Bei der Produktion von Kunststoffrohren wird Granulat oder Pulver in einem Extruder erhitzt und durch ein Werkzeug, den so genannten Rohrkopf, gedrückt und anschließend in einer Kalibrierhülse zentriert. Danach erfolgt eine kontrollierte Abkühlung der Rohre bei Unterdruck in einem Vakuumtank und nachgeschalteten Kühltanks.

Speziell bei großen Rohren erweist sich der Anfahrprozess als aufwendig und zeitintensiv. Schwierig ist vor allem die Zentrierung des Rohrkopfes. Die ungleichmäßigen Spalt- und Temperaturverteilungen im Werkzeug beeinflussen bei der Rohrproduktion das Fließverhalten der Schmelze und führen zu verschiedenen Wanddicken.

Bis das fertige Rohr vermessen und das Werkzeug zentriert werden kann, vergeht viel Zeit, da die Anlagen bis zu 60 Meter lang sind und die Liniengeschwindigkeit abhängig vom Rohrdurchmesser und Massedurchsatz nur wenige Meter pro Minute beträgt. Entsprechend hoch sind die durch den Anfahrprozess verursachten Kosten.

Das ECCO-Messverfahren von iNoex ermöglicht erstmals eine schnelle Zentrierung des Werkzeugs und reduziert so den Anlauf-Ausschuss, der speziell bei der Produktion großformatiger und dickwandiger Rohre hohe Kosten verursacht.

© iNoex

Während der laufenden Extrusion gab es bisher keine Möglichkeit, die Wanddicke der Rohre direkt im Vakuumtank zu messen. Erst nach dem Auslaufen aus der Kühlstrecke konnte das Rohr vermessen und gegebenenfalls eine Justage des Extrusionswerkzeugs vorgenommen werden.

Daraus resultierten in der Vergangenheit mitunter viel Ausschuss und lange Einrichtzeiten, da nicht immer sichergestellt ist, dass der Rohrkopf bereits beim zweiten Anlauf exakt eingestellt wird. Beides kann durch eine frühzeitig eingesetzte Zentrierhilfe vermieden werden, die bereits unmittelbar nach Produktionsstart Auskunft über die Wanddickenverteilung gibt - die Grundlage für eine zügige Rohrkopf-Zentrierung. Mit der ECCO-Zentrierhilfe der Firma iNoex steht nun ein Messgerät zur Verfügung, das bereits während der Rohrkalibrierung die Wanddickenverteilung misst.

Das geschieht mittels Ultraschallsensoren, die direkt auf der Kalibrierhülse befestigt sind. Die Messdaten werden zentral in einem Messdatenserver ausgewertet und auf einem 10-Zoll-Monitor angezeigt. Anhand der grafischen Darstellung der Wanddicken lassen sich zu dünne oder zu dicke Stellen exakt lokalisieren und durch manuelle Anpassungen am Werkzeug korrigieren. Damit ist das Rohr bereits nach wenigen Metern zentriert und wird unter den gewünschten exakten Bedingungen produziert.

Das schnelle Anfahren und die Vermeidung von Ausschuss führen zu einer deutlichen Kostenreduktion. Die Anschaffung der an jeder Kalibrierhülse nachrüstbaren Zentrierhilfe amortisiert sich dadurch schon nach wenigen Monaten. In Kombination mit der Kalibrierhülse des Herstellers lässt sich das System auch für Anpassungen des Außendurchmessers an unterschiedliche Druckklassen nutzen. Das Messverfahren eignet sich für Rohre aus Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) und Polyvinylchlorid (PVC) ab einem Rohrdurchmesser von 90 mm und Wanddicken zwischen 1,8 und 120 mm.

Java-Client visualisiert Kunststoff-Lava

Für das Human-Machine-Interface suchte iNoex einen robusten und kostengünstigen Client, der im industrietypisch staubigen Umfeld zuverlässig funktioniert. Um die Lesbarkeit auch bei etwas größeren Entfernungen zu gewährleisten, war eine Display-Diagonale von 10 Zoll gefordert. Darüber hinaus sollte das System Linux und Java unterstützen, da die Daten der Ultraschall-Sensoren grundsätzlich zentral auf einem separaten Messdaten-Server ausgewertet und gespeichert werden.

In der Standard-Version überträgt die Messeinheit die Daten via Ethernet an den Panel-PC von Kontron. Dessen Atom-CPU erreicht in Verbindung mit der Javaund Linux-basierten Software-Umgebung eine sehr gute Performance bei geringer Stromaufnahme. Im Vergleich zu ähnlich performanten Systemen früherer x86er- Generationen verringert sich die Verlustleistung erheblich.

Der Nano-Client der Firma Kontron fungiert als Thien-Client mit Linux und einer Java-VM (Virtual-Machine) als Basis für die Visualisierung.

