Analyse-Software

Rührreibschweißen mit Echtzeit-Monitoring optimiert

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Präzise Vorhersagen und Echtzeit-Qualitätskontrolle: Maschinen- und Anlagenbauer Grenzebach optimiert seinen Rührreibschweiß-Prozess mit der Industrial-Analytics-Software von Weidmüller.

Horst Kalla
Referent Fachpresse, Weidmüller, Detmold

Mit seinen Rührreibschweißsystemen bietet Grenzebach ein Fügeverfahren zum Verbinden von technisch reinen Metallen, Legierungen und Mischverbindungen. Die Technologie eignet sich besonders für das Schweißen von Leichtmetallen wie etwa Aluminium und dessen Legierungen. Zur Realisierung eines Echtzeit-Monitoring-Systems beim Schweißvorgang sowie zur Kosten- und Ressourceneinsparung durch eine gezielte Wartung nutzt der Spezialist im Maschinen- und Anlagenbau die Industrial Analytics Software von Weidmüller. Grenzebach kann so proaktiv reagieren und sofort eine Aussage über die Qualität der erstellten Schweißnaht treffen.

Software erforscht Prozess

Für eine dynamische Prozessregelung ist der speziell entwickelte Schweißkopf mit Kraftsensoren ausgestattet, die die Verformung sowie die Zug- und Druckkräfte messen. Die von den Sensoren erzeugten Daten nutzt die Analytics-Software, um daraus das Verhalten des Reibstifts zu lernen.

In Zusammenarbeit mit den Grenzebach-Ingenieuren startete Weidmüller mit der Datenaufnahme. Datensätze von über 100 Schweißnähten wurden ermittelt, beurteilt sowie die relevanten Daten herausgefiltert und ausgewertet. Das Ergebnis wurde als Referenzdatensatz hinterlegt. Einen wesentlichen Bestandteil der Analysen bildet das Know-how von Grenzebach. Die Software kann Fehler zwar mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit vorhersagen – Voraussetzung hierfür ist jedoch stets, dass er zuvor klassifiziert worden ist. Nur Grenzebach kann bewerten, ob eine Anomalie tatsächlich als kritischer Fehler einzustufen ist.

Real-Time Qualitätskontrolle

Eine Qualitätskontrolle erfolgte beim Rührreibschweißen bisher optisch durch den Bediener im Anschluss an den Schweißprozess. Dabei steht das Schweißergebnis im direkten Zusammenhang mit dessen Know-how. Diese aufwändige und umständliche Kontrolle entfällt zukünftig durch die Industrial-Analytics-Lösung: „Unsere an die Anforderungen von Grenzebach angepasste Analytics-Software vergleicht die an den Sensoren erfassten Kräfte während des Schweißprozesses mit dem idealen Referenzdatensatz. Sobald ein Wert abweicht, erhält der Bediener einen Hinweis und weiß sofort, dass bei dieser Schweißnaht etwas nicht in Ordnung ist“, verdeutlicht der bei Weidmüller für das Projekt verantwortliche Data Scientist Daniel Kress. Das System arbeitet dabei so präzise, dass es die genaue Fehlstelle visuell mitteilt.

Die Software ermöglicht nicht nur die Qualität jeder Schweißnaht zu erfassen, sondern auch von jedem produzierten Teil – mit lückenloser Dokumentation. Das ermöglicht zudem eine vereinfachte haftungsrechtliche Absicherung, eine Rückverfolgbarkeit und Reproduzierbarkeit der Teile sowie die Erfüllung der gesetzlich geforderten Archivierung von relevanten Informationen. Gleichzeitig liefert die Software auch Hinweise, wann der für die Erzeugung der Wärme zuständige Reibstift an der Maschine auszufallen droht und ersetzt werden muss. Das ermöglicht eine effizientere Nutzung des Reibstifts, mit entsprechendem Kostenvorteil. Denn: Durch den Hinweis der Software kann der Maschinenbediener den Wechsel des Werkzeugs anpassen und beispielsweise zwischen zwei Schweißvorgänge oder einen Schichtwechsel legen, so dass die Ausfallzeit der Anlage auf ein Minimum reduziert wird. „Ein wichtiger Faktor, denn neben der Minimierung des Ausschusses, welcher durch einen Werkzeugbruch entstehen kann, ist gerade im Maschinen- und Anlagenbau die Verfügbarkeit der Maschine von großer Bedeutung und es wird viel unternommen, damit die Produktion so wenig und so kurz wie möglich unterbrochen wird“, erklärt Kress.

Neue Geschäftsmodelle

Mit Industrial Analytics erhält Grenzebach die Möglichkeit, verschiedene Geschäftsmodelle anzubieten: Entweder wird die Analytics Software zusammen mit der Maschine verkauft, dann übernimmt der Kunde das Monitoring der Anlage. Oder es werden nur Software-Lizenzen verkauft, so dass der Kunde keine Maschine erwerben muss, die Vorteile von Industrial Analytics aber nutzen kann.


Das Verfahren

Das Rührreibschweißen (Friction Stir Welding, FSW) ermöglicht robuste, verzugsarme Verbindungen ohne Schweißzusätze und Schutzgas, ebenso erfolgt der Prozess ohne Funkenflug, Rauch oder giftige Dämpfe. Die Verbindungen verfügen darüber hinaus über eine hohe Oberflächenqualität. Die benötigte Prozesswärme wird mit einem drehenden Werkzeug (Reibstift) durch Reibung und Druck an der Nahtstelle erzeugt. Das Metall verformt sich durch die eingebrachte Wärme und wird durch die Rotation entlang der Nahtstelle verrührt.

Bild: Grenzebach
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