Gebannte Gefahr

Neuartige Werkzeugüberwachung für das mobile Seilschleifen

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Überwachungsanstz für das mobile Seilschleifen

Der Schleifprozess erfordert aufgrund der sich ständig ändernden Eingriffsbedingungen eine kontinuierliche Adaption der Prozessparameter. Die Anpassung der Seilspannung und der Seilgeschwindigkeit muss händisch durch den Bediener erfolgen. Geschieht das nicht oder auch nur unzureichend, können die Perlen einseitig verschleißen oder das Werkzeug kann versagen. Letzteres ist ein Resultat aus dem Aufschieben der Schneidperlen und stellt ein signifikantes Sicherheitsrisiko dar. Wird dieses nicht frühzeitig erkannt, kommt es stets zu einem für Mensch und Maschine gefährlichen Werkzeugversagen (Seilriss). Dabei kam es bereits zu tödlichen Unfällen.

Eine manuelle Überwachung des Werkzeugaufbaus durch den Bediener während des Prozesses ist aufgrund der hohen Seilgeschwindigkeit nicht möglich. Ein geeignetes Mess- und Überwachungssystem existiert bislang nicht. Deshalb wird der Prozess regelmäßig (in 1- bis 2-Stunden-Intervallen) unterbrochen und das zugängliche Schneidseil durch den Bediener kontrolliert. Die Überprüfung hinsichtlich eines Aufschiebens der Schneidperlen erfolgt dabei mittels Sichtprüfung. Diese Art der Kontrolle reduziert aber die Produktivität und dennoch gibt es keine garantierte Prozesssicherheit.

Das Aufschieben der Seilperlen ist gut identifizierbar

Um dem zu begegnen, wurde in Kooperation zwischen dem Unternehmen Cedima Diamantwerkzeug- und Maschinenbaugesellschaft mbH und dem Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) der oben schon beschriebene, neuartige Ansatz zur Überwachung des Werkzeugs entwickelt. Hierbei identifiziert ein Wirbelstromsensor, ob die metallischen Schneidperlen vorhanden sind. Der Funktionsnachweis wurde am bewegten Schneidseil durchgeführt und ist in Bild 6 prinzipiell dargestellt. Der Werkzeugaufbau wird üblicherweise anhand der geometrischen Größen Schleifsegmentlänge ls und Teilung lt beschrieben, wobei das Verhältnis der Schleifsegmentlänge zur Teilung als Segmentierung des Schleifwerkzeugs λ beschrieben wird. Die genannten geometrischen Größen können ebenfalls über deren zeitliche Dauer beschrieben werden, woraus sich die Schleifsegmentdauer ts und die Teilungsdauer tt ableiten.

Bild 6: Zeitlicher Ausschnitt des Maximalwerts des normierten Wegsignals des Wirbelstromsensors.
Bild 6: Zeitlicher Ausschnitt des Maximalwerts des normierten Wegsignals des Wirbelstromsensors.
(Bild: IFW)

Im nächsten Schritt wurde der Einfluss von Verschiebungen der Schneidperle und des Verbinders auf die Schleifsegmentdauer ts und die Teilungsdauer tt untersucht. Dazu wurde ein Analogieseil mit beweglichen Schneidperlen verwendet. Damit konstante Randbedingungen existieren, wurde der Wirbelstromsensor mithilfe einer Linearachse im Abstand von 1,5 Millimetern entlang des Analogieseils verfahren. Bild 7 stellt den Einfluss einer aufgeschobenen Schneidperle in Abhängigkeit von der unterschiedlichen Teilungen lt auf die Teilungsdauer tt und die Schleifsegmentdauer ts dar.

Bild 7: Einfluss des Aufschiebens der Schneidperle auf die Schleifsegmentdauer und die Teilungsdauer.
Bild 7: Einfluss des Aufschiebens der Schneidperle auf die Schleifsegmentdauer und die Teilungsdauer.
(Bild: IFW)

Wie die Ergebnisse beweisen, korreliert die Teilungsdauer tt mit der Teilung lt (maximale Standardabweichung ts und tt = 0,01 s bei Konfidenzintervall ± 3 σ). Die Schleifsegmentdauer ts hingegen bleibt bis zum vollständigen Aufschieben der Schneidperle konstant. Zurückzuführen ist dies darauf, dass im vollständig aufgeschobenen Zustand die Schneidperlen nicht mehr einzeln identifiziert werden können. Entsprechend wird eine Schneidperle mit der doppelten Schleifsegmentdauer ts interpretiert.

Der Seilverbinder (Bild 8) wirkt sich nur auf die Teilungsdauer tt aus. Jedoch erzeugt dieser im Gegensatz zu einer sich aufschiebenden Schneidperle nur einen signifikanten Peak (ttver). Ein Einfluss auf die Schleifsegmentdauer ts liegt nicht vor. Das heißt, der Seilverbinder kann eindeutig von einer sich aufschiebenden Schneidperle unterschieden werden.

Bild 8: Einfluss des Verbinders auf die Schleifsegmentdauer und die Teilungsdauer.
Bild 8: Einfluss des Verbinders auf die Schleifsegmentdauer und die Teilungsdauer.
(Bild: IFW)

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