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O+P Fluidtechnik 6/2019

O+P Fluidtechnik 6/2019

MESSENACHBERICHT TRENDS

MESSENACHBERICHT TRENDS UND HIGHLIGHTS DER HANNOVER MESSE 2019 Autoren: S. Aengenheister, S. Deuster, Y. Duensing, F. Guse, A. Rambaks, P. Weishaar, K. Schmitz, Institut für fluidtechnische Antriebe und Systeme der RWTH Aachen University PRODUKTE UND ANWENDUNGEN Auch dieses Jahr war die Hannover Messe (HMI) mit ca. 6 500 internationalen Ausstellern ein Publikumsmagnet. Während der fünf Messetage haben über 215 000 Besucher das Messegelände besucht und die neuesten Trends der ausstellenden Unternehmen begutachtet. Das Leitthema der HMI war dieses Jahr „Integrated Industry – Industrial Intelligence“ mit dem Anspruch relevante Anwendungsszenarien für das Zusammenspiel von Industrie 4.0 und Künstlicher Intelligenz aufzuzeigen. Im Folgenden wird von einigen Trends und Highlights der Industriemesse berichtet. Dabei erhebt der Artikel keinen Anspruch auf Vollständigkeit, sondern ist vielmehr als persönlicher Rückblick der Autoren zu verstehen. ADDITIV GEFERTIGTES CARTRIDGEVENTIL Die Firma Parker Hannifin hat auf der Hannover Messe die neue Produktserie der TFplus Cartridge-Ventile vorgestellt. Bei der vorgestellten Produktserie wurden die Steuerflächen der bisherigen Konstruktion weiter optimiert. Durch eine geschickte Wahl der unter Druck stehenden Flächen konnte die Hülse druckausgeglichen konstruiert werden. Dadurch ließ sich die Last auf die Stege zwischen den Fenstern und der Hülse reduzieren und die Geometrie der Stege optimieren. Mit den so entstehenden, größeren Fenstern sind höhere Volumenströme bei gleicher Druckdifferenz realisierbar, wodurch eine Reduzierung um eine Nenngröße bei gleichbleibenden Volumenstromanforderungen möglich ist. Erstmals entspricht dabei der engste Querschnitt der Hülse der Nenngröße oder ist größer als diese. Beispielsweise ist beim NG50 Ventil der kleinste durchströmte Durchmesser 54 mm. Druckfest sind die vorgestellten Ventile dabei bis zu einem Systemdruck von 420 bar und einem Druck von 350 bar in der Vorsteuerstufe. Die vorgestellten Ventile sind hochdynamisch und die Schaltzeiten konnten erneut verkürzt werden. Die vorgestellte Produktserie wurde in einer Konzeptstudie zur Realisierung einer additiven Ventilfertigung noch weitergedacht. Die Geometrie der TF-Ventile wurde dabei für die additive Fertigung optimiert. Dazu wurden alle der Bauplattform zugewandten Schrägen in einem Winkel größer 45° ausgeführt. Durch diese Anpassung ist bei der Herstellung im additiven Verfahren keine zusätzliche Stützstruktur notwendig, welche eine mechanische Nacharbeitung erforderlich machen würde. Die notwendigen Stützstrukturen sind funktional in die Konstruktion integriert. So nehmen die Stützen für die Schraubdome gleichzeitig die auftretenden Kräfte auf. Mechanische Nacharbeiten sind lediglich an Funktionsflächen, wie z. B. den Dichtflächen, notwendig. Bei dem verwendeten Werkstoff handelt es sich um martensitisch aushärtenden Werkzeugstahl, mit einem hohen Nickelanteil (1.2709). Durch die Verwendung dieses Materials können filigrane Geometrien erzeugt werden. Nach einer Wärmebehandlung werden Streckgrenzen von bis zu 1950 N/mm² erreicht. Auch die Geometrie der ölführenden Kanäle wurde strömungstechnisch optimiert. Das additive Fertigungsverfahren bietet im Vergleich zu konventionellen Verfahren deutlich mehr Freiheitsgrade für eine strömungstechnisch günstige Gestaltung. Weiter ist ein kompakteres Design erreichbar, auch weil Hilfsbohrungen, wie sie bei konventionellen Verfahren nötig sind, nicht erforderlich sind. Stützstrukturen im Inneren der Kanäle, welche die Strömung negativ beeinflussen würden, konnten dabei vermieden werden. Die durchgeführten Modifikationen tragen zu einer weiteren Steigerung der Leistungsdichte bei. Das konventionell gefertigte Ventil TFP016 hat ein Gewicht von 6,5 kg. Im Vergleich dazu wiegt das additiv gefertigte Ventil lediglich 3,8 kg. Das entspricht einer Gewichtseinsparung von 42 %. Gleichzeitig konnte der Volumenstrom bei gleichem Druckabfall um 35 % gesteigert werden. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist die Möglichkeit der Funktionsintegration. Insgesamt konnten 5 Dichtungen, diverse Fügestellen, Stopfen und Gewinde eingespart werden. Trotz der erreichbaren Potentiale in Bezug auf Steigerung der Leistungsdichte und dem ressourcenschonenden Materialeinsatz sind die Fertigungskosten aktuell noch zu hoch für eine Serienproduktion. Auch die Qualitätssicherung der additiven Fertigung ist im Vergleich zur konventionellen Fertigung noch aufwändiger. Denkbar wäre beispielsweise ein Hybridventil, welches aus 18 O+P Fluidtechnik 6/2019

