ENERGIESPAREN DURCH VIBRATIONSENTSPANNEN
Mit der Entspannung von Werkstücken durch Vibration können Unternehmen
mehrere Millionen Kilowatt kostbarer Energie einsparen, Zeit gewinnen, Geld
sparen und die Umwelt schonen. Verstärkt wird das Verfahren bei
Schweißkonstruktionen im Maschinen- und Anlagenbau eingesetzt.
Bislang erhitzt man Werkstücke glühend heiß: Diese Art der Entspannung
halten auch die Schweizer Hochschulen in ihren Lehrplänen nunmehr für
unökonomisch und unökologisch. Sie setzen in Forschung und Lehre wie
zahlreiche Ingenieursbüros in der Praxis auf die Entspannung des Materials
durch Vibration. Konstrukteure liefern ihre Zeichnungen mit der Vorgabe zum
Vibrieren und nicht zum Glühen, wenn es um die Entspannung von Werkstücken
geht.
Seit 2008 lanciert die renommierte Schweizer Firma WIAP AG Ltd SA aus
Safenwil leistungsfähige Metall-Entspannungsanlagen. Moderne PLC-Steuerungen
und die Beschleunigungsaufnehmer-Elektronik sind darin integriert.
Das Schweissen erzeugt Druck. Unter Schweiss-Temperaturen mit Gas bis zu
3.150 Grad Celsius verziehen sich die entstehenden Nähte an den Randzonen.
Im Ofen sind die Temperaturen niedriger. Der Schmelzpunkt des Stahls liegt
bei 1.600 Grad Celsius. Beim späteren Glühen zum Entspannen werden
Temperaturen von 750 Grad erzeugt, die spannungsarme Variante liegt bei 600
bis 650 Grad.
Immens können die Kosten für die Entspannung sein. Komplexe Anlagen werden
regelmässig über weite Strecken mit erheblichem logistischem Aufwand zu
leistungsfähigen Schweissöfen bewegt. Das belastet die Umwelt. Ein weiteres
Problem stellt das Aussterben der Glühereien dar. Denn die Anzahl der
Giessereien nimmt nicht nur in der Schweiz ab: In Giessereien werden die
Werkstücke hergestellt. Die Entspannung durch Vibration ist allein aus
strukturellen Gründen eine zukunftsweisende Alternative.
Mechanik macht dagegen nicht-elastische Körper schwingfähig. Gespannt setzt
man sie zumeist mittel- bis höherfrequenten, niederamplitudigen Schwingungen
aus. So entweicht Druck aus den Randzonen der Nähte. Die kostengünstigere
Entspannung der Werkstücke mit den Anlagen der Firma WIAP AG Ltd. SA erfolgt
also vor Ort. Die Fracht hingegen kann sich durch Erschütterungen beim
Rücktransport und durch Temperaturschwankungen wieder verändern. Die
Entspannung durch Vibration bedeutet Sicherheit.
Obwohl kleinere Werkstücke auf dem Rütteltisch bearbeitet und später
lediglich als Ganzes protokolliert werden können, wenden Kunden die
Vibrations-Entspannungstechnik vor allem bei grösseren Bauteilen an. Dies
gilt ebenso für rostfreie Konstruktionen.
Das Schweizer Unternehmen ist mit seinem Angebot seit 1981 auf dem Markt.
Terminus: „Vibration Stress Relief“. Geschäftsinhaber Hanspeter Widmer sagt:
„Durch die zunehmende Anzahl von Schweisskonstruktionen verfügen wir endlich
über eine kostengünstige und verlässliche Alternative.“ Er spricht
zudem von der Zeitersparnis für Unternehmen.
10 Tonnen schwere, zusammengefügte Metallteile können in 30 Minuten
entspannt sein. Um 2 Tonnen Erreger-Energie zu übertragen, wird ein Motor
mit dem Verbrauch von 1,1 Kilowatt eingesetzt. Geeignet ist das Gerät für
Werkstücke bis zu einem Gewicht von 20 Tonnen. Die Bezeichnung des Gerätes
lautet: „WIAP® LC 20-C, VDSF® Metallentspannungsanlage-Stufe 1-Simplex.“
Es bewährt sich seit 2008 in einem schwedischen Turbinenwerk mit
uneingeschränkt präzis positiven Rückmeldungen ins schweizerische Safenwil.
Hanspeter Widmer und seine Frau Iris haben für solche Erfolge jahrelang
kritisch und ständig Praxis-Erfahrung gesammelt. Beide sind übereinstimmend
davon überzeugt: „Dieses Geschäftsfeld ist ein ernst zu nehmender Konkurrent
zum herkömmlichen Glühen geworden.“ Recht geben ihnen Wissenschaft und
Ingenieurpraxis.
