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Industrielle Automation 5/2018

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Industrielle Automation 5/2018

SENSORIK UND MESSTECHNIK

SENSORIK UND MESSTECHNIK Berührungslos und präzise Infrarot-Thermometer ermöglichen neues Fertigungsverfahren für Kunststoffteile Wenn es darum geht, die Oberflächen-Temperaturen von Gegenständen zu messen, kommen Pyrometer zum Einsatz. Besonders robust, kompakt und zuverlässig müssen Sensoren sein, die unmittelbar hinter den Infrarot- Strahlern eines Heizsystems eingesetzt werden. Bauteile aus endlosfaserverstärkten Thermoplasten sind stabil, können komplexe Geometrien haben und weisen trotzdem ein geringes Gewicht auf. Eine Herstellung solcher Werkstücke im Spritzgießverfahren bietet eine große Flexibilität bei der Gestaltung sowohl hinsichtlich der Form als auch der verwendeten Materialien. Es lassen sich sogar Metallkomponenten in die Bauteile einbetten. Krauss Maffei hat mit der Fiber-Form- Technologie ein Verfahren entwickelt, um solche Bauteile in hoher Qualität herzustellen. Als Basismaterial kommen endlosfaser verstärkte Thermoplasthalbzeuge, sogenannte Organobleche, zum Einsatz. Diese flächigen Halbzeuge können aus Glas-, Kohlenstoff-, Aramid- oder Mischfasergeweben, die in einer thermoplastischen Kunststoffmatrix, wie Polyamid oder Polypropylen, eingebettet sind, bestehen. Die Organobleche werden zunächst aufgeheizt und anschließend durch einen Thermoformprozess in die gewünschte Geometrie umgeformt, bevor sie im Spritzguss hinterspritzt werden. Dem ersten Prozessschritt in diesem sogenannten Fiber-Form-Prozess – dem Aufheizen der Halbzeuge – kommt dabei eine sehr große Bedeutung zu. Eine möglichst gleichmäßige Oberflächen-Temperaturverteilung der Organobleche ist entscheidend für den Gesamtprozess. Das Aufheizen geschieht in speziellen Öfen, in denen Infrarotstrahler für den notwendigen Energieeintrag zur Erwärmung der Organobleche sorgen. Dabei sind zwei Bedingungen wichtig: Das Aufheizen soll schnell gehen, und die Temperaturverteilung soll über die gesamte Organoblech oberfläche homogen sein. Neues Verfahren erfordert genaue Temperaturkontrolle Für das Verfahren hat Krauss Maffei eine Infra rot-Heiztechnologie entwickelt, die eine homogene und schnelle Aufheizung sicherstellt. Je nach Baugröße des Ofens sind im Standard bis zu 72 Infrarotstrahler in das Heizsystem integriert. „Die Temperaturregelung, mit der die einzelnen Infrarotstrahler angesteuert werden, war bei der Entwicklung eine große Herausforderung“, erklärt Dr. Mesut Cetin, der als Produkt- und Projektmanager Leichtbau die Neuentwicklungen in diesem Bereich mit betreut hat. „Übliche Temperaturregler arbeiten mit einem einzigen Infrarot-Pyrometer zur Temperaturmessung und Regelung des Aufheizprozesses“, ergänzt Christian Herrmann, der als Entwicklungsingenieur maßgeblich an den Neuentwicklungen beteiligt war. „Ein schnelles und präzises Aufheizen sowie eine homogene Temperaturverteilung über die gesamte Fläche des Halbzeugs konnten wir so nicht erreichen.“ Die Regelzeiten und der herkömmliche Aufbau der Regelung waren nicht zielführend und entsprachen nicht den Anforderungen des Marktes. Außerdem wird das Aufheizen des gesamten Systems über mehrere Prozesszyklen hinweg nicht ausreichend berücksichtigt. Robuste Pyrometer, intelligente Regeltechnik Zum Einsatz kommen Pyrometer von Optris des Typs CT LT22. „Diese haben für unsere Anwendungen zahlreiche Vorteile“, begründet Herrmann die Entscheidung für Optris: „Sie sind sehr kompakt und vertragen auch die hohen Umgebungstemperaturen, die direkt hinter den Infrarotstrahlern herrschen, wo wir die Pyrometer einbauen.“ Die Pyrometer bestehen aus zwei Teilen: Der kompakte Sensorkopf hat einen Durchmesser von lediglich 14 mm und arbeitet bei Umgebungstemperaturen bis zu 180 °C ohne Kühlung. Die abgesetzte Elektronik des Sensors, an der auch die Einstellungen vorgenommen werden können, kann dann in größerer Entfernung montiert werden. In der konkreten Anwendung geschieht dies Dr. Mesut Cetin, Gruppenleiter Produktmanagement, Christian Herrmann, Entwicklungsingenieur Leichtbau beide bei KraussMaffei Automation GmbH, München; Torsten Czech, Head of Product Management, Optris GmbH, Berlin 16 INDUSTRIELLE AUTOMATION 5/2018

