W. v. d. Heyde – Tæthedsprøvning af aluminiumshjul
IO-Link hjælper med tæthedsprøvning af aluminiumsfælge
Hvis et bildæk mister luft, formoder de fleste af os, at det er punkteret og det med rette. Men kun få mennesker er klar over, at fælge også kan lække luft. Grunden er, at der hældes flydende letvægtsmetal i en form, når fælge fremstilles. Under denne proces kan der opstå fine porerevner eller lækagestier gennem hvilke, luften på et senere tidspunkt kan slippe ud. Derfor inspicerer producenter af aluminiumsfælge grundigt fælgene for utætheder, før de markedsfører dem.
W. v. d. Heyde, som er en familiedrevet mellemstor virksomhed baseret i Stade, Tyskland, har specialiseret sig i produktion af industrimaskiner til detektering af utætheder til bilindustrien. Administrerende direktør Gerald Lüdolph forklarer: “Med et nuværende personale på ca. 90 medarbejdere designer og fremstiller vi skræddersyede løsninger til tæthedsprøvninger med testgas mod vakuum. Vores ekspertise går tilbage til midten af 1990’erne, da vi begyndte at udvikle maskiner til tæthedsprøvning af aluminiumsfælge. I dag distribuerer vi vores produkter globalt og har etableret os selv som verdens førende på markedet inden for dette område.”
Testprocedure
Maskinerne til tæthedsprøvning anvender vakuumteknologi og gasindsprøjtning. Til tæthedsprøvning bliver hjulfælgen forseglet på begge sider ved hjælp af en gummiplade og en tildækning. Derefter bliver fælgens udvendige og indvendige side evakueret ved hjælp af vakuumpumper. Til sidst bliver en testgas lukket ind i fælgens forseglede ydre. Der anvendes typisk helium til dette formål, fordi det er særligt effektivt til detektering af selv meget små utætheder.
På grund af trykforskellen mellem fælgens ydre og indre vil heliumgasblandingen passere igennem alle potentielle porer eller kapillarer til fælgenes indvendige område. Her bliver heliumkoncentrationen målt ved hjælp af et højpræcist massespektrometer. Så længde den ikke overskrider en vis tærskel, bliver aluminiumsfælgen betragtet som tæt, ellers bliver det afvist.
Før hjulet godkendes, bliver helium-testgas-blandingen ekstraheret og genbrugt. “Takket være denne proces kan vi tilbyde vores kunder en høj grad af omkostningseffektivitet, fordi den anvendte testgas ikke slippes ud i atmosfæren, men genbruges,” siger Jens Westmeier, teamleder for mekanisk konstruktion hos von der Heyde.
Billede 1: Aluminiumsfælge bliver kontrolleret for utætheder ved hjælp af vakuumteknologi.
Billede 2: Lækagetester fra virksomheden W. v. d. Heyde.
Billede 3: Flowsensorer detekterer både trykluft og en helium-testgas-blanding.
Maskine i nyt design
Tidligere blev tæthedsprøvning og forarbejdning af testgas udført i særskilte dele af maskinen. Dette er ændret fundamentalt med det nye design.
“Hovedmålsætningen med det nye design var at lave to særskilte maskiner om til én for at reducere fodaftrykket og tilbyde vores kunder en kompakt løsning, der indeholder alle de nødvendige funktioner, der tidligere blev udført at to maskiner. Dette sparer masser af plads i kundens produktionshal,” siger Jens Westmeier.
Automatisering med IO-Link
Som en del af det nye design blev sensorniveauet fuldstændig konverteret til IO-Link, hvilket har mange fordele. Joost Bochynski, ansvarlig for styringsteknologi, forklarer: “Vi bruger forskellige sensorer fra ifm, herunder fotoelektriske, flow- og tryksensorer. Takket være IO-Link kan vi analysere disse sensorer optimalt og få mange oplysninger, der tidligere var utilgængelige. Et eksempel er SD flow-sensoren, som vi bruger flere versioner af: SD6500 til trykluft, SD6600 til formgas og SD6800 til helium. Sensorerne giver os mulighed for at udlede forbrugstendenser, som ikke ville være mulige med en sådan præcision uden IO-Link. Takket være de udførlige oplysninger fra sensoren kan vi indsamle daglige, ugentlige og månedlige forbrugsdata i styreenheden, give kunder indblik i vigtige tendenser og detektere interne utætheder i maskinlinjer. Vores kunder profiterer i sidste ende af omkostningsbesparelser. Effektivitet og kvalitet er blevet stærkt forbedret ved hjælp af IO-Link sensorer sammenlignet med analoge signaler. Vi kan nu bestemme meget mere præcist, om der er et problem med en sensor, f.eks. tryksensoren, eller om den fungerer pålideligt. Vores diagnosemuligheder var ikke så omfattende før, hvilket betød, at automatisering var meget vanskeligere. Takket være diagnosefunktioner via IO-Link kan vi stoppe processen i tide og undgå dyre efterfølgende fejl.”
