Präzise pressen mit Induktiv-Linearsensoren

DER AUTOR Helmut Röder ist Vertriebsspezialist bei der Hans Turck GmbH Co. KG in Mülheim www.turck.com

Wenn neue Umweltgesetze auf den Weg gebracht werden, sieht man im schwäbischen Ilsfeld ganz genau hin. Dort hat die Weima Maschinenbau GmbH ihren Sitz. Das Unternehmen baut Brikettierpressen und Zerkleinerer, so genannte Schredder, und konnte schon öfter von solchen Gesetzesänderungen profitieren. Seit rund 20 Jahren dürfen beispielsweise holzverarbeitende Betriebe laut Bundesimmissionsschutzgesetz Pressspanplatten nicht mehr stückig verbrennen. Die Holzabfälle müssen statt dessen zerkleinert und unter Zuführung von Sauerstoff verbrannt werden. Erst damit entstehen die nötigen Temperaturen, um etwaige Gifte aus Klebstoffen und Lacken vollständig zu verbrennen. Die Schredder von Weima verkaufen sich seither noch besser.

Auch mit seinen Brikettierpressen profitiert der Maschinenbauer von Entsorgungsrichtlinien. Alles was wiederverwertet wird – ob Aluminium oder andere Metalle, Kunststoffe, Dämmstäube, Teppichabfälle oder Altpapier – presst man heute in Brikettform, um die sortenreinen Abfallstoffe besser lagern, verarbeiten und transportieren zu können. Der Hauptabnehmer für Brikettierpressen ist jedoch die Holzindustrie, die damit den zunehmenden Bedarf nach Brennmaterial für Kamine oder Öfen befriedigt. Auch für industrielle Prozesse wie die Papierproduktion werden Holzspäne zu Briketts gepresst. Ein Holz-Brikett spart im Vergleich zum Schüttgut Holzchips 90 % an Volumen ein. So kann ein ISO-Standard-Container, wenn er mit Holz-Briketts statt -Chips gefüllt wird, 30 statt 7 t transportieren.

Mit seinen Zerkleinerern und Brikettierpressen zählt Weima zu den Markführern in Europa. In beiden Produktgruppen setzt das Unternehmen jetzt den induktiven Linearwegsensor LI-Q25 von Turck ein. In zwei Zerkleinerern und in der weiterentwickelten Brikettierpresse TH 1500 M sowie im größeren Modell TH 3400 M versehen die verschleißfreien Wegmesser heute ihren Dienst.

Seit Weima 1986 mit dem Bau der ersten Maschinen begann, hat das Unternehmen zum Erfassen der Wege in seinen Pressen induktive Näherungsschalter eingesetzt. In jeder Brikettierpresse müssen drei Wege oder Stellungen erfasst werden: Der Weg des Vorverdichters, der aus den Sägespänen einen Quader presst; der Weg des Pressstempels, der die Späne in die Brikettform presst und der Weg der Doppelmatrize, der Form, in die der Stempel die Holzspäne zu Briketts presst. Die Brikettierpressen haben zudem jeweils zwei Auswurfschächte für die Briketts.

Die Pressung des Briketts findet im rechten Teil der Maschine zwischen den beiden Auswurfschächten statt. Als Pressform dient eine Doppelmatrize. Es wird immer ein Brikett nach dem anderen gepresst und abwechselnd links und rechts ausgeworfen. Während in der rechten Form gepresst wird, schiebt die Maschine das fertige Brikett aus der linken Form nach außen. Im Anschluss wird die linke Form vor den Presszylinder gefahren, wieder ein Brikett gepresst und gleichzeitig das fertige Brikett aus der rechten Form nach außen geschoben und so weiter. Eine der Formen der Doppelmatrize muss sich dabei immer exakt vor dem Pressstempel befinden. Andernfalls würden die rund 600 Bar, mit der die Presshydraulik der größten Brikettierpresse anschiebt, nicht auf die Sägespäne, sondern auf die Metallform treffen. Der entstehende Schaden wäre immens und käme einem wirtschaftlichen Totalschaden der Maschine gleich.

