Hydraulische Auflast- und
Formbewegungen dynamisch gesteuert

Hydraulische Auflast- und Formbewegungen dynamisch gesteuert
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Micropulse Wegmesssysteme BTL basieren auf der bewährten magnetostriktiven Wegmesstechnologie. Somit arbeiten sie absolut und berührungslos
13.07.2012 | Betonsteinfertigungsmaschine mit Micropulse-Wegaufnehmern.

"Möchte der Bediener einen Rezepturwechsel vornehmen, müssen keine Endschalter mehr verstellt werden. Es sind lediglich Form und Stempel zu tauschen und die neuen Parameter für die hydraulische Auflast- und Formbewegung in die Bedienoberfläche der Anlagensteuerung einzugeben", schildert Michael Dolon, Leiter Elektrokonstruktion der Masa GmbH. Das Andernacher Unternehmen entwickelt und baut seit Jahren die unterschiedlichsten Maschinen für die maßgeschneiderte Produktion von Beton-, Hohlblock-, Pflaster und Bordsteinen. Die Achspositionen der hydraulisch angetriebenen Auflast- und Formbewegung der Betonsteinfertigungsanlagen werden gleichzeitig und zuverlässig mittels kontinuierlich messender Micropulse-Wegaufnehmer erfasst.

"Die Micropulse BTL-Wegmesssysteme von Balluff, die wir einsetzen “, fährt Dolon fort, „arbeiten im Gegensatz zu reinen Endschaltern berührungslos und damit verschleißfrei. Sie erfassen die Achspositionen kontinuierlich, was vielfältige Möglichkeiten bei der Prozesssteuerung eröffnet. Dank der flexiblen Ansteuerung der Maschine resultieren eine hohe Reproduzierbarkeit und Qualität der Produkte, so Dolon weiter und ergänzt "gleichzeitig profitiert der Anwender  von deutlich geringeren Umrüstzeiten für neue Rezepturen". Das bedeutet, dass sich der größere Aufwand für die intelligente Wegmesstechnik durch die erhöhte Verfügbarkeit und Flexibilität der Maschine auszahlt. Dabei ist das Ganze kostenneutral, auf längere Sicht ja sogar kostengünstiger als herkömmliche Endschalter.     
 

Hydraulische Antriebe extrem robust mit hoher Leistungsdichte

Mit elektrischen Antrieben die Auflast- und Formbewegung der Anlage zu realisieren, schied von vornherein aus. Hydraulische Antriebe verfügen nach Erfahrung von Dolon  über die optimalere Dämpfung und kommen besser mit den hohen Vibrationsstößen zurecht. Für eine hydraulische Lösung spricht auch, dass große Massen mit hoher Dynamik zu bewegen sind.

Anwender können mit der stationären Masa Anlage flexibel und schnell eine nahezu unendliche Vielfalt an maßgeschneiderten Steinen aus Leicht- und Schwerbeton fertigen, die als Wandbaustoff, Pflastersteine, Bordstein, Platten und Sonderprodukte für den Garten- und Landschaftsbau auf große Nachfrage stoßen. Dazu  verfügt sie über einen robusten und kompakten Maschinenrahmen. Der Grundrahmen zur Aufnahme des einteiligen Vibrationstisches ist besonders verstärkt. Mechanik- Hydraulik-, Pneumatik- und Elektronikkomponenten sind entsprechend den Erfordernissen des rauen Betriebsalltags besonders hochwertig und für eine lange Lebensdauer ausgelegt.

Gesteuert und geregelt wird die Anlage über eine freiprogrammierbare Siemens Simatic S7 Steuerung mit angeschlossener Visualisierung. Von einem PC aus kann der Bediener die komplette Anlage während der Produktion bedienen, fertige Rezepturen auswählen, kontrollieren und bei Bedarf änderungen an verschiedenen Parametern vornehmen. Die Taktrate der Maschine beträgt je nach Steintypus für eine Charge zwischen 10 und 25 Sekunden.


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Mit Betonsteinfertigungsmaschinen von Masa lassen sich unterschiedlichste Betonsteine aus Leicht- und Schwerbeton herstellen
Steinproduktion im Sekundentakt

Die Abläufe in der Anlage muss man sich folgendermaßen vorstellen. Von der Dosierlinie wird das fertige Betongemisch über ein Fördersystem angeliefert und in den Vorsatzfüllteil, eine Art Trichter, eingefüllt. Von dort fällt das Material über zwei Klappen gesteuert in einen speziellen Behälter, den kistenförmigen Füllwagen. Hydraulisch angetrieben wird dieser über die Form mit den Steinfächern geschoben, wo er seine Fracht entlädt. Von oben kommt dann das Gegenstück, der Stempel. Er verdichtet das Material in der Form, während gleichzeitig ein Schwingtisch angetrieben über Tischvibratoren diesen Prozess unterstützt. Nach dem Entschalen transferiert ein Vorschubsystem die fertige Charge für den Weitertransport zur Aushärtekammer auf ein Blech, während wieder mit der Produktion einer neuen Charge begonnen wird.