MESSENACHBERICHT konventionell und additiv gefertigten Bauteilen besteht. Die additive Fertigung bleibt ein spannendes Verfahren, dessen weitere Entwicklung wir mit Spannung verfolgen. DRUCKSENSOR MIT IO-LINK FÜR INTELLIGENTE MASCHINEN Die WIKA Alexander Wiegand SE & Co. KG präsentierte auf der diesjährigen Hannover Messe den Drucksensor Typ A-1200. Es handelt sich hierbei um eine Neuheit in der digitalen Vernetzung im Anlagenbau. Der Drucksensor ist flexibel einsetzbar und mit IO-Link ausgestattet. Er dient bevorzugt der Drucküberwachung, kann alternativ aber auch als PNP/NPN-Schalter eingesetzt werden. Der Drucksensor wurde speziell für intelligente Maschinen entwickelt und ist unter anderem für den Einsatz in Industrie 4.0 basierten Systemen geeignet. Durch den Einsatz des Typ A 1200 soll im Allgemeinen die Konnektivität von Systemen verbessert und deren Diagnose erleichtert werden. Der Sensor dient dazu, die digitale Vernetzung von Sensoren, Maschinen und Systemen zu verbessern und somit eine unkomplizierte und übersichtliche Messoberfläche zu erstellen. Die vorgestellte Produktserie lässt sich in hydraulische Systeme integrieren und bietet vor allem in der Automatisierungstechnik gegenüber analogen Sensoren Vorteile. So wirbt WIKA beispielsweise mit einer schnellen und unkomplizierten Integration in die OEM- Serienproduktion. Zudem ist der Sensor leicht zu konfigurieren und auf Wunsch mit voreingestellten Kundenparametern lieferbar. Alternativ kann die Konfigurationszeit weiter herabgesetzt werden, dies wird durch eine automatisierte IO-Link-Programmierung realisiert. Eine externe Konfiguration lässt sich über das digitale Signal realisieren. Durch die IO-Link-Schnittstelle ist der Sensor für intelligente Systeme geeignet und überträgt kontinuierlich alle erfassten Mess werte. Die Schnittstelle bietet zusätzlich eine integrierte Diagnosefunktion, durch welche der Gerätezustand kontinuierlich nachverfolgt wird. Auch die Qualität der Messsignale wird hierbei dauerhaft überwacht. Somit können Schäden am Sensor oder im System frühzeitig ermittelt werden. Als besonders hilfreiche Funktion beim Einsatz des Sensors erweist sich die in das Gehäuse integrierte 360° LED-Anzeige, welche optisch über den Gerätezustand informiert. Angezeigt werden hierbei drei verschiedene Signale: grün (Betrieb), gelb (kritischer Zustand) oder rot (Fehler). Die LED-Anzeige des Drucksensors bietet außerdem eine via IO-Link ansteuerbare Blink-Funktion, die bei Wartungen eine eindeutige Lokalisierung des defekten Drucksensors ermöglicht. Durch diese Funktion wird eine mögliche Verwechslung zwischen bauartgleichen Sensoren ausgeschlossen und der defekte Sensor kann identifiziert werden. Zudem ist in Absprache mit WIKA eine individuelle Ausstattung des Sensors möglich, sodass die Funktionen den vorliegenden Betriebsparametern angepasst werden können. Der Drucksensor kann beispielsweise speziell für extreme Umgebungsbedingungen konzeptioniert werden. Serienmäßig ist der Sensor für Fluidtemperaturen von -40 