Die Gießereiindustrie verlangt ausgefeilter Sensorik hinsichtlich Robustheit und Zuverlässigkeit viel ab. Wenn naheliegende Lösungen versagen, weil sie den spezifischen Anforderungen einer Applikation nicht gewachsen sind, sind Spezialisten gefragt. Georg Fischer Automobilguß GmbH in Singen gehört zur weltweit agierenden Division GF Automotive und hat sich als namhafte Sandgießerei im Bereich Sphäroguss positioniert. Das Werk in Singen stellt Gussteile für Fahrwerke, Antriebe und Rahmen von Lkw und Pkw her. Die Wertschöpfungskette umfasst auch die Bereiche Bearbeitung und Beschichtung. Die Gießereien von GF Automotive gelten als Vorreiter, was den Einsatz von Managementsystemen in der Qualitätssicherung und im Umweltschutz betrifft. Ein Bestandteil dieser Strategie ist ein effizientes Recycling der Abfallprodukte, die bei der Fertigung entstehen.

Wertvolle Rohstoffe unmittelbar in die Produktion zurückführen
Eigens hierfür wurde bei Georg Fischer Automobilguß eine spezielle Sammelstelle eingerichtet, an der ein Förderband mit Kreislaufmaterial befüllt wird. Das Band führt dieses über einen Schacht unterhalb der Sammelstelle einem Container zu, der über ein Shuttle-System verfährt; somit kann der wertvolle Rohstoff nach dem Einschmelzen unmittelbar wieder den Produktionsprozessen zugeführt werden.

Zeit ist Geld, auch beim Recycling
Das Förderband an der Sammelstelle ist auf Wiegezellen gelagert, wobei eine SPS die gleichmäßige Befüllung des Containers mit Metallteilen verschiedenster Größe und unterschiedlichstem Gewicht steuert. Die Befüllung des Wiegebandes war bislang jedoch nicht möglich, wenn sich kein Container an der hierfür vorgesehenen Position unterhalb des Schachts befand, da sonst nicht sichergestellt werden konnte, dass kein Guss während des Verwiegungsprozesses auf den Fahrweg des Transferwagens fällt.
Zeit ist Geld, diese simple Formel spielt auch im Hinblick auf die Taktzeiten beim Recycling eine entscheidende Rolle. Daher sollte das Förderband selbst dann mit Metallschrott befüllt werden, wenn sich der Container nicht unterhalb des Schachts befand.

Inhomogene Oberflächen und starke Verschmutzungen
Auf der Suche nach einer gleichermaßen robusten wie intelligenten Sensorlösung, die eine Befüllung des Wiegebandes auch ohne Container in Füllposition ermöglichte, fasste man seitens Georg Fischer Automobilguß verschiedenste Lösungsansätze ins Auge. Die größten Hürden hierbei: Die Kreislaufmaterialien verfügten über ein sehr inhomogenes Gefüge bzw. sehr unterschiedliche Oberflächen und Größen, was die zuverlässige und somit stets reproduzierbare Identifizierung der Metallteile nicht einfach machte. Für eine sichere Erkennung der Teile erschwerend hinzukam, dass der Bereich, in dem das Förderband überwacht werden sollte, durch starken Staub einer hohen Verschmutzung unterlag.

An den Anforderungen gescheitert
Die zunächst anvisierten Lösungen mit optischen Systemen scheiterten an den hohen Anforderungen – sprich: massive Verschmutzung sorgte regelmäßig für ein vorzeitiges Aus. Auch Versuche mit Ultraschalllösungen schlugen fehl, denn diese waren nicht in der Lage, die Schrottteile aufgrund ihrer inhomogenen Oberflächen sicher zu detektieren. Auch ein Radarsystem versagte aus denselben Gründen seinen Dienst. Ausweg: Ein System aus einer Metalldetektorspule und einem intelligenten Verstärker, sowie ein kompetenter Partner, der sich der Herausforderung stellte, eine derartige Lösung unter schwierigsten Umgebungsbedingungen zu implementieren.

