Integriertes Condition Monitoring für Sicherheitsklemmelemente
Vorausschauendes Wartungskonzept
Speziell für den Werkzeugmaschinen- und Anlagenbau stellt der Megatrend Digitalisierung eine große Herausforderung dar, bietet aber auch enorme Potenziale. Die umfassende Digitalisierung und die Nutzung künstlicher Intelligenz (KI) bietet zahlreiche Ansätze für eine vorausschauende Wartung von Maschinen und Anlagen (Predictive Maintenance). Zusammen mit zwei Projektpartnern stellt sich die Hema-Group aus Seligenstadt in einem Forschungsprojekt jetzt diesen Herausforderungen.

Die intensiven Kontrollen der Klemmsysteme im Rahmen von Qualitätssicherung und Wartung können aber immer nur den Zustand während des konkreten Prüfzeitpunktes abbilden. Untersuchungen haben gezeigt, dass ein Großteil der möglichen Fehlerbilder nicht plötzlich auftritt, sondern sich durch Veränderung messbarer Systemgrößen über einen längeren Zeitraum ankündigt. Das Projekt RotoGuard setzt genau an dieser Stelle an.

Die Funktion und die Wechselwirkungen des Sicherheitsklemmsystems sollen zukünftig durch eine integrierte intelligente Sensoreinheit überwacht werden. In Echtzeit gewonnene Messwerte und daraus abgeleitete Statusinformationen und Handlungsempfehlungen stehen dem Nutzer jederzeit zur Verfügung. Der erhebliche Mehrwert eines solchen Systems zur Zustandsüberwachung (Condition Monitoring) beschränkt sich dabei keinesfalls allein auf die Vermeidung von Havariefällen. Es erschließt auch Möglichkeiten, das umfangreiche Wissen über das Funktionsverhalten der Klemmsysteme an den Kunden weiterzugeben. So könnten in der Datenverarbeitung implementierte Algorithmen die Optimierung des dynamischen Zustellverhaltens oder die effektivere Nutzung der pneumatischen Klemmkrafterhöhung (Boost-Funktion) ermöglichen.

 Schematische Darstellung des Forschungsansatzes im Verbundvorhaben.
Schematische Darstellung des Forschungsansatzes im Verbundvorhaben.Bild: HEMA Maschinen- u. Apparateschutz GmbH

Essenzieller Schritt: Miniaturisierung der Sensorik

Auf dieses Gebiet hat sich Core Sensing aus Darmstadt spezialisiert und entwickelt miniaturisierte Sensoreinheiten zur Integration in mechanische Komponenten, um diese und die nachgelagerten Prozesse zu überwachen und Fehler frühzeitig zu erkennen. Dazu wird die benötigte Messkette inkl. Datenauswertung und -interpretation integriert und ins robuste Bauteilinnere gebracht.

Die bestehenden Lösungen sind jedoch bislang nur für rotierende mechanische Bauteile wie Antriebswellen ausgelegt und müssen für Klemmsysteme erheblich angepasst und deutlich miniaturisiert werden. Zudem erweitert sich die Zahl der zu betrachtenden physikalischen Messgrößen. Auch die Verarbeitung und Interpretation der gewonnenen Rohdaten bereits in der Komponente stellt eine technologische Herausforderung dar. Als wichtige Voraussetzung für eine spätere Umsetzung im industriellen Maßstab soll zudem in der finalen RotoGuard-Version bewusst auf Messverfahren verzichtet werden, die später eine aufwendige Implementierung und Kalibrierung erfordern.

Als Schnittstellen sind sowohl ein Gateway für die direkte Verbindung zur Prozesssteuerung als auch eine Cloud-Anbindung für die zentrale Überwachung des Maschinenparks vorgesehen.

Wichtige Zustandsgrößen erstmals untersuchen

Kern des gemeinsamen Projektes wird es sein, für die bislang rein mechanische Komponente der Sicherheitsklemmsysteme eine kompakte und weitgehend autarke Sensoreinheit zu entwickeln, um relevante Messgrößen zum Funktionsverhalten in Echtzeit aufnehmen und interpretieren zu können. Die Projektpartner wollen den Verbau der elektronischen Komponenten nebst Sensorik im Klemmsystem weitgehend ohne Änderung der äußeren Bauteilkontur ermöglichen, sodass ein Serieneinsatz ohne Änderungen der Maschinenkonstruktionen möglich wird. Zudem muss eine sichere Übertragung der aufgenommenen Daten und die Energieversorgung der Sensoreinheit gewährleistet werden.

Im Rahmen des Verbundprojektes werden dazu erstmals die primären Messgrößen wie Klemmmoment und -kraft unter Kompensation von Störgrößen hochgenau mit Messaufnehmern erfasst, digitalisiert und in Relation mit den aktuellen Zuständen des Klemmsystems gebracht. Im nächsten Schritt werden diese mit den sekundären Messgrößen Druck, Volumenstrom und Temperatur in Verbindung verglichen, um so deren Aussagekraft bzgl. des Systemverhaltens zu evaluieren.

Ziel ist eine Reduktion der benötigten Messgrößen, um den Systemzustand mit ausreichender Präzision für die weitere Verarbeitung zu erfassen. Ein praxistaugliches Condition Monitoring benötigt darüber hinaus die automatisierte Verarbeitung und Interpretation der Messdaten zu konkreten, nutzerrelevanten Informationen und standardisierte Schnittstellen. So können Funktionsprobleme oder -einschränkungen künftig bereits in Frühphasen ihrer Entstehung festgestellt und Abhilfemaßnahmen geplant und eingeleitet werden.

www.hema-group.com

klemmsysteme/rotoclamp

core-sensing.de

www.etit.tu-darmstadt.de

index.de.jsp

www.innovationsfoerderung-

hessen.de

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