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Consenses

Sensorik in der Presse hilft die Produktivität zu steigern

| Autor/ Redakteur: Matthias Brenneis und Jörg Stahlmann / Frauke Finus

Auch Bestandsmaschinen können für die Zukunft fit gemacht werden. Die Nachrüstung von Sensorik an Pressen erlaubt es, die Produktivität wesentlich zu steigern und die Maschinenbelastung zu reduzieren.

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Das neuartige Schutzsystem von Consenses ermöglicht zum einen Schutz für Pressen und kann zum anderen Ratiopotenziale freilegen.
( Bild: Consenses )

Umformpressen werden bei kritischen Maschinenbelastungen durch Schutzsysteme automatisch angehalten. Diese Systeme bestehen aus Sensoren an spezifischen Messorten und entsprechenden Verstärkern mit Anbindungen an die Maschinensteuerung. Typische Messorte für die Sensoren bei Exzenterpressen sind Dehnungsaufnehmer am Gestell, Momentenerfassung in den Motoren beziehungsweise Antriebswellen oder Kraftsensoren in den Pleuel. Die einzelnen Messstellen und Sensortechnologien haben jeweils spezifische Vor- und Nachteile. Bei der Verstärkertechnologie ist darauf zu achten, dass die Dynamik der eingesetzten Systeme hoch genug ist, um auch schnelle Lastwechsel sicher zu erfassen. Hierfür müssen charakteristische Prozessphasen berücksichtigt werden. Das neuartige Schutzsystem von Consenses bietet Zusatznutzen, mit dem neben dem Maschinenschutz Ratiopotenziale gezielt erschlossen werden können.

Pleuelsensoren in Bestandsmaschine integriert

Dieser Anwendungsfall stammt von einem Lohnfertiger, der mit rund 2.000 Mitarbeitern an mehreren europäischen Produktionsstandorten Produkte für den Fahrzeugbau, die Bau- und Möbelindustrie fertigt und international vertreiben. Verschiedene, zumeist fordernde Produkte müssen auf dem vorhandenen Anlagenpark realisiert werden. Dabei führen Kundenanforderungen vermehrt zum Einsatz hoch- und höchstfester Materialien. Die simultane Herstellung mehrerer Lochreihen in einem 1.000 mm breiten hochfesten Blechband der Stärke bis zu 4 mm mit einer Exzenterpresse erschien gemäß Anzeige der ursprünglichen Presskraftüberwachung unkritisch. Praktisch trat allerdings verfrüht Verschleiß an der Maschine ein. Der Prozess wurde daher unterhalb der geplanten Hubzahl betrieben. Umfassende Untersuchungen mit Beschleunigungsaufnehmern führten in der Vergangenheit nicht zu einer Lösung.

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Im Rahmen einer anstehenden Maschinenwartung wurden in die Bestandsmaschine Pleuelsensoren von Consenses verbaut. Für die direkte Aufzeichnung der Messwerte wurde eine zusätzliche Schnittstelle an der Maschine angebracht, an die der Anwender seine mobilen Messsysteme Developersenses anschließen kann. Damit können Belastungsdaten der beiden Pleuel direkt ausgegeben und bewertet werden. Die neu integrierte Sensorik wurde gegen ein Kraftnormal kalibriert. Damit stehen dem Anwender neben den bestehenden Gestellkraftsensoren kalibrierte Pleuelkraftsensoren zur Verfügung, die vom Kraftfluss her wesentlich direkter positioniert sind als Gestellsensoren.

Presskraftüberwachung erlaubt kritische Belastung zu reduzieren

Kurz nach der Inbetriebnahme der Sensorik wurde ein kritisches Produkt gefertigt. Die erneuerte Presskraftüberwachung wurde parallel betrieben, um keine unerwünschten Abschaltungen zu erzeugen. Die Messung zeigte, dass die mit dem neuen System erfassten Spitzenkraftwerte tatsächlich höher sind als bei der bestehenden Presskraftüberwachung. Um zu verstehen wann und wie die unerwarteten Spitzenwerte auftreten, wurden die zeitkontinuierlichen Signale ausgewertet. Es wurde deutlich, dass zu Beginn des Stanzhubes bei einer Produktionsgeschwindigkeit von 80 Hub/min innerhalb von 24 ms in den beiden Pleuel Druck-Spitzenkräfte von 1.500 beziehungsweise 2.000 kN auftreten und nach dem Durchstanzen innerhalb von 7 ms einen Lastwechsel in den Zugbereich von etwa 400 kN vollzieht. Dieses Verhalten wird durch Presskraftüberwachungen, die lediglich Spitzendrücke absichern, typischerweise nicht erkannt. Der Lastwechsel von etwa 2.400 kN läuft als Schockwelle durch die Maschine und regt Maschinenkomponenten zu Schwingungen an. Im Übrigen lässt sich eine deutlich erkennbare außermittige Belastung ablesen, die bei dem vorliegenden Prozess in Kauf genommen wird.

Bei dem verarbeiteten Material ist eine dehnratenabhängige Festigkeit zu erwarten. Daher wurde bei paralleler Messung der Pleuelkräfte die Hubzahl von 80 auf bis zu 120 Hub/min gesteigert. Die Ergebnisse waren eindrucksvoll: Der Druck-Spitzenwert beim Schneiden ist um mindestens 20 % reduziert. In Folge ist auch das Durchschwingen des Stößels reduziert, was zu geringeren Lastwechseln führt. Die Außermittigkeit bleibt erwartungsgemäß unverändert (werkzeugspezifisch). Im Rückhub ist zu erkennen, dass die Rückzugskräfte des Stößels infolge der größeren Beschleunigungen nun stärker ausgeprägt erscheinen, allerdings stellt diese Belastung keine wesentliche Beanspruchung für die Maschine dar.

Die neuartige Presskraftüberwachung mit der Digitalisierungsschnittstelle erlaubt eindeutig und sicher die kritische Belastung einer Engpassmaschine um mehr als 20 % zu reduzieren. Physikalisch fundierte Prozessanalyse und sichere Datenaufzeichnungen ermöglichen es unter kontrollierten Bedingungen die Hubzahl um 50 % von 80 auf 120 Hub/min zu steigern. Alle entstandenen Kraftverläufe wurden strukturiert gespeichert und standen bereits parallel zur Hubzahlsteigerung für Auswertungen zur Verfügung. Dieser Prozess kann nun durch geschultes Personal auf andere Maschinen übertragen werden. Die notwendige Sensorik wurde im Rahmen einer Maschinenwartung nachgerüstet. Die Datenaufzeichnung erfolgte mit mobilen Developersenses-Geräten, die beim Anwender bereits für Prozessanalysen und Verbesserungen eingesetzt werden.

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