bei einer Auslastung von unter 50% erreicht.

Vorrichtung

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe der Blechbearbeitung durch ein spezielles Maschinensystem mit verschiedenen Gestaltungsmerkmalen, die speziell die An­ forderungen im Steuerungsbau berücksichtigen, gelöst.

Laser oder Stanzwerkzeuge können aufgrund ihrer hohen Kosten die Grundvor­ aussetzung im Steuerungsbau nicht erfüllen. Erfindungsgemäß werden aus wirt­ schaftlichen Gründen und Qualitätsansprüchen der Steuerungsbauer die Hauptwerkzeuge Plasmabrenner (1.1) und Bohreinheit (1.2) eingesetzt. Als wei­ tere Werkzeuge sind optional Gewindeschneider (1.3), Entgrateinheit, Beschrif­ tungs- und Markiersystem, Schermesser und Kreissäge (2.1) für Kunststoff-Ka­ belkanäle, Trag- und Kupferschienen, verfügbar. Erfindungsgemäß befinden sich alle Werkzeuge auf einem Multiwerkzeugträger (1.4), so daß auch eine Nachrü­ stung eines Werkzeuges zu einem späteren Zeitpunkt möglich ist. Ein weiterer Vorteil sind geringe Rüstzeiten, zumal alle Werkzeuge im direkten Zugriff der CNC-Steuerung stehen. D.h. die Maschine kann in einer fertigungstechnisch logi­ schen Reihenfolge, die nicht programmiert werden muß, ihre Aufgaben erfüllen. Zuerst markiert und beschriftet die Maschine, anschl. bohrt sie vor, dann wird auf Endmaß gebohrt und eventl. gewindet. Zuletzt werden die Konturen ausgebrannt. Werkzeugwechsler reduzieren die Werkzeugwechselzeiten nochmals erheblich.

Erfindungsgemäß eignet sich ein vertikal angeordneter Koordinatentisch für die Bearbeitung von gekanteten und/oder lackierten Blechen am besten. Die Blechta­ fel kann von einer Person, und dies ist ein besonderer Vorteil dieser Vorrichtung, auf die Rollenführung der Vertikalmaschine aufgestellt werden. Durch ein manu­ elles oder pneumatisches Spannsystem kann die Tafel fixiert werden. Der Koordi­ natentisch ist ein wenig geneigt, so daß die Blechtafel durch ihr Eigengewicht be­ reits an Brenntisch anliegt. Das erzeugte CNC-Programm kann nun von der Steuerung abgefahren werden und die Arbeiten verrichten.

Eine gewöhnliche Horizontalbett-Koordinatenmaschine ist standardmäßig nicht für den wirtschaftlichen Einsatz im Schaltschrankbau geeignet, da eine lackierte und gekantete Blechtafel mit einem Gewicht von 30 kg und mehr von einer Person nicht ohne Lackschäden bzw. auch gesundheitlichen Risiken auf den Brenntisch gelegt werden kann.

Erfindungsgemäß besitzt die Horizontalmaschine eine Beschickungsvorrichtung (2.7), die an einer Seite der Maschine oder in der Maschinennähe angebracht ist. Die Blechtafel kann nun ebenfalls von nur einer Person in diesen Beschickungs­ rahmen gestellt werden. Automatisch oder manuell schwenkt der Rahmen die Blechtafel auf den Brenntisch. In einer weiteren Ausgestaltung können fahrbare Beschickungswagen (2.6) die ebenfalls schwenkbar sind, an die Maschine gefah­ ren werden und durch eine geeignete Vorrichtung die Tafelübergabe zur oder von der Maschine übernehmen. Die Wagen können derart ausgeführt sein, daß sie unmittelbar selber die Beschickungsfunktion übernehmen oder lediglich den Transport der Blechtafel zur Maschine bzw. zur Beschickungsvorrichtung. In Ver­ bindung mit den Montage- und Transportwagen erhält der Anwender eine gute Logistik für seine Fertigung. Gerätebefestigungstafeln, Seitenteile, Türen etc. werden auf diesem Wagen transportiert und weiter bearbeitet. Der Wagen besitzt die Eigenschaft, schwenkbar zu sein, so daß die Blechtafeln auch unmittelbar mit Geräten bestückt und/oder verdrahtet werden können. Vorteile: Weniger körperli­ che Belastung der Werker, kürzere Rüst- und Transportzeiten, schnellere Aus­ führung der Arbeiten, da durch Einstellung der optimalen Arbeitshöhe und Lage der Tafel die Arbeit ökonomischer und ermüdungsfreier ausgeführt werden können.

