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antriebstechnik 10/2016

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IO-Link statt Feldbus

IO-Link statt Feldbus Drehgeber erreicht kürzere Taktzeiten in einer Kernschießmaschine Wolfram Stahl Als der Gießereimaschinenhersteller Laempe Mössner Sinto seine neue Maschinenbaureihe plant, entscheidet es sich, diese konsequent mit IO-Link zu automatisieren. Einen großen Einfluss auf die Taktrate der Maschine hat die Schwenkbewegung des Kernkastenträgers, die nun von einem berührungslosem IO-Link-Drehgeber erfasst wird. Wolfram Stahl ist Vertriebs spezialist bei der Hans Turck GmbH & Co. KG in Mülheim an der Ruhr „Als ich zum ersten Mal davon gelesen habe, dachte ich: bitte nicht noch ein Feldbussystem. Heute weiß ich, dass IO-Link kein Feldbus ist, sondern das Gegenteil. IO-Link ist für uns in vielen Bereichen das Ende der Bussysteme, weil es die Kommunikation wieder vereinfacht“, sagt Tobias Lipsdorf, Steuerungsprogrammierer beim Gießereimaschinenhersteller Laempe Mössner Sinto GmbH. Spricht der Ingenieur über den intelligenten Kommunikationsstandard IO- Link, spürt man echte Begeisterung – ebenso wie bei seinem Kollegen Andre Klavehn, verantwortlich für die Elektroplanung. Gemeinsam haben die beiden die E-Planung der neuen Maschinengeneration neu aufgesetzt und die Maschine durchgängig mit IO-Link automatisiert. Laempe Mössner Sinto ist Weltmarktführer für Kernmachereitechnologien in der Gießereiindustrie und einer der wenigen Hersteller von Kernschießmaschinen weltweit. Die Maschinen produzieren Sandkerne für den Metallguss. Wenn z. B. ein Motorblock gegossen wird, setzt man diese im Inneren der Gussform als Platzhalter für die späteren Hohlräume des Motors ein. Die Kerne werden aus einem Sand-Binder-Gemisch mit hohem Impuls durch Druckluft innerhalb von 0,3 bis 0,5 s in eine Form – den Kernkasten – „geschossen“. Anschließend härtet das Formstoffgemisch im geschlossenen Kernkasten durch Prozessgas oder Wärme aus und kann entnommen werden. Nach dem Gießen verliert der Binder seine Festigkeit durch die Temperatureinwirkung der eingefüllten Schmelze. Die Kerne zerfallen, der Sand kann aus dem Gussstück ausfließen und hinterlässt die gewünschte Innenkontur. Ein wesentliches Ziel der Hersteller sind dabei kurze Taktzeiten. Die dem Kernherstellungsprozess nachgeschalteten Formanlagen „verschlingen“ die Kerne teilweise im 15-Sekunden- Takt. Vorreiter in anorganischer Kernmacherei „IO-Link ist für uns in vielen Bereichen das Ende der Bussysteme..“ Tobias Lipsdorf Doch nicht nur die Taktzeit ist entscheidend, denn Gießereien haben nur eine Zukunft, wenn sie umweltverträglich produzieren und den gestiegenen Anforderungen des Arbeitsschutzes gerecht werden. Die weit verbreiteten organischen Bindemittel für den Sand verbrennen beim Gießen und emittieren dabei schädliche Abgase, die mit aufwändiger Filter- und Absaugtechnik beseitigt werden müssen. Deshalb hat das Unternehmen auf dem Weg zu einer „weißen Gießerei“ die Kernfertigung mit anorganischen Bindemitteln maßgeblich vorangetrieben. Die bessere Umweltverträglichkeit geht bei diesen Bindemitteln einher mit Vorteilen, aber auch Herausforderungen bei der Kernfertigung und den nachgelagerten Prozessen. Laempe Mössner Sinto hat den Prozess als erster Hersteller von der theoretischen Lösung bis zum großindustriell einsetzbaren Verfahren weiterentwickelt. Die neue Maschinengeneration LHL schafft einen dreifachen Innovationssprung. Neben der Möglichkeit, anorganische Bindersysteme zu nutzen, ist sie mit einem energieeffizienten Hydrauliksystem ausgestattet, das Energieeinsparungen bis zu 60 % erreicht. Mit einer Maschinentaktzeit von nur 13,8 s bei der LHL30 setzt die Maschinenbaureihe zudem Maßstäbe in Produktivität und Effizienz. Maschinen dieser Baureihe sind in verschiedenen Größen von 30 bis 300 l Schussvolumen lieferbar. IO-Link beseitigt viele Nachteile Auch automatisierungstechnisch ist sie eine absolute Neuerung. „Wir haben an unseren Maschinen viele intelligente Bauteile, die bisher üblicherweise einen Busanschluss hatten. Wir mussten also an ein Wegmesssystem die Betriebsspannung und zwei Busleitungen einzeln anschließen. Alle drei Leitungen wurden auf Schleppketten verlegt und waren dementsprechend stark beansprucht“, beschreibt Lipsdorf die bisherige Verdrahtung. „Wenn Sie da beim Profibus keine aufwändigen Diagnosesysteme hatten, konnten Sie einen Kabelbruch wirklich lange suchen“, ergänzt Elektroplaner Klavehn. IO-Link beseitigt viele dieser Nachteile: Die beiden Busleitungen plus Spannungsversorgung werden durch eine Standard- 62 antriebstechnik 10/2016

