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Sensorik

Wie Sensoren die Werkzeugatmung in Druckgussmaschinen überwachen

| Autor/ Redakteur: Dipl.-Ing. Stefan Stelzl / Sandra Häuslein

Die Werkzeugatmung ist eine qualitätsentscheidende Größe im Druckgussprozess. Hier lesen Sie, wie wirbelstrombasierte Sensoren helfen, dabei Kosten zu sparen.

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Hersteller von Alu-Druckgussteilen sparen durch den Einsatz von Maschinen mit induktiven Sensoren von Micro-Epsilon bares Geld. Denn die wirbelstrombasierten Sensoren überwachen die Werkzeugatmung mit hoher Genauigkeit.
Hersteller von Alu-Druckgussteilen sparen durch den Einsatz von Maschinen mit induktiven Sensoren von Micro-Epsilon bares Geld. Denn die wirbelstrombasierten Sensoren überwachen die Werkzeugatmung mit hoher Genauigkeit.
( Bild: Micro-Epsilon )

Aluminium-Druckgussteile vereinen Festigkeit mit geringem Gewicht. Zudem sind sie enorm leitfähig und in hohem Maß korrosionsbeständig. Bei der Verarbeitung des Materials ist Präzision gefragt, besonders wenn es um die Überwachung der Werkzeugatmung im Aluminium-Druckguss geht. Diese ist eine qualitätsentscheidende Größe, die sich darüber hinaus auf die Haltbarkeit des Werkzeugs auswirkt.

Werden Aluminium-Druckgussteile gefertigt, ist hoher Druck von circa 600 bar bis 1000 bar notwendig, um das flüssige, rund 700° bis 900° heiße Material in eine vorgewärmte Stahlform zu pressen. Die Schusszeit beträgt dabei nur etwa 50 ms bis 100 ms. Die Form, in die das Aluminium gepresst wird, besteht aus zwei Werkzeughälften, die mit enormer Kraft von über 1000 Tonnen Druck zusammengehalten werden. Beim Einspritzen entsteht durch den hohen Druck ein kleiner Spalt zwischen den Werkzeughälften. Dieser Vorgang wird als Werkzeugatmung bezeichnet. Wird dieser Spalt zu groß, wirkt sich das negativ auf den Herstellungsprozess aus, denn es entstehen Ausfransungen am Bauteil, die als Flitter bezeichnet werden.

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Zeitverlust durch fehlerhafte Werkzeugatmung

Die Hersteller legen dem Produktionsprozess hohe Qualitätsanforderungen zugrunde, weswegen Flitter aufwendig nachgearbeitet werden muss und unausweichlich zu Zeitverlust und hohen Folgekosten führt. Ein weiterer negativer Aspekt sind Aluminiumrückstände, die am Werkzeug verbleiben. Sie führen zu erhöhtem Verschleiß und verringern dadurch die Standzeit des Werkzeugs.

Eine einfache, schnelle sowie zuverlässige Überwachung der Werkzeugatmung leisten induktive Sensoren auf Wirbelstrombasis von Micro-Epsilon. Die Sensoren der Reihe Eddy NCDT 3005 sind wegen ihres robusten Aufbaus, des guten Preis-Leistungs-Verhältnisses und ihrer Kompaktheit für derlei Applikationen ideal geeignet. Sie sorgen aufgrund ihrer fortschrittlichen Sensortechnologie für eine durchgehende und hochpräzise Spaltüberwachung und dadurch für einen effizienteren Herstellungsprozess.

Präzise Messung der Werkzeugatmung

In der Regel werden bei der Überwachung der Werkzeugatmung drei bis vier Wirbelstromsysteme angebracht, die die Ausdehnung bzw. die Spaltöffnung des Werkzeuges mikrometergenau bestimmen. Ein Messsystem besteht dabei aus einem kompakten und robusten Controller, der zusammen mit dem Kabel und dem Sensor eine feste Einheit bildet. Dieser integrierte Systemaufbau steigert die Robustheit und die Widerstandsfähigkeit gegenüber äußeren Einflussfaktoren. Das System ist somit gegenüber der rauen Industrieumgebung mit hohen Temperaturen von bis zu 100° am Sensor, Staub, Schmutz, Vibrationen und Druck geschützt und liefert umgebungsunabhängig präzise Messergebnisse. Die kompakte Bauweise der Systeme ermöglicht eine einfache Integration auch in bereits bestehende Anlagen.

Sensoren auf Herstellungsprozess abgestimmt

Wirbelstrombasierte Sensoren von Micro-Epsilon sind aufgrund ihres Aufbaus und ihrer Technologie auf die hohen Anforderungen im Herstellungsprozess von Alu-Druckgussteilen abgestimmt. Im Gegensatz zu herkömmlichen induktiven Sensoren zeichnen sie sich durch ihre hohe Genauigkeit, Grenzfrequenz und Temperaturstabilität aus. Die Systeme halten je nach Modell Temperaturen von bis zu 200 °C stand. Dank der aktiven Temperaturkompensation liefern sie auch bei Temperaturschwankungen hochgenaue Ergebnisse.

Zudem werden bei einer Messfrequenz von bis zu 5 kHz Bewegungen sehr schnell erfasst. Ein weiterer positiver Aspekt sind die Bedienerfreundlichkeit und das gute Preis-Leistungs-Verhältnis, das die Sensoren für OEM- und Serienapplikationen prädestiniert. Bei höheren Stückzahlen sind darüber hinaus Anpassungen an die kundenseitigen Anforderungen möglich.

BUCHTIPPDas Buch „Industriesensorik“ beschreibt die Entwicklung und die praktische Anwendung der wichtigsten Sensoren. Durch anwendungsbezogene Fehleranalysen von Messsystemen, Sensoren und Sensorsystemen, jeweils ergänzt durch viele detaillierte, vollständig durchgerechnete Anwendungsbeispiele, eignet sich das Buch nicht nur für Studenten, sondern auch für Ingenieure und Techniker verschiedener Fachrichtungen.

Messverfahren auf Wirbelstrombasis

Das Wirbelstrommessprinzip nimmt unter den induktiven Messverfahren eine Sonderstellung ein. Der Effekt zur Messung via Wirbelstrom beruht auf dem Entzug von Energie aus einem Schwingkreis. Diese Energie ist zur Induktion von Wirbelströmen in elektrisch leitfähige Materialien nötig. Hierbei wird eine Spule mit Wechselstrom gespeist, worauf sich ein Magnetfeld um die Spule ausbildet. Befindet sich nun ein elektrisch leitender Gegenstand in diesem Magnetfeld, entstehen darin – gemäß dem Faradayschen Induktionsgesetz – Wirbelströme, die ein Feld bilden. Dieses Feld wirkt dem Feld der Spule entgegen, was eine Änderung der Spulenimpedanz nach sich zieht. Diese Impedanz lässt sich als Änderung der Amplitude und der Phasenlage der Sensorspule als messbare Größe am Controller abgreifen.

* Dipl.-Ing. Stefan Stelzl ist Produktmanager Sensorik bei der MICRO-EPSILON MESSTECHNIK GmbH & Co. KG in Ortenburg.

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