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Qualitätssicherung bei der Werkzeugatmung

Qualitätssicherung bei der Werkzeugatmung
Wirbelstrombasierte Sensoren sorgen für Qualität beim Aluminiumdruckguss

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Bei der Werkzeugatmung handelt es sich um den schmalen Spalt, der zwischen den Werkzeughälften entsteht, wenn beim Aluminiumdruckguss-Prozess das Material unter Druck eingeschossen wird. Sie ist eine qualitätsentscheidende Größe im Druckgussprozess und lässt sich mit wirbelstrombasierten Sensoren überwachen.

Aluminium-Druckgussteile vereinen Festigkeit mit geringem Gewicht. Zudem sind sie enorm leitfähig und in hohem Maß korrosionsbeständig. Bei der Verarbeitung des vielseitigen Materials ist Präzision gefragt, besonders wenn es um die Überwachung der Werkzeugatmung im Aluminiumdruckguss 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 bis 1.000 bar notwendig, um das flüssige, rund 700 bis 900 °C heiße Material in eine vorgewärmte Stahlform zu pressen. Die Schusszeit beträgt dabei nur etwa 50 bis 100 ms. Die Form, in die das Aluminium gepresst wird, besteht aus zwei Werkzeughälften, die mit einer Kraft von über 1.000 t 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 Herstellprozess aus, denn es entstehen Ausfransungen am Bauteil, sogenannter Flitter.

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 Preis-Leistungs-Verhältnisses und ihrer Kompaktheit für derlei OEM- und Serienapplikationen geeignet. Bei höheren Stückzahlen sind darüber hinaus Anpassungen an die kundenseitigen Anforderungen möglich. Die Sensoren sorgen für eine durchgehende und hochpräzise Spaltüberwachung und dadurch für einen effizienteren Herstellungsprozess.

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.

Drei bis vier Wirbelstromsysteme
sind in der Regel im Einsatz

In der Regel werden bei der Überwachung der Werkzeugatmung drei bis vier Wirbelstromsysteme angebracht, die die Ausdehnung beziehungsweise 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 °C am Sensor vor 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.

Die wirbelstrombasierte Sensoren von Micro-Epsilon zeichnen sich im Gegensatz zu herkömmlichen induktiven Sensoren 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. ■

Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG
Königbacher Str. 15
94496 Ortenburg

Tel. +4985421680
www.micro-epsilon.de


Der Autor

Stefan Stelzl
Produktmanager
Sensorik
Micro-Epsilon
www.micro-epsilon.de


Webhinweis

Wie Wirbelstrom-Sensoren
funktionieren, erklärt Micro-Epsilon
in diesem Video: http://hier.pro/iwNzG



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