SENSORIK UND MESSTECHNIK WIR SIND DER MASSSTAB „Wir suchten einen Drehgeber, der über einen IO-Link-Ausgang verfügt“ Andre Klavehn Dreidrahtleitung ersetzt, die in den Schleppketten der LHL30 geführt wird. „Hier können wir aufgrund der Kostenersparnis eine sehr hochwertige Leitung einsetzen“, sagt Klavehn. Ein Kabelbruch ist somit fast auszuschließen. Sollte er doch auftreten, ist er dank IO-Link einfach zu diagnostizieren. Alle intelligenten, analogen Sensoren und Geräte haben jetzt ein IO-Link-Interface und werden über IO-Link-Master an die Steuerung angebunden, einfache Näherungsschalter und digitale Aktoren über IO- Link-fähige Verteilerboxen. 16 Schaltsignale können so über eine Standard-Dreidrahtleitung angebunden werden, was den Verdrahtungsaufwand minimiert und zusätzlich eine Basisdiagnose der Näherungsschalter ermöglicht. Einige Näherungsschalter haben die Planer zudem durch analoge Wegmesssysteme ersetzt. „Wir haben mit der neuen LHL30 alles auf den Prüfstand gestellt und dabei nicht mehr nur die Endlagen erfasst, sondern die kompletten Achsen. So haben wir jetzt sozusagen eine Kernschießmaschine für Industrie 4.0“, berichtet Andre Klavehn, „auch wenn ich diesem Stichwort eigentlich skeptisch gegenüberstehe.“ Endlagenerfassung problematisch Das Kernkastenoberteil der Kernschießmaschine ist aus der Produktionsstellung heraus um 90 Grad in eine Wartungsstellung schwenkbar. Das kann – je nach Binderverfahren, Kernkastengestaltung und Kernkontur – mehrmals pro Stunde notwendig sein, um den Kasten auf Rückstände zu überprüfen und zu reinigen. Die Schwenkbewegung wurde bislang mit Endschaltern erfasst. Um das Schwenken zu beschleunigen, hatte man in anderen Maschinentypen zwei weitere Näherungsschalter für die Eilgang/Schleichgang-Umschaltung vor dem Erreichen der Endlagen montiert. Ganz problemlos war diese Lösung nicht, wie Lipsdorf beschreibt: „Selbst wenn wir nur die Endlagen erfasst haben, war die Suche nach einem geeigneten Punkt zur Montage der Sensoren schwierig. Wenn wir die Stellung exakt erfassen wollen, müssen die Initiatoren designbedingt nach außen. Der verfügbare Bauraum für die Halter ist aber beschränkt. Bei vier Initiatoren wird das noch schwieriger, weil die zwei zusätzlichen auch irgendwo Platz finden müssen. Außerdem ist jeder weitere Sensor im rauhen Betriebsumfeld der Gießereimaschine eine potenzielle Fehlerquelle.“ Drehgeber erfasst Kernkasten-Schwenk Die Lösung lag im Erfassen der gesamten Schwenkbewegung. Wenn die Drehbewegung direkt an der Drehachse erfasst wird, hat man garantiert eine tragende Stelle zur Montage des Encoders. „Dafür suchten wir einen Drehgeber, der möglichst robust ist, also berührungslos arbeitet und über einen IO-Link-Ausgang verfügt. Der Turck-Drehgeber QR24 hat alle unsere Anforderungen erfüllt und unsere Tests erfolgreich absolviert, sodass wir nicht mehr weiter suchen mussten“, beschreibt Andre Klavehn die schnelle Produktauswahl. Turcks Single-Turn-Drehgeber QR24 arbeitet mit einem Messprinzip, das auf einer innovativen Schwingkreiskopplung basiert und keine magnetischen Positionsgeber erfordert. Die robusten Sensoren sind dank des berührungslosen Funktionsprinzips wartungs- sowie verschleißfrei und überzeugen durch eine optimale Reproduzierbarkeit, Auflösung und Linearität über einen großen Temperaturbereich. Die Variante QR24-IOL ist zudem der erste berührungslose Drehgeber mit IO-Link-Ausgang. Bisherige IO-Link-Drehgeber setzten die Technologie lediglich zur Parametrierung PRÄZISIONSMESSTECHNIK REGELN SIE PRÄZISER ALS JE ZUVOR Schnelle Phasenstrommessung mit Ausgaberaten bis 20 MHz – Auch als Evaluation-Kit verfügbar ERHÖHEN SIE IHREN WIRKUNGSGRAD Die shuntbasierten Messmodule der IPC-Reihe sind dauerhaft bis zu 1.500 Volt galvanisch getrennt und können je nach eingesetztem Shunt Strombereiche bis 2.500 Ampere mit einer Auflösung von 12 – 16 Bit messen. Eigenschaften: TTL, RS422-Schnittstelle RJ45- oder M8-Stecker Hohe Spannungsfestigkeit bis 8 kV (Testspannung) Schutzklasse IP6KX Isabellenhütte Heusler GmbH & Co. KG Eibacher Weg 3–5·35683 Dillenburg Telefon 02771 934-0·Fax 02771 23030 isascale@isabellenhuette.de·www.isabellenhuette.de

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