Wegmesssysteme Perfekt geformte Betonsteine – Wegaufnehmer machen’s möglich

Autor / Redakteur: Dr. Detlef Zienert* / Dipl. -Ing. Ines Stotz

Bei der Herstellung von Betonformsteinen garantieren Wegmesssysteme von Balluff eine hohe Wirtschaftlichkeit und Qualität. In einer Betonsteinmaschine erfassen die berührungslos und absolut messenden Sensoren gleichzeitig und zuverlässig die Achsposition der hydraulisch angetriebenen Auflast- und Formbewegung.

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Mit Betonsteinfertigungsmaschinen von Masa lassen sich unterschiedlichste Betonsteine aus Leicht- und Schwerbeton herstellen.
Mit Betonsteinfertigungsmaschinen von Masa lassen sich unterschiedlichste Betonsteine aus Leicht- und Schwerbeton herstellen.
(Bild: Balluff)

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 bei Masa. Das Andernacher Unternehmen entwickelt und baut unterschiedlichste Maschinen für die maßgeschneiderte Produktion von Beton-, Hohlblock-, Pflaster und Bordsteinen.

„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, 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 sogar kostengünstiger als herkömmliche Endschalter.

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Hydraulische Antriebe ganz 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 Michael 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.

Masa-Maschine produziert vielfältigste maßgeschneiderte Steine

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.

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 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, weil über die Stellung der magnetostriktiven Sensoren immer die aktuelle Achsposition bekannt ist“, so Peter Stolzenberg, zuständig für die Arbeitsvorbereitung Elektrotechnik bei Masa.

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 Schutzart IP 67 dagegen ertragen die hohen Vibrations- und Stoßbelastungen klaglos.“

Die Balluff Wegmesssysteme zeichnen sich durch ihren robusten Aufbau, 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.

Ungehinderte Bewegungen trotz Verschmutzungen

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.

Micropulse-Wegaufnehmer bieten passende Schnittstellen

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. 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." erklärt Michael Dolon.

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 oder ein fehlerhaftes Signal 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.

* Dr. Detlef Zienert, Business Development and Strategic Marketing, Balluff

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