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Industrielle Automation 3/2016

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Industrielle Automation 3/2016

SENSOR+TEST

SENSOR+TEST 2016 Maschinen-Defizite in Windeseile aufspüren Miniatur-Datenlogger erfassen „Schwingungs-Fingerabdrücke“ aller Art Ausfallzeiten „im Feld“ oder Produktions- Stillstände zu vermeiden. Das Erfassen charakteristischer Schwingungs-Parameter an allen bewegten Maschinenelementen und Antriebssystemen ist letztlich heutzutage ein absolutes Muss. Die charakteristischen Schwingungsbzw. Vibrations- oder Stoß-Parameter werden idealerweise ohne relevante mechanische Zusatzbelastung erfasst. Das bedeutet, dass der Sensor bzw. das die mechanischen Parameter aufzeichnende und speichernde Element sehr klein und leicht sein sollte, um eine Verfälschung der erfassten Schwingungs-Parameter (sogenannte Artefakte) zu vermeiden. Gleichermaßen bedeutsam ist aber auch eine entsprechende Auswerte- Software, die rasch und übersichtlich die gewünschten Fehlerdiagnosen liefert und so die Grundlage für eine präzise und zeitgerechte Korrektur von Problemen darstellt. Uwe Seifert Fertigungs-, Bearbeitungs- oder Transport-Maschinen nutzen eine aufwändig geregelte Antriebstechnik, um Linear-Bewegungen in drei Raumachsen beziehungsweise Rotations-Bewegungen präzise und mit hohem Wirkungsgrad zu erzeugen. Die entstehenden, charakteristischen Schwingungsoder Vibrationsmuster lassen sich nutzen, um die gesamte Antriebstechnik zu überwachen und zu optimieren. Miniatur- Datenlogger leisten dabei eine wesentliche Hilfestellung. Uwe Seifert, Entwicklungsleiter bei der MSR Electronics GmbH in Seuzach, Schweiz Seit langer Zeit versucht man schon, auf zeitsparende, kostengünstige und einfach anzuwendende Art die charakteristischen Schwingungs-, Stoß- und Vibrations- Parameter von Maschinen und Antrieben aller Art zu erfassen, zu speichern und auszuwerten. Dies hilft dabei, den Wirkungsgrad der mechanischen Antriebsstränge zu optimieren und geeignete Soll- bzw. Mittelwerte für diese Parameter festzulegen. Dies dient einerseits der Qualitäts-Dokumentation und der Darstellung der Leistungs- Parameter, andererseits lassen sich bei Abweichungen von als „gut“ bekannten Vibrations- und Schwingungsmustern auch anbahnende Schäden frühzeitig erkennen. „Schwingungs-Fingerabdrücke“ sicherstellen Ein derartiger „mechanischer Schwingungs-Fingerabdruck“ dient als idealer Vergleichswert in einem sich anbahnenden Fehlerfall, wenn z. B. ein Kugellager in einem Getriebe fehlerhaft ist und dadurch zu einer Abweichung der normalen Schwingungs-Amplituden oder -Frequenzen führt. Das Erfassen mechanischer Fehler über charakteristische Schwingungsmuster trägt – in einem möglichst frühen Stadium realisiert – in jedem Fall dazu bei, teure Mini-Datenlogger als Langzeit-Messlabor Seit längerer Zeit haben sich in vielen Anwendungsbereichen der Automatisierungsund Maschinenbau-Branche sowie in der Elektrotechnik, in der Transport-, Automobil- und Fahrzeugindustrie oder in der Luft- und Raumfahrt-Branche in diesem Zusammenhang die Miniatur-Datenlogger MSR165 der Seuzacher Technologiefirma MSR Electronics bewährt. Auf Anwendungen in der Schwingungs-, Stoß- und Vibrations-Erfassung ist dabei der gerade einmal daumengroße Logger spezialisiert. Sein Sensorik-Kernelement ist ein hochauflösendes 3-Achsen-Digital-Accelerometer. Mit diesem und der nachgeschalteten Auswerteelektronik ist der Datenlogger in der Lage, bis zu fünf Jahre lang 1 600 Stoß- und Vibrations-Messungen pro Sekunde in allen drei Raum-Achsen (x, y, z) durchzuführen. Parallel dazu lassen sich Temperatur, Feuchte, Druck und Lichtstärke messen und aufzeichnen. Die Speicherkapazität dieses kleinen Sensor- und Aufzeichnungsmoduls liegt bei entsprechender Ausrüstung mit einer Speicherkarte bei über 1 Milliarde Messwerten. Die Auswertung erfolgt an einem PC mit einer leicht zu bedienenden, aber detaillierte Analysen liefernden Software. Um die optimale Nutzung von teuren Produktionsmaschinen sicherzustellen, 24 INDUSTRIELLE AUTOMATION 3/2016

