LPW, Riederich, beschränkt sich neuerdings - parker

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Rochus Bindner, Autor
Manager Marketing Services / PR
Parker Hannifin GmbH
Vertriebs- und Service Zentrale
Parker Hannifin GmbH
Pneumatic Division Europe – Origa
Pat-Parker-Platz 1
41564 Kaarst
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Fax: +49 (0) 2131 4016-9333
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70794 Filderstadt (Sielmingen)
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Schnell, präzise, zuverlässig: Automatische Radprüfanlage
von NDT und Parker Hannifin
Fertigungsprüfung mit innovativer Ultraschallmethode.
Eisenbahnräder müssen höchste Anforderungen erfüllen:
Mehr als 11 t Radlast und eine Laufleistung von oft über
600.000 km sind eine Herausforderung für Material und
Technik.
Darüber hinaus stellt das Auftreten von hohen dynamischen
Belastungen
an
Rädern
und
Wellen
von
Hochgeschwindigkeitszügen eine extreme Belastungsprobe
für diese Verschleißteile dar – Mängel können hier
folgenschwere Konsequenzen haben. Deshalb ist die
einwandfreie Qualität des verwendeten Rohmaterials ein
entscheidender Faktor für ihre Haltbarkeit und zuverlässige
Hinter der unprätentiösen Fassade
der Maschine verbirgt sich
ambitionierte Technik
[Bilddatei: Parker Hannifin_AWGS_NDT_1.JPG]
Funktionalität.
Durch
den
weltweiten
Ausbau
des
Schienenverkehrs sowohl für die Personenbeförderung als
auch
für
den
expandierenden
Gütertransport,
BRIC-Staaten,
vor
allem
in
den
steigt
nicht
nur
die
Nachfrage an sogenanntem „rollenden Material“, sondern auch die nach prozesssicheren
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Möglichkeiten zur Fertigungsprüfung. Darüber hinaus ist Schnelligkeit gefragt: Große
Räderwerke produzieren bis zu einer halben Million Räder pro Jahr, die als gedrehte
Rohlinge vor ihrer Fertigbearbeitung auf Mängel im Material geprüft werden müssen. Da die
einzelnen Produktionsschritte exakt getaktet und aufeinander abgestimmt sind, darf diese
Prüfung nicht zum sprichwörtlichen Flaschenhals werden.
Höchste Anforderungen an präzise Prüftechnik
Vor allem das Erkennen von internen Materialfehlern ist eine Aufgabe, bei der präzise und
zuverlässige Prüftechnik gefordert ist. Nach den Normen EN 13262 und ISO 5948, in denen
die
Produktqualifizierung
von
Eisenbahnrädern
von
Güter-,
Regional
und
Hochgeschwindigkeitszügen beschrieben werden, muss die innere Fehlerfreiheit durch
automatische Verfahren festgestellt werden. Das kann zum Beispiel die Prüfung durch
Ultraschall sein. Deutscher Technologieführer im Bereich von Ultraschall-Prüfsystemen in der
Öl-, Gas- und Stahlindustrie ist die NDT Systems & Services GmbH & Co. KG in Stutensee
bei Karlsruhe. Das international aufgestellte Unternehmen, das im Jahr 2000 gegründet
wurde, hat sich auf die Entwicklung zerstörungsfreier Prüfsysteme und Dienstleistungen für
die Inspektion metallischer Werkstoffe spezialisiert. Im März 2011 erhielt die NDT Systems &
Services GmbH & Co. KG die Anfrage eines chinesischen Herstellers für Eisenbahnräder zur
Entwicklung einer neuartigen Radprüfanlage. Die Anforderung: eine Prüfzeit von 60 bis 90
Sekunden pro Rad einschließlich Be- und Entladen der Prüfeinheit – ein ambitioniertes Ziel,
denn auch kleinste Unregelmäßigkeiten müssen erkannt und dokumentiert werden. Auf
dieser Grundlage wird bei jedem Rad entschieden, ob es für die spätere Inbetriebnahme
geeignet ist. Hier spielt unter anderem eine Rolle, wo die Räder am Ende eingesetzt werden
sollen: Im Hochgeschwindigkeits-bereich müssen kleinste innere Fehler mit einer
Prüfempfindlichkeit entsprechend einem Kreisscheibenreflektor von 1 mm Durchmesser
(KSR 1) detektiert werden. Darüber hinaus sollte die Maschine in der Lage sein, auch
unterschiedliche Radgrößen zuverlässig zu laden und zu prüfen.
