Forschungsprojekt Selsus: Schwachstellen und Verschleiß frühzeitig erkennen

Linearachse optimiert sich selbst und andere

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Die intelligente Zahnriemenachse in dem Prototyp überwacht ihren Zustand und ihre Leistung permanent selbst und analysiert den Verschleiß. Über eine Cloud-Anbindung kommuniziert sie mit einer Schweißeinheit. Bild: IEF-Werner
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Technologien aus dem EU-Forschungsprojekt Selsus helfen, Maschinenausfälle vorherzusagen. Eine intelligente Zahnriemenachse von IEF-Werner überwacht dabei nicht nur sich selbst, sondern kommuniziert via Cloud auch mit anderen Komponenten.

Unter Führung des Fraunhofer IPA arbeiten im Projekt Selsus (Health Monitoring and Life-Long Capability Management for Self-Sustaining Manufacturing Systems) Forscher und Industriepartner an Maschinen und Komponenten, die sich selbst überwachen, optimieren und damit die Produktion aufrecht erhalten. Mit intelligenter Software und Sensor-Netzwerken will man frühzeitig Schwachstellen und Verschleißerscheinungen erkennen und Ausfälle vorhersagen.

Selcomp genannte Einheiten sammeln, speichern und analysieren dabei Prozessdaten. Somit sind sie in der Lage, ihren eigenen Zustand und die eigene Leistung zu bewerten und den Grad ihrer Abnutzung zu erkennen. Doch wie lassen sich solche intelligenten Komponenten konstruieren? „Um das herauszufinden, haben wir aus einer Zahnriemenachse unsere eigene Selcomp entwickelt und diese in einem Demonstrator verbaut“, berichtet Ulrich Moser, Marketingleiter bei der IEF-Werner. Auf dem Gestell ist auch eine intelligente Schweißeinheit des Partners HWH integriert. Die HWH-Selcomp besteht aus Schweißsteuerung und Schweißzange – mit Sensoren für Temperatur-, Strom-, Spannungs- und Kraftmessungen.

„Die Daten zur Lebensdauer eines Maschinenbauteils sind meist nur Richtwerte, die im Lauf ihres Einsatzes stark variieren können“, erläutert Ulrich Moser. Bei der Linearachse kann es durch unterschiedliche Belastungen, wie schnelles Anfahren und Stoppen, zu abrasivem, adhäsivem oder zu Ermüdungsverschleiß kommen. Damit die Achse stets im optimalen Zustand fahren kann, galt es, die Stellen festzumachen, an denen Verschleiß auftritt.

Mit zusätzlich verbauten Sensoren konnte man kritische Stellen in den Motor- und Führungswagenlagern identifizieren. Nach umfangreichen Tests stellten die IEF-Techniker aber fest, dass sich die erforderlichen Informationen nicht nur mit weiteren Sensoren sammeln lassen: Einfacher und kosteneffizienter gelingt dies durch indirekte Bestimmung auf Basis bekannter Daten, wie z. B. dem Motorstrom.

Nun galt es, ein Modell zu entwickeln, das aus den permanent gesammelten Daten die praktische Lebensdauer der Zahnriemenachse berechnet. „Ein paar Algorithmen zu programmieren, genügte hier nicht“, betont Moser. Daher hat man sich mit dem dänischen Spezialisten für Bayes‘sche Netze Hugin Expert zusammen getan, um mathematische Verfahren zu implementieren, die die Wahrscheinlichkeit berechnen, mit der ein bestimmtes Ereignis eintreten wird.

„Die Werte, die unser Selcomp mit diesem Modell errechnet, stimmen mit einer Genauigkeit von plus/minus zehn Prozent“, freut sich Moser. Ist diese Technologie in die Zahnriemenachse integriert, zeigt das Display an der Steuerung dem Anwender die Lebenszeit der Komponente an und schlägt den nächsten Wartungstermin vor.

Aber man ging sogar noch einen Schritt weiter: Die intelligente Zahnriemenachse soll nicht nur auf ihren eigenen Zustand reagieren, sondern auch auf die externe Schweißeinheit und dann Steuerparameter so anpassen, dass die Produktion hinsichtlich Wirtschaftlichkeit am optimalen Punkt agiert.

„Überhitzt die Schweißkopfelektrode, lässt die Qualität des Prozesses deutlich nach und sie kann sogar beschädigt werden“, nennt Moser ein Beispiel. Sie braucht Zeit, um abzukühlen. Kommuniziert die Zahnriemenachse nun aber mit der Schweiß-Steuerung, kann sie schon bei leicht erhöhter Temperatur der Elektrode in einen entschleunigten Modus wechseln. Es kommt zu keiner Überhitzung, beide Komponenten nutzen sich deutlich langsamer ab. Die Selcomps optimieren damit eigenständig ihren Betrieb.

Noch befinde man sich damit zwar im Prototypenbau, so Ulrich Moser. „Unser Ziel ist es aber, diese zukunftsweisende Lösung optional für alle unsere Linearachsen anzubieten.“

IEF-Werner GmbH

www.ief-werner.de


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