Statt der bislang genutzten Näherungsschalter erfasst inzwischen ein induktiver Linearwegsensor von Turck die Stellung der Pressform. Dessen Vorzüge beginnen schon bei der Installation: Die Monteure mussten bisher die Näherungsschalter eindrehen, präzise justieren, provisorisch fixieren und abschließend sichern. „Der Schalter wurde auch schnell mal abgefahren, wenn er nicht exakt justiert war“ beschreibt Jörg Töpfer, Vertriebsleiter der Weima-Gruppe, die Problematik.

Seit kurzem befestigen die Monteure lediglich den Linearwegsensor am Hubzylinder der Doppelpressform und koppeln den geführten Positionsgeber des Sensors mit dem Hubkolben. Die Elektriker teachen den Sensor dann automatisch über die SPS. Die Steuerung fährt dazu jeweils einmal die Positionen „Linksstellung“ und „Rechtsstellung“ der Pressform an und erfasst die entsprechenden Messwerte des Linearwegsensors als Schaltpunkte. Die Weima-Spezialisten haben den Sensor wie einen Schalter programmiert. Die Steuerung wertet das analoge 4…20-mA-Signal nur bezüglich der beiden Positionen der Doppelmatrize und zur Visualisierung aus.

Zur Erfassung des Presswegs setzt das Unternehmen jetzt ebenfalls auf einen induktiven Linearwegsensor LI-Q25, der die beiden Näherungsschalter ersetzt, die bislang die Anfangs- und Endstellung des Presskolbens (Pressstempel) erfassten. Weima montiert den Wegmesser am Hydraulikzylinder und koppelt den Positionsgeber mit dem Presskolben. Die Montage und Kalibrierung ist so einfach wie beim Sensor an der Doppelmatrize. Die SPS kalibriert ihn fast von selbst.

Thomas Steiner, verantwortlich für Elektrik und Schaltschrankbau bei Weima, erklärt die Vorteile der neuen Lösung: „Die Einstellproblematik ist nicht mehr da. Früher hatte ich einen Näherungsschalter, musste die Positionen anfahren und den Sensor so lange verschieben, bis der Eingang schaltet. Jetzt fahre ich eine Position an, schreibe den Messwert ab und definiere ihn als hinten beziehungsweise vorne. Auf fünf Millimeter hin oder her kommt es bei der Montage des Sensors gar nicht an, weil die Kalibrierung erst danach erfolgt.“

Ein zentraler Vorteil der Wegmessung mit dem induktiven Resonator-Messprinzip von Turck gegenüber einem magnetostriktiven Verfahren ist, dass das induktive System magnetfrei arbeitet. Es basiert auf einem Schwingkreis, den der Positionsgeber (Resonator) und das Spulensystem des Sensors bilden, und ist damit resistent gegen Beeinflussung durch Magnetfelder oder Metallumgebungen. Für Weima bietet das Messsystem neben seiner Störsicherheit den Vorteil, dass Metallspäne und Metallstaub nicht den Positionsgeber zusetzen, denn auch zum Brikettieren von Metallspänen bietet das Unternehmen Pressen an.

Der dritte Linearwegsensor erfasst den Weg des Vorverdichters, der sich über der eigentlichen Presskammer befindet. Er presst die Späne mit leichtem Druck zusammen, damit diese nicht unkontrolliert in den Pressraum rieseln. Der Vorverdichter dosiert das Pressgut in die Presskammer und benötigt dazu permanent Informationen über seinen aktuellen Verfahrweg. Im Druckmodus führt er eine definierte Menge an Holzspänen zu. Im Längenmodus führt er nach und nach Späne zu, bis die definierte Standardlänge des Briketts erreicht ist.

Bislang haben sich die Weima-Techniker mit einer selbstkonstruierten Linearwegmessung beholfen. Ein Näherungsschalter ermittelte den Weg des Kolbens, indem er eine Perlenkette am Zylinder abtastete. Die Kette bestand abwechselnd aus metallischen und nicht-metallischen Kugeln. Während der Fahrt des Kolbens hat der Näherungsschalter Schaltimpulse durch die vorbeiziehende Kette erfahren, die steuerungsseitig gezählt wurden, um die gefahrene Wegstrecke zu ermitteln. Diese Konstruktion war ungenau und musste zudem aufwändig installiert und kalibriert werden.