Metalldetektorsystem mit intelligenter Auswertung
In der ipf electronic fand die Georg Fischer Automobilguß ein Team motivierter Ingenieure und Techniker, die sich der ambitionierten Aufgabe stellten. Das Metalldetektorsystem von ipf electronic ist für die Erfassung kleinster Teile ausgelegt. In Verbindung mit einer Empfindlichkeitseinstellung spricht dieses System bei höchster Empfindlichkeit zuverlässig auf kleine Teile wie beispielsweise Nägel oder Muttern an.
Die Detektorspule ist mit PVC-Säulen auf einer Aluminiumgrundplatte montiert, die gegen elektromagnetische Störungen der Unterbaukonstruktion abschirmt. Dieses Konzept gewährleistet außerdem eine sehr stabile Montage, wie sie in der Gießerei-Applikation notwendig ist. Über ein Spezialkabel, das sich im Bedarfsfall auf bis zu 50 Meter verlängern lässt, ist die Detektorspule mit der Auswerteeinheit verbunden.Eine Aufgabe des Auswertegerätes ist es, die von der Metalldetektorspule abgegebenen Signale zu verarbeiten und in einen elektronischen Impuls umzuwandeln. Sobald ein Metallteil die Detektorspule passiert, wird das von der Spule erzeugte elektromagnetische Feld gestört, was zu einem auswertbaren Signal führt. 

Großräumige Detektion des Wiegebandes
Vorzugsweise werden die Detektorspulen unterhalb von Transportbändern angeordnet, um deren mechanische Beschädigung zu verhindern. Dies ist auch in Singen der Fall, wobei sich der 950 mm breite Metalldetektor in einem Abstand von 200 mm zum Wiegeband zwischen zwei Förderrollen aus Metall befindet. Auf diese Weise kann der Detektor einen Großteil des Wiegebandes sicher detektieren. Die Förderrollen selbst stören die Signalerfassung dabei nicht, denn das Auswertegerät verfügt über eine automatische Anpassungsregelung. Seine sichere Funktionsweise ist damit auch dann gewährleistet, wenn sich in der Nähe der Detektorspule potenziell störende Metallteile befinden. Diese Regelung bewirkt zudem, dass ausschließlich bewegte Metallteile erfasst werden.

Sichere Erkennung selbst kleiner Teile
Die Empfindlichkeit des Metalldetektors wird über einen Regler eingestellt. Damit lässt sich das System bei Georg Fischer Automobilguß selbst im Hinblick auf die äußerst inhomogenen Oberflächen und Größen der zu erkennenden Teile auch bei einer Entfernung der Detektorspule zum Förderband von 200 mm sehr genau kalibrieren. Derzeit erkennt das System in Singen Metallteile mit einem Gewicht von nur 200 Gramm sicher.

Effizienteres Recycling durch kürzere Taktzeiten
Aufgrund der Lösung ist man nun bei Georg Fischer Automobilguß in der Lage, das Wiegeband in der Sammelstelle für das Kreislaufmaterial der Gießerei auch dann zu befüllen, wenn sich der Container nicht an seiner Position unterhalb des Schachts befindet. Sobald sich das Kreislaufmaterial während des Verwiegungsprozesses dem Abwurfschacht nähert (circa zwei Meter vor dem Schacht), wird von der Detektorspule ein Signal ausgegeben, das den Wiegeprozess stoppt und ein unkontrolliertes Herabfallen der Gussteile in den Abwurfschacht verhindert. Durch dieses Verfahren konnten die Taktzeiten an der Sammelstation im Hinblick auf ein noch effizienteres Recycling des Kreislaufmaterials erhöht werden. Eine schnellere Rückführung von wertvollem Rohstoff in die Produktionsprozesse wurde somit realisierbar.