Dosierte Kraft an der Kette

Ketten sind ein unverzichtbarer Bestandteil in vielen Anwendungen der Hebetechnik. Wie bei anderen Hebezeugen auch ist die Sicherheit und die Erfüllung der einschlägigen Normen natürlich unabdingbare Voraussetzung. Denn immer wenn schwere Lasten bewegt werden, kann dies mit einer Gefahr für Personen, die sich im unmittelbaren Umfeld befinden, verbunden sein. Der Qualitätssicherung kommt daher bei der Produktion von Ketten für Hebezeuge besondere Bedeutung zu. Die Firma Ketten Wälder vertraut in seinen Produktionsanlagen dabei auf Messtechnik von HBM.

Das Unternehmen Ketten Wälder GmbH aus dem oberbayerischen Bad Endorf produziert Ketten, die unter anderem für Anwendungen in der Hebetechnik eingesetzt werden. 40 Mitarbeiter sind bei dem Mittelständler beschäftigt, die jeden Tag bis zu 4.000 m hochwertige Ketten produzieren. Die Verarbeitung von Ausgangsmaterialien wie Stahl zu Ketten ist ein vielschichtiger Prozess, bei dem alle Abläufe exakt aufeinander abgestimmt sind.

Rohmaterial in verschiedenen Güten und Abmessungen wird zunächst auf eine Haspel gehoben. Eine Vorziehmaschine zieht das Material dann auf den benötigten Durchmesser. In der Kettenbiegemaschine entstehen anschließend die einzelnen Glieder der Kette: Glied für Glied wird sauber gebogen und aneinandergereiht eingehängt. Moderne Schweißmaschinen, die die einzelnen Glieder schweißen, sind die nächste Station der Fertigung. In den Maschinen läuft der Schweißprozess vollautomatisch ab. Dabei werden gleichzeitig wichtige Parameter, wie Stauchdruck und Stromfluss, gemessen, die als Maß für die Qualität der Schweißnaht dienen. Im nächsten Schritt erhält das Material vollautomatisch wichtige Informationen, wie Güteklasse und einen Rückverfolgbarkeitscode, sowie das Herstellerzeichen eingestempelt. Anschließend werden die Ketten vergütet. Dazu werden sie zunächst erhitzt und dann durch ein Bad geführt, in dem sie abgeschreckt – also sehr rasch gekühlt – werden und anschließend wieder erwärmt bis die gewünschte Festigkeit und Elastizität gewährleistet ist.

In der Produktion wird Glied für Glied der Kette gebogen und aneinandergereiht eingehängt.
Die Kalibriermaschine dehnt jeweils einen kurzen Abschnitt der Kette und misst gleichzeitig die dazu notwendige Kraft.

Am Ende des Produktionsprozesses steht noch das äußere Erscheinungsbild auf dem Programm, das heißt, die Ketten erhalten durch die Oberflächenbehandlung ihr endgültiges Aussehen. Wälder Ketten sind je nach Erfordernis blank gescheuert, umweltfreundlich lackiert oder galvanisch verzinkt. Für die Verzinkung hat man bei Ketten-Wälder ein eigenes Verfahren entwickelt, das die Wasserstoff-Versprödung garantiert ausschließt.

Kalibriermaschinen bringen die Kette auf die richtige Länge

Noch vor der abschließenden Oberflächenbehandlung durchlaufen die Ketten eine so genannte Kalibriermaschine. Hier werden die Ketten durch Recken auf das richtige Maß gebracht, indem die einzelnen Kettenglieder etwas verformt werden. Gleichzeitig wird dabei die Festigkeit der Kette geprüft. Die Verformung der Kettenglieder erfolgt bei etwas mehr als dem 2,5fachen der nominalen Tragkraft der Kette. Je nach Größe der einzelnen Kettenglieder werden in der Kalibriermaschine immer sieben bis zehn Glieder gleichzeitig gereckt und überprüft. Die Kraft, die hierzu aufgebracht werden muss, liegt je nach Kettengröße im Bereich 10 kN bis über 200 kN.

Sollte während der Produktion beispielsweise einmal eine Schweißnaht nicht korrekt sein, reist die Kette beim Recken an dieser Stelle. Dies wird beim Recken festgestellt, sodass eine 100%-Prüfung sämtlicher Kettenglieder gewährleistet ist. Dies ist im Rahmen der Qualitätskontrolle zwingend vorgeschrieben. Nur Ketten, die eine entsprechende Prüfung durchlaufen haben, dürfen für hebetechnische Anwendungen eingesetzt werden. Festgelegt ist dies in den Normen DIN EN 818, DIN EN 766, DIN 5684 und DIN 5687.

Ein Hydraulikzylinder erzeugt in den Kalibriermaschinen die Kraft, die zur Verformung der Kettenglieder notwendig ist. Die Kraft, die aufgewendet werden muss, um die Kette auf das richtige Maß zu bringen, muss während des Vorgangs exakt kontrolliert werden. Wenn die voreingestellte Maximalkraft nicht erreicht wird, ist dies ein Zeichen dafür, dass die Kette gerissen ist – die Maschine hält dann automatisch an. „Bisher haben wir in den Kalibriermaschinen analoge Messtechnik verwendet“, berichtet Dipl.-Ing. (FH) Reimar Bürkmayer, der bei Ketten Wälder für die Entwicklung und Prozessoptimierung in der Produktion zuständig ist. Ein einfacher analoger Messverstärker überwacht dabei, ob der eingestellte Schwellenwert der Kraft tatsächlich erreicht wird.

