Präzise Daten aus dem Antriebsstrang für eine vorausschauende Instandhaltung

Wie kann eine Zustandsüberwachung für eine vorausschauende Instandhaltung integriert werden und wie können Maschinenausfälle und Stillstandszeiten vermieden werden?! Es gibt einfache Lösungen, die auch für Nachrüstung geeignet sind.

Der Produktionsalltag hat sich in den letzten Jahren gewandelt und die Smart Factory hält Einzug in verschiedenen Produktionsbereichen. Viele Unternehmen scheuen dennoch Kosten und Aufwand für die Erfassung und Auswertung ihrer Maschinendaten. Dabei gibt es auch für Bestandsanlagen pragmatische Lösungen, die einfach nachgerüstet werden können und präzise Messdaten in Echtzeit liefern. Durch smarte Sensortechnik in Kupplungen können Messdaten wie Drehmoment und Drehzahl erfasst werden.

Datengrundlage schaffen

Die Basis für eine predictive maintenance Strategie ist eine umfassende Datengrundlage. Bei der Sammlung der Daten konnten in den letzten Jahren erhebliche Fortschritte erzielt werden. Es kommen immer kleiner, leistungsstärkere und leichter zu integrierende Sensoren zum Einsatz, welche die Maschinendatenerfassung erheblich verbessert haben.

Messdaten direkt aus dem Antriebsstrang gewinnen

Insbesondere im Bereich der Messdatenaufnahme in rotierenden Systemen konnten in den letzten Jahren Fortschritte erzielt werden. Die in den intelligenten Kupplungen von R+W integrierte Sensorik setzt dabei neue Maßstäbe. Dabei werden verschiedene Daten wie Drehmoment, Drehzahl, Axialkräfte, Beschleunigungen und Temperatur aufgenommen. Durch die Analyse dieser Daten können Rückschlüsse auf den Zustand des Systems gezogen werden.

Wie funktioniert das?

Die Messelektronik wird ohne externe Verkabelung in die Kupplung integriert. Daher werden keine Hilfskonstruktionen benötigt und der Bauraum bleibt gleich. Rechenoperationen und Auswertungen werden bereits auf der integrierten Messelektronik durchgeführt. Anschließend werden die Daten via Bluetooth low energy übertragen. Je nach Ausführung werden so Latenzzeiten von 1 bis 100 ms erreicht. Die Daten können entweder auf ein mobile Device oder auf ein Gateway übertragen werden. Dieses Gateway kann dann die Daten zur Weiterverarbeitung an einen PC oder in eine Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) übertragen. Die Stromversorgung der Messelektronik erfolgt entweder über eine Batterie mit Laufzeiten die von der Anzahl der Sensoren sowie Abtastraten abhängen oder über eine Induktionslösung für den Dauerbetrieb.

Beispiel: Erfassung des Drehmoments

Das Drehmoment wird mit Hilfe von Dehnungsmesstreifen ermittelt. Die Widerstandsänderung, die durch die Verformung unter Torsion auftritt, wird dann in ein Drehmoment übersetzt. Die relative Messunsicherheit der Drehmomentmessung beträgt weniger als 1%.

Messdaten nutzen für eine vorausschauende Instandhaltung

Durch die Verfügbarkeit von Zustandsdaten kann die re­aktive Instandhaltung nach dem Ausfall eines Bauteils und auch die präventive Wartung in festen Intervallen abgelöst werden. Die durch die integrierten Sensoren aufgenommenen Daten erlauben es Rückschlüsse auf Verschleiß und Lebensdauer der Komponenten zu ziehen die typischerweise dem Verschleiß unterliegen.

Messdaten nutzen, um den Betrieb von Anlagen und Maschinen zu optimieren

Ausgangspunkt ist zunächst die Ermittlung des Normal­betriebs. Mit Hilfe der kontinuierlich gemessenen Werte des Drehmoments, der Drehzahl und ggf. von Vibrationen können die Grundwerte als „Normalbetrieb“ festgelegt werden. Ist der Normalbetrieb definiert, zeigen die Messdaten künftig alle Abweichungen von diesen Grundwerten. Sie helfen, die Antriebe belastungsgerecht einzustellen, die Komponenten besser zu dimensionieren oder präzisere Taktungen und Dosierungen zu erreichen – der Betrieb wird optimiert.

Gegenüber dem Normalbe­trieb werden auch kurzzeitige und problematische Über­lastungen z. B. beim Hochlaufen eines Antriebs erkannt. So können durch ein stufenweises Anfahren Lager und Antrieb geschont und die Lebensdauer der Komponenten erhöht werden, um beispielsweise eine längere Gewähr­leistung zu ermöglichen.

Mit dem Mess­daten können bereits beim Test von Prototypen wichtige Bauteileigenschaften überprüft und angepasst werden. So lassen sich beispielsweise eine größere Bandbreite an Lastmomenten abdecken und vielseitigere Komponenten entwickeln.

Das sind nur drei von einigen weiteren Vorteilen, die mit Hilfe der integrierten Sensortechnik zu Anlagen- und Maschinenoptimierung beitragen.

Nachrüstung im Antrieb

Die Sensorik ist nachrüstbar und geeignet für Lamellenkupplungen, Gelenkwellen und Sicherheitskupplungen oder als einfacher starrer Flansch. Darüber hinaus ist der Einsatz der Sensorik prinzipiell in allen Antriebskomponenten und in jeder Applikation möglich.

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