Erfindungsgemäß ist der Horizontaltisch derart ausgestattet, daß optional auch die Bearbeitung von geschlossenen Blech-Gehäusen (1.5) möglich ist. Für diese Aufgabe existiert derzeit noch keine andere wirtschaftliche Methode. In geschlos­ senen Gehäusen, wo in der Regel nur die Tür oder ein Flansch abnehmbar sind, werden werkstattüblich die Ausbrüche mit Hilfe einer Handbohrmaschine und ei­ ner Stichsäge eingebracht. In Verbindung mit Anreißen und Körnen entstehen hohe Zeiten und somit Kosten für diese Arbeiten. In einer besonderen Ausgestal­ tung besitzt der Horizontaltisch eine über den Brenntisch herausragende Por­ talachse (1.6), so daß der Werkzeugschlitten über den Bearbeitungstisch hin­ wegfahren kann. Unterhalb dieser Position befindet sich eine Hubvorrichtung (1.7), welche den zu bearbeitenden Schrank auf die richtige Höhe fährt. Soll im Schrank eine Kontur ausgebrannt werden, so muß der austretende Funkenflug, der den Lack im Gehäuseinneren zerstören würde, abgefangen werden. Dies er­ folgt durch eine besondere Absaugvorrichtung (1.8), welche den Absaug­ schlauch- bzw. -kanal (1.9) trägt. Diese Vorrichtung wird durch die Gehäusetür in den Innenraum gebracht und unter die Bearbeitungsstelle positioniert. Die Ab­ saugvorrichtung (1.8) besitzt einen trichterförmigen Einlaß, dessen Seiten in der Länge veränderbar/ausziehbar sind und sich der Bearbeitungsfläche anpassen können, so daß auch der gesamte Innenraum geschützt werden kann.

Die Maschine besitzt an einer Station (2.2) auch eine herkömmliche Vorrichtung (2.1.) zum Trennen von Kabelkanälen, Tragschienen, Kupferschienen etc. Die er­ findungsmäßige Besonderheit liegt nun darin, die Maschine bzw. ihre Portalach­ se (2.3) als Längenanschlag zu benutzen. Somit entfallen hohe Kosten und häufi­ ge Fehlerursachen beim Ausmessen dieser Schneidaufgaben. Erfindungsgemäß kennt das Programm die Position jedes Bauteils und verwaltet diese auch. Somit sind auch alle Schienen und Kanäle in ihrer Art und Länge dem PC bekannt. Die Portalachse besitzt nun einen Anschlag (2.4), der auto. von der CNC gesteuert auf die Position fährt, wo der Kanal bzw. die Schiene lang sein sollen. Nun kön­ nen die Teile mit der Trennvorrichtung (2.1) manuell oder automatisch getrennt werden. Damit wird eine höhere Auslastung der Maschine und damit eine besse­ re Amortisationszeit erreicht. Darüberhinaus erlangt die Maschine zentrale Be­ deutung im Steuerungsbau, denn sie deckt somit die meisten der mechanischen Arbeiten automatisch ab und kann somit als Bearbeitungszentrum des Steue­ rungsbauers bezeichnet werden.

II. Teil 2: Verfahren und Vorrichtung zur Kostensenkung bei der Verdrahtung von Schaltschränken Stand der Technik

Untersuchungen haben ergeben, daß ein hoher Prozentsatz der Bearbeitungszeit bei der Verdrahtung eines Schaltschrankes in der Regel für das Ablesen des Stromlaufplans, das Suchen des Bauteils und des Anschlußkontaktes im Schalt­ schrank, das nochmalige Überprüfen der gefundenen Werte und das Abzeichnen der gelegten Leitung im Stromlaufplan, entfällt. Hier kann bis zu 80% der Bear­ beitungszeit eingespart werden.