Digitale Messtechnik bringt viele Vorteile

Der Messverstärker MP85A von HBM wertet intern das gemessene Kraftsignal aus und kann so direkt ein IO/NIO-Signal ausgeben.

Bei einer notwendigen Umrüstung einer der Kalibriermaschinen entschied man sich bei Ketten Wälder dafür, die Messtechnik auf eine moderne digitale Technik umzustellen. Zum Einsatz kommt dabei jetzt ein digitaler Messverstärker vom Typ MP85A von HBM.

Ein Ringkraftaufnehmer vom Typ KMR mit einer Nennkraft von 400 kN misst die durch den Hydraulikzylinder aufgebrachte Kraft. Der Kraftaufnehmer erfüllt die hohe Schutzart IP67 und ist daher auch für raue Umgebungsbedingungen bestens geeignet. Das Gehäuse aus rostfreiem Stahl macht ihn widerstandsfähig gegen Umgebungseinflüsse. Durch seine Ringform lässt sich der Kraftaufnehmer ideal in den Kraftfluss der Maschine integrieren. Die gute Reproduzierbarkeit der Kraftmessung garantiert sichere und zuverlässige Ergebnisse.

Der Messverstärker MP85A, der speziell für Anwendungen der Qualitätskontrolle im Fertigungsprozess konzipiert ist, verfügt über einen Mikroprozessor und entsprechende Algorithmen, die intern bereits eine Auswertung der gemessenen Werte vornehmen. Der Messverstärker zeichnet den Kraftverlauf während des Prozesses auf und überprüft, ob die erreichte Maximalkraft innerhalb eines vorgegebenen Fensters liegt, und trifft damit eine „In-Ordnung-/Nicht-In-Ordnung-Entscheidung“. Tritt ein Fehler auf, weil beispielsweise die Maximalkraft zu niedrig ist, unterbricht der Messverstärker sofort den Prozess.

„Besonders wichtig war uns bei der Nachrüstung der Kalibriermaschine, dass wir die gemessenen Kraftwerte auch protokollieren können“, nennt Reimar Bürkmayer eine der Hauptanforderungen, die das neue Messsystem erfüllen musste. Die gemessenen Kraftwerte werden vom Messverstärker dazu über die integrierte Ethernet-Schnittstelle an einen Steuerungs-PC übertragen und angezeigt. Eine grafische Darstellung des Kraftverlaufs, während der Kettenabschnitt durch die Kraft gedehnt wird, illustriert auf einen Blick, ob der Prozess korrekt abläuft. Der jeweils erreichte Maximalwert wird in einer Datenbank gespeichert. Die Speicherung dieser Werte ist im Hinblick auf die lückenlose Rückverfolgbarkeit besonders wichtig.  Auch eine Speicherung des gesamten Kraftverlaufs wäre ohne Probleme möglich. „Dies ist aber für unsere Anwendung nicht notwendig“, erklärt Reimar Bürkmayer: „Indem wir jeweils nur den Maximalwert speichern, halten wir die Datenmenge gering.“

Umrüstung der alten Analogtechnik

Auf dem Bildschirm des IPC wird der Kraftverlauf angezeigt.

Als die Umrüstung der Kalibriermaschine anstand, hat man sich bei Ketten Wälder intensiv auf dem Markt umgesehen. Auch die alte analoge Messtechnik stammte teilweise von HBM, sodass man auch dort nach entsprechenden modernen Lösungen nachgefragt hat. „Die Angebote der verschiedenen Firmen haben wir genau miteinander verglichen und uns letztendlich für HBM entschieden, weil hier das Preis-Leistungs-Verhältnis am besten war“, begründet Reimar Bürkmayer die Entscheidung für HBM als Lieferanten.

Zusammen mit der Hardware – also dem Kraftaufnehmer und dem Messverstärker – lieferte HBM auch das Softwarepaket Industriemonitor. Diese auf Microsoft .Net basierende Anwendung visualisiert die gemessenen Kraftwerte auf dem über Ethernet mit TCP/IP angebundenen Industrie-PC. Die Programmierung einer entsprechenden Anwendung, die die gemessenen Daten in einer Datenbank abspeichert, wurde ebenfalls von HBM durchgeführt. Die Software hat eine komfortable Eingabemaske, in der der Kettentyp, der gerade in der Kalibriermaschine bearbeitet wird, aus einer Liste ausgewählt werden kann.

Anschließend muss der Anwender noch die entsprechende Chargennummer eingeben. Die Software erzeugt daraus automatisch die Dateien, in denen die Messwerte abgelegt werden. Die Qualitätsdaten jeder Kette, die das Unternehmen verlässt sind so sicher rückverfolgbar.

„Die Programmierung der individuellen Anwendung durch HBM lief völlig problemlos ab, so dass wir insgesamt sehr zufrieden sind“, fasst Reimar Bürkmayer die in dem Projekt gemachten Erfahrungen zusammen. Die übrigen Kalibriermaschinen bei Ketten Wälder sollen nun nach und nach ebenfalls mit der modernen digitalen Messtechnik ausgestattet werden.

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