bis 125 °C ausgelegt und kann somit in einem Großteil von Anwendungen in der Hydraulik eingesetzt werden. Der maximale Nenndruck kann optional auf einen Druck von 1000 bar erweitert werden. Die vorgestellte Produktserie findet in intelligenten und Industrie 4.0-fähigen Systemen Einsatz. Die Vernetzung von Systemen, Komponenten und Sensoren wird besonders durch die Anwendung von Condition Monitoring in Zukunft weiterhin ein wichtiges Thema darstellen. KONTAKTLOSES BEWEGEN MIT SECHS FREIHEITSGRADEN Auf der diesjährigen Hannover Messer präsentierte Beckhoff im Bereich der automatisierten Antriebstechnik das eXtended Plan armotorsystem (XPlanar). Wandermagnetfelder in Planarkacheln ermöglichen eine kontaktlose, hochpräzise Bewegung und Positionierung von schwebenden Movern, die mit Permanentmagneten ausgestattet sind. Dadurch ist ein vollkommen flexibles Transportsystem realisierbar, das gerade in Hinsicht auf Verschleiß und Verschmutzung im Vergleich zu bestehenden Transportsystemen große Vorteile aufweist. Die Magnetfelder der Spulen erzeugen elektromagnetische Kräfte, die – in Abhängigkeit der Traglasten – Beschleunigungen der Mover von 2g und maximale Geschwindigkeiten von 4 m/s auf der horizontalen Ebene möglich machen, sowie ein Heben bzw. Senken bis zu einer Höhe von 5 mm in der z-Achse. Weiterhin sind die Mover um 5° neigbar, um z. B. Flüssigkeiten auch bei höheren Beschleunigungswerten ohne Überschwappen transportieren zu können. Über speziell ausgelegte Planarkacheln drehen die Mover um 360°, die Standardkacheln lassen ein Schwenken der Mover um bis zu +/-15° zu. Insgesamt erreichen die Mover dadurch eine Bewegungsfreiheit von sechs Freiheitsgraden. Je nach Anwendungsfall kann zwischen vier verschieden Plan armovertypen ausgewählt werden. Sie unterscheiden sich in ihrer Dimension und Nutzlast. Für den Transport kleiner Bauteile bietet Beckhoff den Small Mover mit den Maßen 95 × 95 mm und einer Nutzlast bis 400 g an. Maximale Tragelasten von 6 kg werden vom Big Mover erreicht bei einer Dimension von 275 × 275 mm. Außerdem stehen der Standard Mover (155 × 155 mm, 1,5 kg) und der Long Mover (155 × 275 mm, 3 kg) zur Verfügung. Da die gesamte Elektronik in den Planarkacheln verbaut ist und keine mechanische Verbindung zwischen Kacheln und Mover besteht, handelt es sich bei den Movern um passive Bauteile, die sich durch einfache Reinigung der chemisch beständigen harteloxierten Aluminiumgehäuse und minimale Wartung auszeichnen. Interessant ist außerdem die Transportfähigkeit des Planarmotorsystems im Vergleich zu bestehenden Transportsystemen, da sich das System von Beckhoff nicht nur waagerecht, sondern auch senkrecht und über Kopf einsetzen lässt. Gerade in Einsatzgebieten mit hohen Hygieneanforderungen 01 02 01 Additiv gefertigtes Cartridgeventil 02 Drucksensoren für intelligente Maschinen 03 eXtended Planarmotorsystem der Beckhoff Automation GmbH & Co. KG 04 FLOWave Durchflussmesser von Bürkert Fluid Control Systems 03 04

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