De hydraulische pers als voorloper in machineveiligheid

Sinds jaar en dag staat de hydraulische pers bekend als één van de gevaarlijkste machines. De krachten zijn enorm en een beetje bekneld zitten, behoort niet tot de mogelijkheden. Het is dan ook niet raar dat veiligheid een centrale plek in de besturing in neemt. Met de manier waarop deze bij metaalbewerkingsbedrijf Van Halteren gerealiseerd is, kan menig machinebouwer zijn voordeel doen.

 “De dikstalen geleiderpennen waren tot twee keer toe helemaal krom”, illustreert Willem de Graaf, chef Gereedschap en Perstechniek, de krachten die er bij het persen vrijkomen, terwijl hij de machine toont. “Uiteindelijk bleek de opwaartse kracht van het onderste bed de boosdoener: deze was te klein. Zo zie je maar wat de gevolgen van een verkeerd ingestelde parameter kunnen zijn. Inmiddels is de besturing natuurlijk dusdanig aangepast dat dit niet meer kan gebeuren.”

De Graaf is al meer dan twintig jaar kind aan huis bij de firma van Halteren. Ooit begonnen als gereedschapmaker, is hij inmiddels de baas van de afdeling en bijbehorend machinepark. De afgelopen drie jaar heeft hij zich echter voornamelijk beziggehouden met de productie van loopwielen voor tanks, wat naast het produceren van diverse machine onderdelen, het bouwen van tanksimulatoren en de productie van diverse landsystemen als gevechtskoepels voor het Nederlandse leger, één van de specialiteiten van het bedrijf is.

Nieuw en revisie
“Loopwielen heb je in allerlei soorten en maten”, legt De Graaf uit. “Velen worden er uit plaatstaal, variërend van drie tot twaalf millimeter, geperst. Maar ook draaiwerk komt voor. Dit gebeurt met name wanneer de dikte van het staal niet overal gelijk is. In dat geval laten we smeedstukken binnenkomen. In totaal gaat het om duizenden aantallen per jaar, die in heel Europa geleverd worden. Naast nieuwbouw is het ook mogelijk oude loopwielen weer op te knappen. Dit doen we door ze weer in de juiste vorm en binnen de juiste toleranties te draaien, om op de loopwielen vervolgens middels vlamspuiten een nieuwe laag aan te brengen. Hoewel reparatie altijd de voordeligste optie is, kan dit maar drie keer worden uitgevoerd.”

De hydraulische pers
“In het geval dat een loopwiel geperst wordt, moet eerst het juiste stempel worden gemonteerd”, legt De Graaf de werking van de machine uit. “Deze bepaalt de vorm van het uiteindelijke loopwiel. Vervolgens is het belangrijk te weten welke plaatdikte er gebruikt moet worden en worden de tonnages, zowel de boven- als onderdruk, ingesteld. Deze laatste druk, ook wel kussendruk genoemd, is belangrijk voor de stabiliteit voor de pers en moet in de juiste verhouding tot voorgenoemde parameters staan. Wanneer de plaat vervolgens door een trekring wordt vastgehouden, dan komt de pers langzaam naar beneden en zakt deze over het stempel heen. Dit gebeurt in meerdere stappen, normaliter één tot vier trekken. Dit verschilt echter per type stempel en per plaat. Wanneer het in twee trekken gebeurt, noemen we het kralen. In totaal neemt elke trek 30 tot 35 seconden in beslag en met deze pers doen we dat met 1200 ton. Hiermee kunnen we zowel staal als aluminium tot twaalf millimeter dikte verwerken. Al met al is het proces dus niet zo ingewikkeld. De moeilijkheid zit hem vooral in het goed op elkaar afstemmen van de verschillende parameters.”

Veiligheid
Dennis Brouwer werkt inmiddels zo’n zes jaar bij Pilz. Begonnen in de technical support, heeft hij deze positie inmiddels ingeruild voor een rol als hardware engineer. “Het mag duidelijk zijn dat het grootste gevaar bij een pers hem zit in beknelling”, begint hij zijn uitleg over de nieuwe veilige besturing van de Van Halteren pers. “Daarom zijn er lichtschermen geplaatst, zodat het absoluut onmogelijk is dat de pers naar beneden komt zetten wanneer er iemand een plaat inlegt, er een loopwiel uithaalt, of per ongeluk te dicht in de buurt komt. Er wordt hierbij onderscheid gemaakt tussen twee veilige toestanden. De eerste is de operationele veilige toestand, waarbij bewerkingen gewoon veilig kunnen worden uitgevoerd. Komt de operator er met een plaat aan en gaat hij tussen de lichtschermen door, dan worden ventielen dusdanig geschakeld, dat de pomp van de pers gebypassed wordt en deze dus geen druk kan opbouwen. En zonder druk is er geen bewegende pers. Het systeem als zodanig blijft echter wel gewoon in een stand-by mode onder spanning staan. Heeft de operator vervolgens de plaat goed neergelegd, dan kan hij op de HMI de pers weer inschakelen en bouwt het systeem snel weer druk op. Een tweede veiligheidstoestand is het noodstopcircuit. Mochten er zich in het systeem dingen voordoen die gevaarlijk zijn, bijvoorbeeld een ventiel waarop de standmeting faalt, dan schakelt de pers volledig uit en is deze spanningsloos. Dit is natuurlijk een veel gebruikersvriendelijkere manier van werken. Je wil namelijk niet dat bij elke bewerking de gehele pomp aan- en uitschakelt, aangezien dit veel tijd en energie kost. Op de HMI van de pers kan de operator overigens, naast de ingestelde parameters en eventuele alarmmeldingen, via een stoplichtmodel precies zien in welke bedrijfsmodes de machine zich bevindt.”

Lessen
Volgens Brouwer zijn er veel meer machines of productielijnen die van een vergelijkbaar besturingsconcept kunnen profiteren. “Voor een veilige besturing van categorie 4 volgens EN 954 (dit wordt overigens EN ISO 13894), is het verplicht te allen tijde twee afschakelwegen te hebben. Deze redundante uitvoering moet zekerstellen dat in het geval van gevaar alle energie uit de machine wordt gehaald. Daarbij moeten beide afschakelwegen continu op goed functioneren gecontroleerd worden. Het is echter helemaal niet gezegd dat deze afschakelwegen ook dezelfde moeten zijn. In het geval dat de pers in zijn operationeel veilige mode het ventiel schakelt en daarmee de drukopbouw van de pomp verhindert, vindt er een controle plaats of deze schakeling daadwerkelijk heeft plaatsgevonden. En pas wanneer dit niet het geval is, doet de redundante kring zijn werk en schakelt de hele machine uit. Bij persen is dit al geruime tijd gemeengoed. Maar bij vele machines is dit nog niet het geval.” Op de vraag een voorbeeld te geven, noemt Brouwers een lopende band met verschillende kleine motoren. “Hetgeen we hier hydraulisch met ventielen doen, kan natuurlijk ook elektrisch. In het geval van de lopende band kun je er voor kiezen alles dubbel uit te voeren. Of je gaat voor een ontwerp waarbij elke motor slechts één relais heeft en het geheel wordt gekoppeld aan een hoofdrelais, dat pas schakelt en de gehele lijn stil legt op het moment dat één van de andere relais faalt. Niet alleen kunnen delen van de lijn hierdoor gewoon blijven draaien, mocht er op een bepaalde plek in de productie iets fout gaan, maar je bespaart ook nog eens een hele hoop relais!”