Gebannte Gefahr

Neuartige Werkzeugüberwachung für das mobile Seilschleifen

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Eine Innovation überwacht den Werkzeugaufbau

Um diese Fehler zu vermeiden, ist eine kontinuierliche und objektive Überwachung erforderlich. Weil vor allem das Aufschieben der Schneidperlen so gefährlich ist, entwickelt das Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) mit der Cedima Diamantwerkzeug- und Maschinenbaugesellschaft mbH im Rahmen eines Forschungsprojektes einen neuartigen Ansatz zur Überwachung des Werkzeugs. Die neue Möglichkeit zur Messung der Schneidperlen veranschaulicht Bild 3. Dabei wird mit einem Wirbelstromsensor erkannt, wenn sich eine der metallischen Schneidperlen vorbei bewegt. So kann die Zeitdauer Δt zwischen zwei Schneidperlen bestimmt werden. Ändert sich die Dauer bei konstanter Seilgeschwindigkeit vs, weist das auf eine Änderung des Schneidperlenabstands hin. Der Einsatz des Wirbelstromsensors begründet sich in der hohen Robustheit bei rauen Umgebungsbedingungen (Temperatur, Staub, Wasser) sowie der hohen Abtastrate von etwa 100 kHz bei 30 m/s.

Bild 3: Schematische Darstellung des Messansatzes zur Überwachung des Werkzeugaufbaus.
Bild 3: Schematische Darstellung des Messansatzes zur Überwachung des Werkzeugaufbaus.
(Bild: IFW)

Nachweislich funktioniert dieser Messansatz

Der Funktionsnachweis basiert auf experimentellen Untersuchungen. Die Versuche wurden an dem in Bild 4 dargestellten Aufbau durchgeführt. Dazu wurde das Messsystem in eine Flachschleifmaschine des Typs FS 840 KT CNC integriert. Das trockene Seilschleifen von Stahl (S355JR) wurde gewählt. Die Messwerterfassung erfolgt am Antriebsrad, um den Einfluss von Seilschwingungen zu minimieren. Die Drehzahl wurde über einen induktiven Sensor am Antriebsrad gemessen, um eventuell auftretende Variationen der Seilgeschwindigkeit bei der Auswertung berücksichtigen zu können.

Bild 4: Der im Aufmacher gezeigte Versuchsaufbau in der Flachschleifmaschine des Typs FS 840 KT CNC, hier mit mehr technischen Details.
Bild 4: Der im Aufmacher gezeigte Versuchsaufbau in der Flachschleifmaschine des Typs FS 840 KT CNC, hier mit mehr technischen Details.
(Bild: IFW)

Ein Teilabschnitt des Messsignals zeigt Bild 5. Wie im Diagramm deutlich wird, sind die einzelnen Komponenten des Werkzeugs eindeutig identifizierbar. Befindet sich keine Schneidperle im Messbereich des Wirbelstromsensors, ist das Signal maximal (kein Mess­objekt vorhanden). Umgekehrt reduziert sich der Abstand s, wodurch die Signalamplitude kleiner wird. Auch ist zu erkennen, dass die Signalamplituden nicht konstant sind. Das ist auf den ungleichmäßigen Durchmesser der Schneidperlen zurückzuführen, der durch die geringfügigen Abweichungen des Abstandes s zwischen Sensor und Schneidperle erklärt werden kann. Entsprechend dem Ansatz aus Bild 3 lässt sich ebenfalls die Zeitdifferenz Δt zwischen zwei Schneidperlen bestimmen (Bild 5). Der Verbinder hat einen vergleichsweise geringen Einfluss auf das Messsignal und kann aufgrund des größeren Zeitabschnitts zwischen zwei Schneidperlen eindeutig identifiziert werden. Als Folge kann der Verbinder bei der Überwachung des Schneidperlenabstands berücksichtigt werden, wodurch Fehlalarme verhindert werden.

Bild 5: Hier Beispiel für den typischen Signalverlauf des Wirbelstromsensors über die Zeit.
Bild 5: Hier Beispiel für den typischen Signalverlauf des Wirbelstromsensors über die Zeit.
(Bild: IFW)

Erste Zusammenfassungen der Erkenntnisse

Bis hierher kann festgestellt werden, dass der hier erklärte Messansatz zur Überwachung des Aufschiebens der Schneidperlen beim mobilen Seilschleifen geeignet ist. Im nächsten Schritt, über den Sie im nächsten Abschnitt lesen, wird der Einfluss einer sich aufschiebenden Schneidperle auf das Messsignal betrachtet und darauf aufbauend der Überwachungsansatz vorgestellt.

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