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Expertenlösungen auf dem Prüfstand
Um
die
spezifischen
Entwicklungsvorgaben
umsetzen zu können, holte sich die NDT
Systems & Services GmbH & Co. KG bereits in
einem
frühen
Stadium
Technologiepartner
mit
an
kompetente
Bord.
Neben
Fraunhofer IZFP, das die Prüftechnik sowie die
dazugehörige
Software
entwickelte,
gehörte
dazu der Geschäftsbereich Origa von Parker
Präzise Antriebs- und Steuerungstechnik von Parker
Hannifin sorgt dafür, dass gleichbleibend
zuverlässige Prüfergebnisse erreicht werden können.
Hannifin, dem weltweit führenden Hersteller für
[Bilddatei: Parker Hannifin_AWGS_NDT_2.JPG]
produziert
Antriebs- und Steuerungstechnologie. Parker
und
vertreibt
pneumatisch
und
elektrisch angetriebene Komponenten und Systeme zur Lösung von Bewegungsaufgaben in
vielfältigen Branchen des Maschinenbaus und der Automatisierungstechnik; das Spektrum
der angebotenen Produkte reicht von Zylinderbaureihen über Steuerungskomponenten bis
zum Druckluftaufbereitungs-Systembaukasten. Da die Inspektion der Radkränze unter
Wasser stattfindet und auch bei der Prüfung der Radnaben permanent Wasser als
Koppelmedium für den Transport der Ultraschallwellen in den Stahl fließt, musste die
gesamte Antriebstechnik einer hohen Schutzklasse entsprechen (IP 54) – hier konnte Parker
mit seinen Produkten punkten. Parker tritt bei NDT aber nicht nur als Lieferant von
Linearantrieben, sondern als umfassender Lösungspartner auf, denn auch die Motoren und
Servo-Controller für die Anlage kommen vom Weltmarktführer.
Außendienstmitarbeiter Erich Metzinger von Parker Hannifin war seit Beginn der Planungen
in das Projekt mit eingebunden: „Die Zusammenarbeit war für uns aus vielerlei Gründen
spannend. Erstens ging es um die Neuentwicklung der Technologie, zweitens hatten wir hier
die Möglichkeit, unsere Kompetenz als Partner für Komplettlösungen unter Beweis zu
stellen.“
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Höchste Präzision für sensible Schwergewichte
Die reine Entwicklungszeit für die Anlage, die
Eisenbahnräder nach allen gängigen Normen
weltweit prüfen kann, betrug rund 6 Monate.
Dabei herausgekommen ist eine Maschine,
hinter
deren
unscheinbarer
Fassade
sich
modernste Ultraschalltechnologie verbirgt. Die
bis zu 1,2 t schweren Räder werden im
Minutentakt in die Haltevorrichtung von Parker
eingelegt. Über den federnd gelagerten Prüfkopf
Nachdem die Räder in die Haltevorrichtung eingelegt
worden sind, wird zuerst der korrekte Sitz kontrolliert,
dann wird das Rad für den eigentlichen Prüfvorgang in
das Wasserbecken eingetaucht.
[Bilddatei: Parker Hannifin_AWGS_NDT_3.JPG]
wird der korrekte Sitz des Rades kontrolliert,
bevor es in das Wasserbecken der Anlage
eingetaucht
wird;
so
ist
eine
perfekte
Positionierung auch bei unterschiedlichen Radgrößen gewährleistet. Bis zu 1.000
unterschiedliche Radgeometrien können über das System vorgegeben werden. Die
Wassertemperatur ist variabel und kann im Bereich zwischen 10 und 35 Grad liegen. Der im
Wasser integrierte Fühler meldet die Temperatur an das System, das darauf basierend die
Geschwindigkeit des Ultraschalls berechnet und die Werte entsprechend anpasst.