WIAP AG Ltd SA: Seit 2006 sind die drei erwachsenen Kinder der Familie
Widmer in deren innovativem Geschäftsfeld integriert. Sie partizipieren aus
eigener und der Erfahrung der Eltern in kleinen und großen Unternehmen der
gesamten Schweiz. Aus Kompetenz und Erfahrung lautet die Widmer-Maxime:
Konstruktionen, die schwerer sind als 100 Kilogramm, sollen ideal durch
Vibration entspannt werden.
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WIE WIRD EIN WERKSTÜCK ENTSPANNT?
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Das Werkstück wird auf 3 oder 4 WIAP Gummiunterlagen gestellt.
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Der Vibrator wird mit massiven Schraubzwingen verbunden. Bei kritischen
Teilen kommen Wellen mit Prismen und einem Aluminium-Schutz zwischen
Erreger und Werkstück zur Anwendung, um Spann-Eindrücke zu vermeiden.
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Die Messsonde wird durch eine Spannbride mit dem Werkstück verbunden.
Abhängig vom Gewicht des Werkstückes wird dann die notwendige Leistung
des Vibrationserregers eingestellt.
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Eine Ampere-Zahl ist vom Stück-Gewicht abhängig. Sie soll nicht
überschritten werden.
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Die Drehzahl wird binnen einer Minute mit dem stufenlos einstellbaren
Drehzahl-Erreger nach oben gedreht. Der geschulte Operateur wählt die
Stellen aus, an denen das Werkstück Eigenresonanz zeigt. Ist keine
Eigenresonanz erkennbar, wird der Exzenter, von 0 bis 100 Prozent
einstellbar, nach oben verstellt. Der Operateur notiert die Daten der
Beschleunigung, der Drehzahl und die Ampere-Stärke. Den über dem
Test-Ergebnis liegenden Drehzahlbereich wählt der Operateur
anschliessend fachkundig aus. Im Eigenresonanzbereich verweilt die
Erregerdrehzahl nur kurzzeitig.
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Das Werkstück vibriert 30 Minuten lang. Dieser Vorgang bedarf der
genauen Beobachtung, damit sich das Werkstück nicht in den wandelnden
Eigenresonanz-Bereich bewegt. Ist das nötig, verändert der Operateur die
Drehzahl.
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Ist die Entspannung durch Vibration abgeschlossen, wird der
Eigenresonanzbereich erneut untersucht. Erfasst werden Daten der
Beschleunigung, der Drehzahl und der Ampere-Stärke. Dadurch lassen sich
die Unterschiede zwischen dem vorher gespannten und später entspannten
Werkstück ermitteln. Oft ist die Fähigkeit zur Stromaufnahme bei einem
nicht entspannten Teil deutlich höher. Die Protokollierung erfolgt durch
drei Schreiberanschlüsse an der Maschine: für die Drehzahl, die
Beschleunigung, die Stromaufnahme.
Nach dem Vibrationsvorgang wird ein Protokoll für jedes Werkstück erstellt.
Damit
ist der erfolgreiche Spannungsabbau technisch nachgewiesen.
Es kann sinnvoll sein, ein geglühtes Werkstück zusätzlich durch Vibration zu
entspannen. Die Drehzahl im Eigenresonanz-Bereich verändert sich dabei
während des 30-minütigen Entspannungsvorgangs. Geglühte Werkstücke enthalten
weiterhin Spannung, von der sie durch den Vibrations-Vorgang befreit werden.
Betrachtet man den Zeitaufwand, können Werkstücke mit einem Gewicht bis zu
10 Tonnen in einer Stunde entspannt sein. Dieser Zeitraum umfasst den Auf-
und Abbau der Anlagen. Inzwischen könne, so heisst es, kaum eine Firma auf
dieses Verfahren verzichten.
Im schweizerischen Safenwil verfügt die Familie Widmer seit Jahren über das
Patent zum vibrationsdämmenden Verfahren. Patentschrift: DE 4230103 CH
684433. Gerade für den Maschinenbau ist das praxiserprobte Widmer-Know-how -VDSF®
- kostensparend und verlässlich. Transporte zum externen Glühen können
entfallen.
Die WIAP® LC 40 ist eine größere Entspannungs-Anlage für schwerere
Konstruktionen, eine kleinere befindet sich in der Planung und Konstruktion.
Die WIAP® LC 20 wird seit 2008 derzeit auf Vorrat produziert, um der grossen
Nachfrage gerecht zu werden.
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Wiap AG-Ltd-SA |
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Obersumpfstrasse 11 |
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CH - 5745 Safenwil |
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Telefon ++41 (0) 62 752 42 60 |
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Telefax ++ 41 (0) 62 752 48 61 |
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info@widmers.info |
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www.wiap.ch |
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