a m können mit dem Datenlogger bspw. Vibrationen von Servo-Achsen überwacht oder Schwingungen an einem Werkzeugrevolver einer Fertigungsmaschine gemessen werden. Durch diese Aufzeichnungen kann der Anwender Rückschlüsse darüber gewinnen, ob ein Werkzeug defekt ist, eine Maschine überlastet wird, der Antrieb nicht optimal läuft, ein Service nötig ist oder ob sich Schwingungen auf andere Maschinenelemente übertragen. Letzteres ist z. B. für industrielle Werkzeuge von höchster Relevanz, denn durch das Eliminieren von Vibrationen aller Art lässt sich die Standzeit erhöhen. Mit seinen Sensorik-Elementen ausgestattet, ist dieser Logger in der Lage, in den drei Raumachsen Schockbelastungen bzw. Vibrationen von ± 15 g zu erfassen, verfügbar ist aber auch ein erweiterter Messbereich von ± 200 g (g = Erdbeschleunigung 9,81 m/s2). Letztgenannter Messbereich ist immer dann von Nutzen, wenn es darum geht, Belastungen aufzuzeichnen, in denen plötzlich sehr große Kräfte auftreten. Auch die charakteristischen „guten“ Schwingungsmuster lassen sich aufzeichnen und zum Vergleich im Fehlerfall heranziehen. Die Datenaufzeichnung des digitalen 3-Achsen-Beschleunigungssensors beginnt wahlweise dann, wenn ein Beschleunigungs-Schwellwert überschritten wird oder zu einem vom Anwender bestimmten Zeitpunkt. Bereits vor dem Schockereignis werden 32 Messdatensätze aufgezeichnet, damit bei einer g-Analyse auch die Vorgeschichte des Schocks betrachtet werden kann. Der Anwender weiß also nicht nur, dass ein harter Stoß erfolgte, sondern er erkennt auch den genauen Verlauf und die Ursache dieser mechanischen Schad-Einwirkung. Monatelang Daten aufzeichnen Der autark im Langzeit-Betrieb arbeitende Datenlogger weist durch den leistungsfähigen 3-Achsen-Beschleunigungssensor (150 Mikroampere Stromaufnahme, 13 bit Messwert-Auflösung) einen sehr geringen Stromverbrauch auf. Durch den wieder aufladbaren Lithium- Polymer-Akku mit 900 mAh Kapazität lassen sich standardmäßig bereits bis zu sechs Monate Schocküberwachungen durchführen. Um die Nachfrage nach einer noch längeren Aufzeichnungsdauer zu befriedigen, bietet das Unternehmen zusätzlich zwei Optionen zur Langzeit-Stromversorgung des Datenloggers an: Für eine längere Aufzeichnungsdauer lässt sich der Logger mit wechselbaren Batterien (3.6 V, 2 × 7 700 mAh, Li-SOCl2) ausstatten. Untergebracht sind die Batterien in einem industrietauglichen, wasserdichten Aluminiumgehäuse. Eine andere Möglichkeit, die Aufzeichnungsdauer bis zu sechs Mal zu verlängern, besteht darin, das MSR Powerpack einzusetzen. Dabei handelt es sich um eine autonome Ladestation mit einer Kapazität von 5 000 mAh, welche den internen Akku des Datenloggers während des Betriebs nachladen kann. Das Lade-Intervall des Gerätes ist individuell einstellbar: 24 Stunden, sieben Tage oder 30 Tage. Qualität und Zuverlässigkeit steigern Durch gezielten Einsatz von Miniatur-Datenloggern lassen sich in allen Bereichen der Maschinenbau-Branche alle Arten von Schwingungsmustern oder Vibrationen bzw. Schockbelastungen ohne Artefakt-Wirkung erkennen und aufzeichnen. Eine Auswertung der aufgezeichneten Parameter lässt dann auf rasche und kostengünstige Weise die Fehlerdiagnose und daraus folgend eine mechanische oder elektromechanische Optimierung zu. Letztlich lassen sich erhebliche Zeit- und Kostenvorteile und nicht zuletzt Pluspunkte bezüglich Qualität und Zuverlässigkeit von Maschinen und Antrieben aller Art erzielen. www.msr.ch Kompetenz in der Sensorik Pewatron AG Zürich, München Gassensoren Kit-Drehgeber Drucksensoren Kreisel/IMUs Neuer Produkt Finder: pewatron.com Beschleunigungssensoren Winkelsensoren Besuchen Sie uns SENSOR+TEST Halle 1 • Stand 333 Click+buy pewatron.com Mit dem Datenlogger können Schwingungen am Werkzeugrevolver einer Fertigungsmaschine exakt und schnell gemessen werden Kontaktieren Sie uns: Fon +41 44 877 35 00 Fon +49 89 260 38 47 sales@pewatron.com