In dieser Anwendung kann der LI-Linearwegsensor seine volle Stärke ausspielen, denn gefragt sind in diesem Fall nicht nur Schaltinformationen, sondern präzise Positionsinformationen. Die Einstellung erfolgt, wie in den anderen beiden Fällen, über eine Teachroutine der Steuerung. Steiner schätzt hier aber auch die Möglichkeit, den gesamten Pressvorgang am Display darstellen zu können: „Die Visualisierung ist sehr wichtig für uns. Früher haben wir nur die Bewegung des Schiebers schematisch auf dem Bildschirm dargestellt. Mittlerweile kann der Anwender den gesamten Pressvorgang über die Visualisierung am Display eins zu eins verfolgen und einstellen. Und sollte die Maschine einmal an einer schlecht erreichbaren Position stehen, kann er heute vom Schaltschrank aus alle Parameter einstellen, das ging früher nicht.“

Vertriebsleiter Töpfer erklärt aus seiner Sicht die Vorteile der Linearwegsensoren: „Mit der Turck-Technologie sind wir unseren Wettbewerbern einen Schritt voraus. Bisher setzt kein Wettbewerber einen Linearwegmesser ein, sondern nur Endschalter oder Näherungsschalter. Der Einstellungsaufwand im Produktions- und Servicebereich ist damit wesentlich höher als bei uns. Das heißt auch, wenn wir zum Service beim Kunden sind, fallen geringere Wartungskosten an. Außerdem haben wir mit der Turck-Technologie unsere Maschine wirklich weiter entwickelt, nicht nur neu aufgelegt. Der Kunde hat durch die Möglichkeiten der Visualisierung und Fernsteuerung einen echten Mehrwert.“

Töpfer räumt ein, dass der Preis für die neue Lösung über dem der einzelnen Näherungsschalter liegt, ergänzt aber umgehend, dass die Kosten früher an anderer Stelle, nämlich in der Produktion und im Service aufgelaufen sind. Der Prokurist weiß, dass man für eine aussagekräftige Kalkulation nicht nur zwei Komponenten und ihren Listenpreis vergleichen darf. Man muss Gesamtlösungen und ihren Effekt auf alle Kosten über den gesamten Lebenszyklus des Produkts hinweg betrachten und dann entscheiden. „Am Ende stimmt das Preisniveau wieder“, schließt Töpfer. ge

Die Weima Maschinenbau GmbH in Ilsfeld ist Spezialist für das Zerkleinern und Brikettieren verschiedener Materialien. Das Unternehmen entwickelt und produziert in Deutschland und liefern weltweit. Wie die Maschinen arbeiten, zeigt ein Video:

Turck betritt mit dem induktiven LI-Linearwegsensor jetzt auch den Markt für hochdynamisches Motion Control. Eine spezielle Elektronik-Architektur erhöht die effektive Ausgaberate des Sensors von 1 auf 5 kHz. In Verbindung mit der kurzen Signallaufzeit (130 µs) und dem hochauflösenden SSI-Ausgang erreichen die induktiven Linearwegsensoren so die Performance von Potenziometern, aber ohne deren Nachteile. Im Unterschied zu Potenziometern erfüllen die LI-Sensoren dauerhaft die Schutzart IP67, messen berührungslos und sind absolut verschleißfrei. Damit eignen sich die Sensoren zur Erfassung von hochdynamischen Achsen, wie sie zum Beispiel in Spritzgießmaschinen vorkommen. Neben der High-Speed-Variante mit SSI-Schnittstelle und 16 Bit Auflösung wird in Zukunft auch die Analog-Variante des Sensors mit der höheren Ausgaberate von 5 KHz angeboten. Alle LI-Sensoren sind weiterhin in zehn Messlängen von 100 bis 1.000 mm erhältlich. Zum Anschluss dient ein 8-poliger M12-Steckverbinder.