Phased Arrays als Beschleuniger
Die eigentliche Innovation findet sich ebenfalls
im Wasserbecken: Für die Radkranzprüfung
brachte die NDT Systems & Services GmbH &
Co. KG erstmals die Gruppenstrahlertechnik
(Phased Array Technik) zum Einsatz, die es
ermöglicht, die gesamte Prüfung während nur
einer
Radumdrehung
durchzuführen.
Die
Phased Arrays sind in einem Abstand von
Parker Hannifin installierte die Antriebstechnik mit
elektrischen Linearantrieben auf insgesamt 6 Achsen.
[Bilddatei: Parker Hannifin_AWGS_NDT_4.JPG]
jeweils 4 Zentimetern angebracht, insgesamt
sind 128 Prüfelemente pro Array integriert. Die
Inspektion der Radnabe erfolgt ebenfalls über
ein Array von Ultraschallprüfköpfen, das die Nabe beidseitig abtastet (bei einer bereits
konzipierten Offline-Anlage, die zusätzlich die Prüfung der kompletten Radscheibe zur
Aufgabe hat, wird mit sogenannten Squirtern gearbeitet, die über Prüfroboter positioniert
werden – dabei erfolgt die Einleitung des Ultraschalls in die Radscheibe über einen
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laminaren Wasserstrahl) Bei der Online-Anlage zur Kontrolle von Radkranz und Radnabe
dauert die Prüfung des Rohlings 30 Sekunden, inklusive Anstellung und Lösen des Rades
lediglich eine Minute – damit wurden auch dank der Technologie von Parker die
Maximalanforderungen des Kunden an Schnelligkeit optimal umgesetzt. Denn die
Antriebstechnik mit elektrischen Linearantrieben auf insgesamt 6 Achsen stammt von der
marktführenden
Unternehmensgruppe.
Das
verwendete
System
Origa
OSP-E
mit
Spindelantrieb zeichnet sich durch eine kompakte Aluminium-Rollenführung für hohe
Belastungen und Geschwindigkeiten bei kleineren Baugrößen aus. Die Linearantriebe fahren
die Sensoren, mit deren Hilfe die Qualität der Räder geprüft wird, präzise an die
gewünschten Positionen; der Prüfkopf wird mit einer Wiederholgenauigkeit von 0,5 mm
positioniert. Gesteuert wird die Anlage über Profibus.
Zahlreiche Vorteile
Nach der Entwicklung wurde die Anlage bei NDT umfangreichen Tests unterzogen, bei dem
sowohl die mechanischen Komponenten als auch die Software auf Herz und Nieren geprüft
wurde. Vom Kunden in China wurden dafür drei Testräder in verschiedenen Größen zur
Verfügung gestellt, deren Referenzreflektoren (Testfehler) manuell eingebracht und sorgfältig
dokumentiert waren. Das Ziel der Testreihe war es, diese Unregelmäßigkeiten jedes Mal
innerhalb des vorgegebenen Zeitrahmens zu identifizieren ein Ziel, das mit Bravour erreicht wurde. Nach den Tests
erfolgte eine Fernabnahme durch den Kunden; zurzeit wird
die Anlage in China montiert und eingerichtet. „Mit dieser
Entwicklung haben wir im Bereich Radsatzprüfung einen
großen Schritt nach vorne gemacht“, so Andreas Sauter,
verantwortlicher Projektleiter bei NDT. „Vorher wurden viele
dieser Prüfungen manuell oder mit anderen Technologien
durchgeführt. Durch diese Lösung reduziert sich der
mechanische Aufwand ganz erheblich, außerdem erfolgt
eine sehr viel zuverlässigere Qualitätssicherung. Hier
haben wir als Team wirklich gute Arbeit geleistet. Ohne die
Bei der Online-Anlage zur Kontrolle
von Radkranz und Radnabe dauert
die Prüfung des Rohlings 30
Sekunden, inklusive Anstellung und
Lösen des Rades lediglich eine
Minute.