Form und Stempel der Anlage sind beide hydraulisch angetrieben. Zuständig für die Erfassung des Hubs der Auflast- und Formbewegung sind zwei Micropulse-Wegaufnehmer mit einer Messlänge von 600 mm und 2.000 mm für die Form bzw. Stempelbewegung. Für den erforderlichen Druck sorgen volumengeregelte Pumpen, während über ein Proportionalventil die Geschwindigkeit der hydraulischen Bewegungen geregelt wird. "Wir fahren ganz spezifische Geschwindigkeitsprofile mit Beschleunigungs- und Bremsrampen entsprechend der gewählten Rezeptur. Dies ist möglich, da über die Stellung der magnetostriktiven Sensoren immer die aktuelle Achsposition bekannt ist“, so Peter Stolzenberg, zuständig für die Arbeitsvorbereitung Elektrotechnik bei Masa.


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Die Micropulse-Systeme in der hohen Schutzart IP 67 ertragen hohen Vibrations- und Stossbelastungen klaglos.
Berührungslose Wegerfassung ohne Wenn und Aber

„Ursprünglich hatten wir dort anstelle der Balluff Systeme magnetostriktive Wegaufnehmer eines anderen namhaften Herstellers im Einsatz, diese kapitulierten jedoch bereits nach kurzer Zeit", verrät Stolzenberg und ergänzt "Ihr empfindliches Sensorelement konnte den hohen Schwingungsbelastungen nicht standhalten. Die Micropulse-Systeme in der hohen Schutzart IP 67 dagegen ertragen die hohen Vibrations- und Stoßbelastungen klaglos.

Die Balluff Wegmesssysteme zeichnen sich durch ihren robusten Aufbau mit hoher Schutzart IP 67, die einfache Montage und das verschleißfreie Meßprinzip im Verbund mit hoher Taktzeit für schnelle Bewegungen  aus. Das Funktionsprinzip der Magnetostriktion erlaubt es, sie in hermetisch dichte Gehäuse einzubauen. Die aktuelle Positionsinformation wird über Magnetfelder von Permanentmagneten die als Positionsgeber dienen berührungslos durch die Gehäusewand in das Innere des Sensors übertragen.

Im konkreten Anwendungsfall sind die Sensoren am Maschinenrahmen befestigt, wobei die Messstrecke geschützt in einem Aluminium-Strangpressprofil liegt. Der Positionsgeber ist am bewegten Maschinenteil montiert und kennzeichnet mit einem Abstand von 15 mm zum Micropulse Profil die aktuelle Position. So können Verschmutzungen und Staub die Bewegung nicht behindern. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass keine größeren Anforderungen an die Führungspräzision gestellt werden. So tolerieren sie einen seitlichen Versatz ebenso wie einen Höhenversatz von bis zu 15 mm, was trotz der hohen Vibrationen eine präzise Messung erlaubt.

Balluff bietet die Micropulse-Systeme mit unterschiedlichen Schnittstellen an. Masa hat sich für Systeme mit SSI-Schnittstelle entschieden. „Dies hat etwas mit unserer Philosophie zu tun“, erklärt der Leiter Elektrokonstruktion Michael Dolon und führt weiter aus. "Wir möchten in diesen Anlagen keine Feldbussysteme einsetzen. SSI hat für uns den Charme, dass der Anwender die Systeme im Servicefall jederzeit leicht austauschen kann. In der Regel macht dies eine Hilfskraft vor Ort, eine technische Fachkraft ist nur selten verfügbar." Wenige Handgriffe genügen: Abmontieren, Stecker abziehen, Wegmesssystem tauschen, Stecker anschließen und System an den Rahmen anmontieren. Und schon ist die Anlage wieder betriebsbereit. übrigens schon vor dem Sensortausch kann sich Masa per Fernwartung bei den meisten Anlagen auf die Fehlersuche begeben. Bei Bedarf können Techniker auf die SSI-Karte schauen und Ursachen für eine Störung wie Kabelbruch, ein fehlerhaftes Signal etc. abklären.

Mit einer Auflösung von < 10 µm, einer Wiederholgenauigkeit von < 10 µm und einer Reproduzierbarkeit von < 20 µm übertreffen die Micropulse Wegaufnehmer alle Anforderungen, die an Wegaufnehmer in der Betonsteinanlage gestellt werden und bei 1/10 mm liegt. Dasselbe gilt für die Linearitätsabweichung von + 30 µm.
 

Zusammenfasssung

Die kontinuierlich arbeitenden Micropulse-Systeme helfen dem Anwender viel Zeit und Geld zu sparen. Möchte der Bediener einen Rezepturwechsel zu einem anderem Steinformat vornehmen, müssen keine Endschalter mehr verstellt werden. Es genügt über die Bedienoberfläche die neue Rezeptur anzuwählen und schon werden die neuen Prozessparameter geladen. Es müssen lediglich bei veränderter Steingröße Form und Stempel gewechselt werden, was bei der Anlage halbautomatisch passiert und schon kann wieder weiter produziert werden. Dabei können dank der kontinuierlich arbeitenden Micropulse-Systeme aber die Prozessparameter Presszeit, Pressgeschwindigkeit und Pressdruck stufenlos über PC eingestellt werden, was mit simplen Endschaltern so nicht möglich gewesen wäre. Die kontinuierliche Erfassung der Achsposition hat sich positiv auf die Prozesssteuerung ausgewirkt: Reproduzierbarkeit, Produktqualität und Ausstoß der Anlage sind deutlich gestiegen.

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