Gemäß gültigen technischen Regeln ist jedes Bauteil im Schrank mit einem Gerä­ tekennzeichen auszustatten. Derzeit können Gerätekennzeichen aus Stromlauf­ plan-CAE-Programmen ausgegeben werden oder von Hand in spezielle Program­ me übergeben werden, welche die Schilderbeschriftung vornehmen. Anschlie­ ßend muß jedes Schild auf das Bauteil aufgeklebt werden. Diese Arbeit erfordert jedoch unnötig viel Zeit, da der Werker jedes Bauteil im Schrank suchen muß. Die Schilder werden ihm nicht in der logischen, vom Einbauort des Bauteils ab­ hängigen Reihenfolge zur Verfügung gestellt - dies können sie auch nicht, da es keine derzeit verfügbare Hilfe gibt, welche unmittelbar die Bestückung des Schaltschrankes verwaltet und so genau wüßte, wo sich das einzelne Bauteil befindet.

Verfahren

Dies aber ist genau eine erfindungsmäßige Eigenschaft unseres CAD/CAM-Ver­ fahrens - es verwaltet die eingesetzten Bauteile im Schaltschrank und kennt den genauen Einbauort. Die Ausgabe der Gerätekennzeichen erfolgt in der Abhängig­ keit der Einbauorte der Bauteile, d. h. der Werker kann die Schildchen nahezu blind von links nach rechts, von oben nach unten oder in einer anderen beliebi­ gen Sortierung aufkleben. Somit entfällt die Zeit für das Suchen eines Bauteils.

Erfindungsgemäß kann das neues CAD/CAM-Verfahren jedoch noch weiter ge­ hen. Durch die, aus dem Stromlaufplan-CAE-Programm oder aus dem PPS- oder Textverarbeitungs-System, übermittelte Stückliste der Bauteile kann unsere Software automatisch einen Schaltschrankaufbau nach vorgegebenen techn. Re­ geln durchführen. Dem Bauteilverwalter-Modul wird mitgeteilt, welche elektri­ schen Geräte für einen Kunden zugelassen sind, so das automatisch nur auf die­ se Bauteile zugegriffen wird, die auch erlaubt worden sind. Durch weitere Vorga­ ben werden typische Muster für Schaltschränke definiert, beispielsweise wie ein SPS-Schrank auszusehen hat, wie Motor Control Center bestückt werden, etc. Die Software plaziert im Anschluß die Bauteile, gemäß der Stückliste und gemäß den technischen, kaufmännischen Vorgaben automatisch.

Erfindungsgemäß läßt sich eine drastische Kostensenkung beim Verdrahten nun dadurch erzielen, daß auch die Verdrahtungsliste der Stromlaufplan-CAE-Pro­ gramme eingelesen und verwaltet wird. Da unser Verfahren auf einer Bauteilver­ waltung beruht, und somit jede Position im Schaltschrank auch bekannt ist, kann nun auch ein Auto-Routing-Verfahren für den Steuerungsbau eingesetzt werden. Somit kann dem Verdrahter beispielsweise auf einem Datensichtgerät ein genau­ es Abbild des bestückten Schaltschrankes gegeben werden, wo ihm die nächste zu verdrahtende Position und Klemme sowie der genaue Verdrahtungsweg ange­ zeigt werden. Damit werden auch Überfüllungen und somit thermische Probleme und Wartungsunfreundlichkeit im Kabelkanal, wie sie oft vorkommen, vermieden. Verdrahtungsfehler werden minimiert und die Verdrahtungszeiten drastisch ge­ senkt. Hat der Werker eine Leitung verlegt, erfolgt eine Quittierung durch ihn. Au­ tomatisch wird die nächste zu verlegende Leitung am Datensichtgerät angezeigt.

