Gebannte Gefahr Mehr Sicherheit beim Seilschleifen dank neuartiger Werkzeugüberwachung

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IFW Produktionstechnisches Zentrum der Leibniz Universität Hannover / PZH

Das mobile Seilschleifen ist ein Trennschleifverfahren, bei dem ein Seil rasch durch ein Werkstück schneidet. Oft kommt es unversehens zum gefährlichen Seilriss. Forscher wollen das Problem lösen.

Das Seilschleifen, einem Trennschleifverfahren, das aus dem Bereich der Natursteingewinnung stammt, wird heute als mobiles Seilschleifen in Bereichen wie dem Rückbau kerntechnischer Anlagen sowie der Bauindustrie eingesetzt. Verglichen mit anderen Fertigungsverfahren (etwa dem Wandsägen) bietet der Prozess viel mehr Flexibilität hinsichtlich Bauteilgeometrie/-volumen sowie mit Blick auf die trennbaren Werkstoffe. Weitere Vorteile sind der geringe Platzbedarf, Rüstaufwand und Lärm­emission. Bild 1 zeigt den schematischen Aufbau einer mobilen Seilschleifmaschine.

Während des Schleifens wird dabei kontinuierlich Material vom Werkstück abgetragen. Dazu wird das Schneidseil mithilfe der Vorschubeinheit in die Seilschleif­maschine eingezogen, um den erforderlichen Kontakt zwischen Werkzeug und Werkstück zu gewährleisten.

Die für den Trennprozess erforderliche Relativbewegung zwischen Werkzeug und Werkstück wird durch das Antriebsrad (maximal 30 m/s) erzeugt. Infolge des kontinuierlichen Trennprozesses verkürzt sich die Eingriffslänge des Schneidseils im Werkstück. Das freiwerdende Schneidseil wird durch die Vorschubeinheit in den Seilspeicher eingezogen.

In Bild 2 wird der Aufbau gängiger Schneidseile dargestellt. Hierbei sind die sogenannten Schneidperlen auf das Grund­trägerseil aufgefädelt. Die Schneidperlen bestehen aus einem metallischen Grundkörper, auf dem Diamanten per Bindungsmatrix fixiert sind. Unterschieden wird dabei zwischen galvanischer, aktiv gelöteter und gesinterten Bindungsmatrix. Damit die Schneidperlen garantiert einen definierten Abstand zueinander beibehalten, werden Federelemente genutzt. Zum Schutz des Grundträgerseils und der Feder­elemente sind diese gummiert.

Es mangelt an der Prozessüberwachung

Das Seilschleifen ist auch durch sich ständig ändernde Eingriffsbedingungen geprägt. Die Ursachen sind der Schnittfortschritt (Änderung der Eingriffslänge) sowie unvorhersehbare Materialänderungen im Werkstück (Hohlräume, oder etwa Beton zu Stahl). Deshalb muss die Seilspannung stetig händisch adaptiert werden, um eine möglichst hohe Produktivität zu gewährleisten und Prozessfehler zu vermeiden. Denn eine unzureichende Anpassung der Prozessparameter führt zu Problemen, wie einseitigem Perlenverschleiß oder gar Werkzeugversagen.

Einseitiger Perlenverschleiß resultiert aus einer immer gleichen Ausrichtung der Schneidperlen zum Werkstück. Das ist für die Prozesssicherheit und Wirtschaftlichkeit aber von besonderer Bedeutung. Durch die einseitige Ausrichtung wird nämlich nicht der gesamte Schleifbelag für den Trennprozess verwendet. Die erreichbare Gesamtschnittfläche und somit die Produktivität reduzieren sich so um bis zu 35 Prozent. Deshalb wird das Diamantseil manuell eingedreht, wodurch eine axiale Rotation der Schneidperlen erreicht wird. Eine weitere Folge des einseitigen Perlenverschleißes ist die Abnutzung der Schneidperlen bis auf das Grundträgerseil. Durchs sie kann es zum Aufschieben der Schneidperlen kommen. Das Problem stellt im Gegensatz zum einseitige Perlenverschleiß ein signifikantes Sicher­heitsrisiko dar. Bleibt es unentdeckt, kommt es stets zum Werkzeugversagen (Seilriss). Dieser stellt ein enormes Gefährdungspotenzial für Mensch und Maschine dar. Es kann sogar zu tödlichen Unfällen kommen.

An eine manuelle Überwachung des Werkzeugs während des Prozesses ist aufgrund der hohen Seilgeschwindigkeit jedoch nicht zu denken. Deshalb muss der Prozess zur Überprüfung des Schneidseils regelmäßig alle ein bis zwei Stunden unterbrochen und das dann zugängliche Schneidseil durch den Maschinenbediener kontrolliert werden. Stichprobenartig werden dann Schneidperlen per Messschieber auf einseitigen Verschleiß hin überprüft. Die Untersuchung hinsichtlich eines Aufschiebens der Schneidperlen erfolgt hingegen durch eine Sichtprüfung.

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