Forbindelse af analoge sensorer via IO-Link
Derudover kan konventionelle analoge sensorer med en udgang på 4...20 mA integreres gnidningsløst i IO-Link-infrastrukturen ved hjælp af DP2200-konverteren. Et eksempel er vakuumpumper, som har højpræcise absolut tryk-transmittere (PT0505) med analog strømudgang. Omformerstikket integrerer disse sensorer digitalt i IO-Link infrastrukturen og forbinder dem med styreenheden.
Billede 1: Alle sensorer og aktuatorer kommunikerer med maskinstyringen via IO-Link master-moduler.
Billede 2: Selv sikkerhedsrelaterede funktioner kan implementeres ved hjælp af specielle IO-Link mastere.
Sikkerhed via IO-Link
Selv sikkerhedsrelaterede signaler kan sendes via IO-Link. W. v. d. Heyde bruger AL200S PROFIsafe IO-Link modulet fra ifm.
Thorben Reyelt, teamleder for elektroteknik: “Vi har integreret AL200S IO-Link modulet i maskinen, så vi kan stoppe aktuatorernes bevægelse på sikker vis. Det betyder, at vores maskine forbliver i en sikker tilstand og stopper, når døren er åben. Operatørernes sikkerhed er sikret, fordi ingen bevægelse kan udføres i maskinen i denne tilstand. Dette er især vigtigt, når der udføres vedligeholdelsesarbejde, eller processerne i systemet kontrolleres.”
PROFIsafe IO-Link modulet har sikkerhedsrelaterede digitale indgange og udgange, der kan bruges til for eksempel at forbinde sikre mekaniske kontakter, aktuatorer eller OSSD-sensorer. Det styres via PROFIsafe-telegrammet, som ”tunneleres” via IO-Link. AL200S-modulet har otte digitale indgange og fire digitale udgange, sidstnævnte med en maksimal effekt på to ampere.
Statusvisning
Testsystemets status bliver indikeret tydeligt ved hjælp af optiske signaler. Testområdet er udstyret med farvede LED’er, som lyser hvidt under systemopsætningen. Når fælgtesten er fuldført, skifter LED’ens farve synligt til grøn eller rød afhængigt at testresultatet.
Derudover bliver maskinens og testens status vist i farver på maskintaget ved hjælp af et LED-lystårn med 3 segmenter af typen DV2310. Lystårnet kan også nemt kontrolleres via IO-Link.
Derudover drog W. v. d. Heyde fordel af en speciel funktion i lystårnet: Hvis flowsensorerne detekterer en utæthed i systemets rør, anvendes en lækagedetektor til at finde utætheden, som brugeren manuelt fører langs med rørene. Målesignalet fra lækagedetektoren kontrollerer summerens hørbarhed, der er integreret i lystårnet, i området fra 0 til 100 procent via IO-Link. Jo tættere detektoren kommer på utætheden, desto højere bliver summersignalet. Denne akustiske feedback giver brugeren mulighed for hurtig og nem lokalisering af utætheder på maskinen, selv i et støjende produktionsmiljø.
Det IO-Link-baserede LED-lystårn er tydeligt at se på afstand og har en integreret buzzer.
Konklusion
Ved at skifte til IO-Link-baseret teknologi har virksomheden W. v. d. Heyde været i stand til at forbedre sin tæthedsprøvningsproces til aluminiumsfælge betydeligt. Ved at integrere IO-Link i sensorniveauet bliver konventionelle sensorer ikke kun brugt mere effektivt, men sikkerhedsrelaterede signaler bliver også sendt på en sikker måde. Muligheden for at signalere både maskinens status og testens status visuelt og akustisk forbedrer brugervenligheden for operatørerne og hjælper med hurtigt at identificere problemer. Generelt set giver IO-Link teknologien, der anvendes hos W. v. d. Heyde, mulighed for mere præcis, effektiv og sikker tæthedsprøvning af aluminiumsfælge, som i sidste ende medfører en højere kvalitet og omkostningseffektivitet i produktionen.