Erfindungsgemäß kann das Verfahren nun mit einer Drahtvorbereitungsmaschine gekoppelt werden. Da jeder Draht incl. seiner Länge unserem Programm bekannt ist, kann auch eine Vorrichtung eingesetzt werden, welche den richtigen Draht automatisch auf die richtige Länge abschneidet, die Enden mit den gewünschten Kontakten versieht und optional die Ader direkt beschriftet.

In einer weiteren Ausgestaltung ist auch der Einsatz eines Positionierzeigers möglich. Seine Aufgabe besteht darin, analog zum Datensichtgerät den An­ schlußpunkt und den Kabelweg, anzuzeigen, dies jedoch unmittelbar im Schalt­ schrank. Durch ein geeignetes Zeigegerät, beispielsweise einen Laserpointer mit kombiniertem Punktstrahler über die Montagetafel zu führen und somit die näch­ ste zu verdrahtende Position anzuzeigen und auch den genauen Leitungsweg zu markieren.

Erfindungsgemäß kann im Einzelfall bei speziellen standardisierten Schalt­ schrankanforderungen die Verdrahtung von einem Roboter bzw. einem dafür ge­ eignetem Handhabungsautomaten erfolgen. Alle Positionsdaten sind dem CAM- Programm bekannt und vorhanden, somit können die Leitungen automatisch be­ reitgestellt und verlegt werden. Der vollautomatischen Schaltschrankverdrahtung steht somit nichts mehr im Weg.

Claims (20)