© Kontron

Davon profitiert wiederum das Design der Systeme, welches ohne große Kühlkörper wesentlich flacher und kompakter ausfällt. Zudem ermöglicht die geringe Wärme-Entwicklung der Prozessortechnologie ein robustes, komplett geschlossenes Systemdesign in IP66. Auch sind die Prozessoren kostengünstiger als frühere Lösungen mit vergleichbarer Leistung.

In Summe bietet die Atom-Prozessortechnologie zahlreiche Verbesserungen für offene HMI-Lösungen auf Basis von x86er-Prozessortechnologien. Darüber hinaus haben sich viele Argumente, die bislang noch für den Einsatz von RISC-basierten HMI-Lösungen sprachen, nivelliert: x86-CPUs sind zunehmend ähnlich stromsparend und kostengünstig.

Da der Markt für IPCs der Prozessortechnologie um ein bis zwei Generationen hinterher hinkt, war das auf Mess-, Regel- und Verfahrenstechnik in der Kunststoffextrusion spezialisierte Unternehmen iNoex auf der Suche nach einem Lieferanten, der bereits kurz nach dem Launch der Atom-Prozessoren im Jahr 2008 erste Produkte vorgestellt und in eine breite Produktpalette implementiert hatte.

Das garantiert eine vergleichsweise frühe Designsicherheit und einen ausgereiften Software-Support. Beides konnte der Nano-Client von Kontron nachweisen. Dieses Touchpanel ist mit einem Atom- Z5xx-Prozessor mit bis 1,6 GHz Prozessortakt sowie dem System Controller Hub US15W und 1024 MByte RAM (gelötet) bestückt. Mit diesen Eckdaten kann der kompakte Panel-PC auch anspruchsvolle, webbasierte Visualisierungen betreiben.

Mit Gigabit-Ethernet und einem USB 2.0 bietet er alle für HMI- oder Terminal-Applikationen notwendigen Interfaces. Compact- Flash als Speichermedium vervollständigt die robuste Systemauslegung, die ohne bewegliche Teile eine hohe Schockund Vibrationssicherheit bietet - eine für den Einsatz an Extrusionswerkzeugen absolute Bedingung.

Die Stromversorgung mittels 24 V(DC) rundet das industriegerechte Set ab. Kontrons Nano-Client-Familie mit 15-Zoll-Monitoren ist seit März 2009 verfügbar, die 10-Zoll-Variante seit Ende 2009. Standardmäßig unterstützen die Panels Windows CE, XP Embedded und Embedded Linux, über die wiederum Protokolle und Schnittstellen wie http, XML und RDP (Remote Desktop Protocol) zur Verfügung stehen.

Komplett-PC als Display missbraucht?

Mit Einführung der Atom-CPUs als „Low-Budget"-Segment bei den x86- kompatiblen Prozessoren nimmt der Einsatz vollwertiger Panel-PCs zu, die fast ausschließlich Display-Funktionen übernehmen. Ein Grund liegt in der flexiblen und offenen Architektur, die es ermöglicht, solche Displays an beliebigen Stellen einer Anlage zu montieren, ohne auf die Kabellänge achten zu müssen. Zudem ist eine individuelle Auslegung der Schnittstellen am Display möglich.

Auch hinsichtlich Software-Verfügbarkeit stehen insbesondere im Bereich der Visualisierung stets die neuesten Technologien zur Verfügung. Wer folglich im Bereich Visualisierung höchste Ansprüche erfüllen und die neuesten Grafik-Features nutzen will, ist gut beraten, sein HMI auf Basis einer offenen x86-basierten Plattform zu implementieren. Bei iNoex kommen mit Linux und Java zudem Open-Source-Technologien zum Einsatz.

Mit Ethernet als Interface zwischen dem Messdaten-Server und dem Panel-PC als Bildschirm ist der Anwender bei dessen Implementierung flexibel, sowohl was den Montage-Ort betrifft als auch hinsichtlich einer generellen Nutzung: Bei Bedarf lässt sich die Visualisierung auf jedem Rechner mit Ethernet-Schnittstelle und Java- VM (Virtual Machine) aufrufen. Ein solch modularer Aufbau auf Basis offener und standardisierter Schnittstellen ist zukunftssicher und erhöht die Effizienz bei der Entwicklung weiterer Varianten.

Zudem wird die Langzeitverfügbarkeit einer Installation beim Kunden sichergestellt, da die Komponente „Visualisierung" über die Standard-Technologien Ethernet und Java jederzeit nachrüstbar ist, auch wenn das aktuelle HMI-System einmal abgekündigt werden sollte.

Autoren: Martin Deters ist Technischer Leiter bei der Firma iNoex in Bad Oeynhausen.

Ingrid Hildebrandt ist Product Marketing Managerin HMI bei Kontron in Eching.