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Industrielle Automation 6/2015

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Industrielle Automation 6/2015

SENSORIK UND MESSTECHNIK

SENSORIK UND MESSTECHNIK Ausfallzeiten und Stillstände vermeiden Präzise aufgespürt Miniatur-Datenlogger für schnelle Identifikation und Analyse von Maschinen-Problemen Gabriela Zumkehr Bei allen mechanischen Bewegungen in Fertigungs-, Bearbeitungs- oder Transport-Maschinen entstehen Schwingungs- und Vibrationsmuster. Diese können zur Überwachung und Optimierung der kompletten Antriebstechnik hinsichtlich mechanisch-elektrischer Parameter verwendet werden. Der Miniatur-Datenlogger eines Schweizer Unternehmens bietet dabei nicht nur Zeitersparnis, sondern auch eine umfassende Analyse am PC von Verlauf und Ursache schädlicher Einwirkungen. S eit langer Zeit versucht man, 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. Hilfreich ist das bei der Optimierung des Wirkungsgrads der mechanischen Antriebsstränge und bei der Festlegung geeigneter Soll- bzw. Mittelwerte für diese Parameter. Dies dient einerseits der Qualitäts-Dokumentation und der Darstellung der Leistungs-Parameter, andererseits las- sen sich bei Abweichungen von als „gut“ bekannten Vibrations- und Schwingungsmustern auch anbahnende Schäden frühzeitig erkennen. 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 Ausfallzeiten „im Feld“ oder Produktions-Stillstände zu vermeiden. Das Erfassen charakteristischer Schwingungs-Parameter an allen bewegten Maschinenelementen und Antriebssystemen ist letztlich heutzutage ein Muss. Die charakteristischen Schwingungs- beziehungsweise Vibrations- oder Stoß-Parameter werden idealerweise ohne relevante mechanische Zusatz-Belastung erfasst. Das bedeutet, dass der Sensor bzw. das Element, das die mechanischen Parameter aufzeichnet und speichert, sehr klein und leicht sein sollte, um eine Verfälschung der erfassten Schwingungs-Parameter (Artefakte) zu vermeiden. Gleichermaßen bedeutsam ist aber auch eine entsprechende Auswerte-Software, die rasch und übersichtlich Fehlerdiagnosen liefert und damit die Grundlage für eine präzise und zeitgerechte Korrektur von Problemen darstellt. Vibrationen überwachen und Schwingungen messen In vielen Anwendungsbereichen der Automatisierungs- und Maschinenbau-Branche sowie in der Elektrotechnik, der Transport-, Automobil- und Fahrzeugindustrie oder der Luft- und Raumfahrt-Branche haben sich 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 Gabriela Zumkehr ist Marketingleiterin bei der MSR Electronics GmbH im schweizerischen Seuzach 01 Beispiel für ein Auswerte-Diagramm, das am PC übersichtlich die Schwingungs-Parameter visualisiert 24 INDUSTRIELLE AUTOMATION 6/2015

SENSORIK UND MESSTECHNIK 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 des Sensor- und Aufzeichnungsmoduls liegt bei entsprechender Ausrüstung mit einer Speicherkarte bei über 1 Mrd. Messwerten. Die Auswertung erfolgt an einem PC mit einer leicht zu bedienenden, aber detaillierten Analysen-Software. Um die optimale Nutzung von teuren Produktionsmaschinen sicherzustellen, können mit dem Logger z. B. 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 beispielsweise für industrielle Werkzeuge von hoher Relevanz, denn durch das Eliminieren von Vibrationen aller Art lässt sich die Standzeit massiv erhöhen. Die Ursache von Schad- Einwirkungen identifizieren Mit seinen Sensorik-Elementen ausgestattet ist der 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/s 2 ). Letztgenannter Messbereich ist 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. Schocküberwachung über Monate hinweg Der autark im Langzeit-Betrieb arbeitende Datenlogger weist durch den leistungsfähigen 3-Achsen-Beschleunigungssensor (150 µA Stromaufnahme, 13 bit Messwert- Auflösung) einen 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 auch 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-SOCl 2 ) 02 Der Datenlogger ermöglicht Schwingungsmessungen an einem Werkzeugrevolver einer Fertigungsmaschine, um die optimale Nutzung von Produktionsmaschinen sicherzustellen ausstatten. Untergebracht sind die Batterien in einem industrietauglichen, wasserdichten Aluminiumgehäuse. Eine andere Möglichkeit, die Aufzeichnungsdauer des Loggers bis zu sechs Mal zu verlängern, besteht darin, das MSR Powerpack einzusetzen. Dabei handelt es sich um eine autonome Ladestation mit der 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 Std., 7 Tage oder 30 Tage. Mehr Infos gibt es über folgende Website. www.msr.ch iC-Haus.indd 1 14.10.2015 08:04:17 INDUSTRIELLE AUTOMATION 6/2015 25