1. Verfahren zum wirtschaftlichen mechanischen Bearbeiten von Schaltschränken und ihren Komponenten, dadurch gekenn­ zeichnet, daß:
2. 1. Das grundsätzliche Prinzip des allgemeinen bekannten CAD/CAM-Verfahrens auf den Steuerungsbau übertragen wurde und hier in einer anwendungs­ spezifischen Applikation angewendet wurde.
3. 2. Die zu entwickelnden Symbole eine Vielzahl von verschiedenen Ferti­ gungsschritten beinhalten, z. B. Bohren, Gewinden, Ausschneiden, Ent­ graten, Beschriften. Und darüberhinaus gleichzeitig Konstruktionshilfen, wie minimalen Verdrahtungsraum, elektrische Werte, Beschriftungs­ schildchen etc., besitzen. Diese Daten liegen im Maßstab 1 : 1 vor und bestehen sowohl aus einer Grafik, als auch aus einer tabellarischen Be­ schreibung. Die Symbole werden schaftschrankbezogen verwaltet.
4. 3. Der Bediener durch die spezielle Software bei seinen Schaftschranklay­ out-Aufgaben unterstützt wird, und so wesentlich weniger Zeit für die Durchführung seiner Aufgaben benötigt, Präzission und Wiederholbarkeit erhält und darüberhinaus die vollständige Dokumentation seines Produk­ tes, die er ab 1995 im Rahmen der CE-Norm erbringen muß, besitzt.
5. 4. Dieses System sowohl werkstattnah eingesetzt und bedient werden kann, als auch auf der Konstruktionsebene den Technikern und Inge­ nieuren gerecht wird. Durch diese Eigenschaft kann sich das Verfahren in die verschiedenen Logistiken unterschiedlichster Unternehmen einfügen.
6. 5. Das System an verschiedene Stromlaufplan-CAE-Programme ankoppel­ bar ist. Mit Hilfe der ASCII-Stückliste, die aus CAE-Systemen heraus ge­ neriert werden kann, erfolgt die Ankopplung an CAE-Systeme. Die Ver­ waltung der Stückliste und in einer besonderen Ausgestaltung auch der Verdrahtungsliste übernimmt ein spezielles Modul. Bauteilkörper werden per Knopfdruck aus der Datenbank aufgerufen und stehen somit dem Konstrukteur zur Bestückung zur Verfügung.
7. 6. Das System die Basis zur vollautomatischen Layouterstellung und Ver­ drahtung darstellt.
8. 7. Vorrichtung für das Bearbeiten von Schaltschränken und Geräteaufbautafeln: Erfindungsgemäß werden die Anforderungen im Steuerungsbau insbesonde­ re das wirtschaftliche Bearbeiten von lackierten und gekanteten Blechen durch den Einsatz der Werkzeuge Plasmaschneidanlage (1.1) und Bohrein­ heit (1.2) auf einer Führungsmaschine (1.10) erfüllt.
9. 8. Entgratungssystem (2.5), das sich mitfahrend unterhalb der Blechtafel befindet und die gebohrten Löcher in der Blechtafel von unten entgratet.
10. 9. Maschinenbestückung/-entnahme durch Schwenkrahmen oder Schwenkwagen (2.7), dadurch gekennzeichnet, daß das zu bearbeiten­ de Material, daß stehend vom Werker getragen wird, sich durch diese Vorrichtung leicht auf den Bearbeitungstisch bringen läßt.
11. 10. Transportwagen mit Schwenkeinheit zum Bestücken der Blechtafeln mit Geräten und zum Verdrahten der Tafeln, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Wagen Räder besitzt und somit fahrbar ist und eine Schwenk­ möglichkeit besitzt, so daß der optimale Arbeitswinkel für jeden Werker einstellbar ist.
12. 11. Durch eine verlängerte Portalachse der Horizontalmaschine können auch Ausbrüche und Bohrungen in geschlossene Schaltschrankgehäuse eingebracht werden (1.6). Die Erfindung zeichnet sich insbesondere da­ durch aus, daß der Schaltschrank durch einen Lift/Hubtisch (1.7) in sei­ ner Höhe zur Maschine angepaßt werden kann und daß eine geeignete Stauberfassungsvorrichtung (1.8) den Plasmastaub im Inneren des Schrankes erfaßt.
13. 12. Integrierte Schneidvorrichtung (2.1) für Kabelkanäle, Trag- und Kupfer­ schienen durch verschiebbaren CNC-gesteuerten Anschlag auf der Portalachse und an oder neben der Maschine fest montierten Trenn­ werkzeugen (2.1).
14. 13. In einer speziellen Übertragung der Eigenschaften für ein Führungssys­ tem entsteht erfindungsgemäß eine Vertikalmaschine, die durch ihre An­ ordnung bereits die Vorteile für einfaches Handling und hoher Übersicht mit sich bringt. In einer besonderen Ausgestaltung verfügt sie über die Eigenschaft, Gerätetafeln durchschieben zu können und somit auch übergroße Geräteaufbautafeln, sektionsweise abarbeiten zu können.
15. 14. Verfahren und Vorrichtung zur Kostensenkung bei der Verdrahtung von Schaltschränken dadurch gekennzeichnet, daß die anzuschließende Leitung und der zu benutzende Leitungsweg mit Hilfe eines Datensichtgerätes vorge­ geben werden.
16. 15. Verfahren zur automatischen Schaltschranklayout-Generierung mit Hilfe der Stück- und Verdrahtungsliste beliebiger CAD/CAE-Programme.
17. 16. Ausgabe der Gerätekennzeichen in einer vom Einbauort abhängigen Position des Bauteils im Schaltschrank bzw. auf der Geräteeinbautafel.
18. 17. Vorrichtung zum Anzeigen der anzuschließenden Kontakte und des Leitungs­ weges im Schaltschrank mit Hilfe einer dafür geeigneten Lichtquelle.
19. 18. Vorrichtung zum automatisierten Drahtkonfektionieren, insbesondere dadurch gekennzeichnet, daß die vom Programm ermittelte Länge der Drahtzuschnit­ teinheit mitgeteilt wird und der Draht folgerichtig und für den Anschluß vorbe­ reitet dem Werker übergeben wird.
20. 19. Verdrahtungsroboter bzw. -handhabungsautomat zum automatischen Ver­ drahten von Serienschaltschränken insbesondere dadurch gekennzeichnet, daß die Daten des Systems automatisch aus dem Verfahren A benutzt werden.