Zusammenarbeit mit unseren Partnern wie Parker wäre uns
das nicht gelungen.“
[Bilddatei: Parker Hannifin_AWGS_NDT_5.JPG]
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[Infokasten]
Mehrachs-Systemlösungen von Parker Hannifin
Das modular aufgebaute elektrische Linearantriebssystem ORIGA SYSTEM PLUS und die
auf individuelle Anforderungen zugeschnittenen Befestigungselemente sind flexible
Systemlösungen und bieten eine große Auswahl an Getrieben, Motoren und Zubehör, die
kundenspezifische Lösungen aus einer Hand ermöglichen. Linearantriebe mit
Kugelgewindespindeln sind dabei die beste Lösung für präzises Positionieren und
verfügen über hervorragende Gleit- und Laufeigenschaften auch bei hohen
Geschwindigkeiten. Trapezgewindespindel bieten vor allem hohe Aktionskräfte,
selbsthemmende Eigenschaften und hohe Laufruhe.
Mehr Informationen zu den Produkten von Parker Hannfins Geschäftsbereich Origa unter
www.parker-origa.com
[Infokasten]
Messdatenmanagement
Die Datenhaltung erfolgt auf einem lokalen RAID1-Festplattensystem, die Archivierung der
Daten über eine Ethernet-Schnittstelle zum gesicherten Langzeitarchiv des Kunden. Zu
jedem einzelnen Prüfling wird ein Report erstellt und als PDF-Dokument abgelegt. Die
Visualisierung der aufgezeichneten Messdaten auf einem PC erfolgt über die OfflineVersion der Auswertesoftware.
[Infokasten]
Die NDT Systems & Services GmbH & Co. KG ist ein international tätiges Unternehmen,
das sich auf die Entwicklung und den Vertrieb modernster zerstörungsfreier Prüfsysteme
und Dienstleistungen für die Inspektion metallischer Werkstoffe in der Stahl- und
Pipelineindustrie spezialisiert hat. Als Weltmarktführer auf dem Gebiet der automatisierten
Prüfanlagen für Grobbleche bietet die NDT Systems & Services GmbH & Co. KG ihren
Kunden maßgeschneiderte stationäre Ultraschall-Prüfanlagen für die Prüfung von Grobund Dickblechen, Bändern und weiteren Vorprodukten für die Stahl-, Rohr- und
Bahnindustrie. Die Zentrale des im Jahr 2000 gegründeten Unternehmens mit weltweit
rund 500 Mitarbeitern befindet sich in Stutensee bei Karlsruhe.
Mit einem Jahresumsatz von über 13 Milliarden US-Dollar im Geschäftsjahr 2012 ist
Parker Hannifin der weltweit führende diversifizierte Hersteller von Antriebs- und
Steuerungstechnologien und -systemen. Das Unternehmen entwickelt und konstruiert
ausgereifte Lösungen für eine Reihe von mobilen, industriellen sowie Luft- und
Raumfahrtmärkten. Parker Hannifin beschäftigt rund 60.000 Mitarbeiter in 48 Ländern. Die
jährliche Dividende steigt kontinuierlich seit 56 Jahren – damit rangiert Parker Hannifin im
Standard & Poor's 500 Index unter den Top fünf Unternehmen mit den am längsten
anhaltenden Dividendensteigerungen. Weitere Informationen erhalten Sie im Internet unter
www.parker.com oder, für Investoren, unter www.phstock.com..
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Nachdem die Räder in die Haltevorrichtung eingelegt worden sind, wird zuerst der
korrekte Sitz kontrolliert, dann wird das Rad für den eigentlichen Prüfvorgang in das
Wasserbecken eingetaucht.
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Parker Hannifin installierte die Antriebstechnik mit elektrischen Linearantrieben auf
insgesamt 6 Achsen.
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ROCHUS BINDNER,
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Parker Hannifin Manufacturing GmbH & Co. KG
Pneumatic Division Europe - Origa
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