01 02 01 Die Pyrometer befinden sich im Ofen direkt hinter den Heizstrahlern (siehe Pfeil) 02 Das robuste IR-Thermometer Optris CT LT misst präzise von - 50 bis + 975 °C außerhalb des Infrarot-Heizsystems. Der Sensorkopf ist mit einem optional erhältlichen Freiblasvorsatz ausgestattet, der verhindert, dass die Optik mit Staub oder Sprühnebel verschmutzt wird. „Diese Option war für uns neben der kompakten Bauform besonders wichtig, da in der Kunststoffindustrie immer mit Belastungen durch Ausgas ungen und Staub zu rechnen ist“, betont Christian Herrmann. Die Software für die Temperaturregelung der neuen Öfen besteht aus mehreren inneren und einem äußeren Regelkreis. Dabei ist zunächst jeder Heizzone ein Pyrometer zugeordnet. Der äußere Regelkreis überwacht dann die Gesamttemperatur und berücksichtigt zusätzlich die Beeinflussung der verschiedenen Zonen untereinander. Als Hardware für die Temperaturregelung werden Industrie-PCs verwendet. Die Anbindung der Pyrometer geschieht über einen Stromausgang von 4 - 20 mA, der als Standard in den Pyrometern von Optris enthalten ist. Die von Krauss Maffei entwickelte Infrarot-Heiztechnologie lässt sich hardwaresowie softwaretechnisch in eine Produktionsanlage einbinden. Die mechanische Anbindung an eine Spritzgießmaschine erfolgt über die genormte Euromap-18- Schnittstelle. Damit lassen sich auch bereits installierte Spritzgießmaschinen mit der Infrarot-Heiztechnologie nachrüsten. Zur Anbindung muss auch die Hard- und Softwarelösung zur Temperaturregelung der Infrarotheizung nahtlos mit der Steuerung der Spritzgießmaschine kommunizieren. Daher ist sie voll in die Krauss- Maffei-Spritzgießmaschinensteuerung MC6 integriert. Zuverlässigkeit für die Serienproduktion Die Infrarot-Heiztechnologie heizt die Organobleche nicht nur homogen sondern auch schnell und präzise auf. Das ist ein wesentlicher Punkt beim Einsatz in der Serienproduktion. Und noch ein weiterer Punkt ist für den Serieneinsatz entscheidend: Die Öfen müssen zuverlässig arbeiten. Das betrifft neben der Mechanik auch die Regelungstechnik. Ein Ausfall eines Pyrometers würde im schlimmsten Fall dazu führen, dass die Produktion komplett stillsteht. Zuverlässige Komponenten sind daher ein absolutes Muss. „Seit wir die Pyrometer von Optris verwenden – und das tun wir bereits seit 2010 – hatten wir noch nicht einen einzigen Ausfall der Geräte“, fasst Cetin seine positiven Erfahrungen mit der Temperaturmesstechnik zusammen. Bilder: KraussMaffei, Optris www.optris.de AUTOMATISIERUNG 4.0 NEUE KONZEPTE FÜR DIE SENSORIK UND MESSDATENERFASSUNG Im Mittelpunkt innovativer Automatisierungskonzepte steht nicht mehr die Anlage oder Komponente, sondern der Mensch, der bei seinen Automatisierungsaufgaben effizient unterstützt werden soll. Viele Messsysteme sind jedoch oft nicht in der Lage, mit den Anforderungen und Datenmengen einer modernen und hochdynamischen Produktionslinie Schritt zu halten. Datenübermittlung in Echtzeit, hohe Rechenkapazitäten und nicht zuletzt eine einfache Parametrierung und Visualisierung der Messdaten für unterschiedliche Gruppen von Mitarbeitern und Bedienern sind Voraussetzungen, die heutige Messtechnik erfüllen muss. HBM bietet ein breites Spektrum an Konzepten für die Sensorik und Messdatenerfassung – sowohl für die Entwicklung, als auch für die Produktion selbst. Informieren Sie sich über das Potenzial neuer Automatisierungslösungen und den Einsatz moderner Messtechniksysteme im Internet der Dinge . NEUGIERIG? HIER LESEN SIE DEN VOLLSTÄNDIGEN ARTIKEL: www.industrielle-automation. net/HBM4/ Anzeige

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