Die digitale Vernetzung von Maschinen und Produkten macht es möglich, dass sich Zustandsdaten von Maschinenkomponenten laufend erfassen und mit weiteren Systemen kombinieren lassen. Mit Predictive Maintenance werden die Prozesse in der Produktion einfacher und sicherer, denn durch die permanente Beobachtung aller Maschinen und Komponenten sind Störungen erkennbar und der Verschleiß lässt sich prognostizieren, bevor es zu einem Stillstand kommt. Folglich können Maßnahmen zur Wartung und Instandhaltung betroffener Teile frühzeitig eingeleitet werden. Damit reduzieren sich gegenüber periodischen Wartungen teure Ausfallzeiten. Die vorausschauende Wartung ist daher ein wichtiges Element innerhalb der Industrie 4.0.

Auf der zurückliegenden Hannover Messe hat beispielsweise Igus unter dem Namen ‚isense‘ erstmals Sensoren und Überwachungsmodule vorgestellt, die in oder an den Kunststoffkomponenten der Energiekette installiert werden. Energieketten und die darin liegenden Leitungen versorgen Maschinen und Anlagen mit Energie und Daten. Fallen diese plötzlich aus, wäre ein Stillstand der Anlage die Folge. Ein unterbrochener Fertigungslauf kommt den Anlagenbauer teuer zu stehen. Verständlich, dass Betriebsleiter einem möglichen Ausfall gerne vorbeugen möchten.

Möglich ist dies künftig mit der Abrieb-Überwachung ‚isense EC.W(ear)‘: Ein im Öffnungssteg der Energiekette verbauter Sensor misst dabei fortlaufend den Zustand der gleitenden Kette während des Verfahrweges: Ist der Abrieb so weit fortgeschritten, dass das Ende der Lebensdauer der Kette naht, meldet sich der Sensor und löst ein Signal aus. Eine in unmittelbarer Nähe stehende Antennen-Einheit empfängt die Daten per Funk und leitet diese an ein Reader-Modul weiter. Dieses verarbeitet das Antennensignal und meldet es anschließend an die zentrale Kommunikationseinheit. Das sogenannte icom-Modul bereitet die Daten auf und leitet sie an das Anlagensystem weiter. Auf diese Weise kann der Anlagenbetreiber den Austausch des verschlissenen Teils rechtzeitig in seinen Wartungsablauf integrieren.
Bereits vor einigen Jahren hatte Igus erste Produkte für die vorausschauende Wartung eingeführt: Das Push-Pullforce-Detection-System PPDS und das Diagnosetool EMA zur Identifizierung eines Kettenglied-Bruchs. Seither wurden diese Komponenten sukzessive weiterentwickelt und nun in die neue isense-Familie integriert. Damit lässt sich jetzt die Einheit zur Abrieb-Überwachung (EC.W) mit weiteren Conditioning-Monitoring-Lösungen wie dem Bruchalarm (EC.B – vormals EMA) und der Zug- und Schubkraftüberwachung (EC.P – vormals PPDS) kombinieren.

Im Falle der Zug-/Schubkraftüberwachung wird im Anschlusselement der Energiekette eine Wägezelle installiert, welche die Verschiebekräfte kontrolliert. Bei Verfahrwegen von über 100 Metern ist der Kraftsensor im sogenannten schwimmenden Mitnehmer angebracht, der seitliche Toleranzen auf der Mitnehmerfahrt ausgleicht: Blockiert ein Fremdkörper – beispielsweise ein in den Verfahrbereich der Kette gefallenes Werkzeug – die Bewegung, steigen die Verschiebekräfte an. Ab einem definierten Schwellenwert gibt der Sensor – vergleichbar der Abrieb-Überwachung – ein Signal aus, das von einer Auswertebox aufgenommen und an das icom-Kommunikationsmodul weitergeleitet wird. Beim Überschreiten der zulässigen Kräfte schaltet das System die Anlage ab, bevor es zu größeren Schäden kommen kann.

Doppelt ausfallsicher wird die Anlage mit der Bruchüberwachung (EC.B-Modul): Durch mechanische Einwirkung oder durch Überlast einer Kette kann es zu einem Bruch des Seitenteils kommen. Geschieht dies, meldet ein Polymer-Sensor, der in Spezial-Trennstegen eingebaut ist, die Information des Bruchs an eine Sensoreinheit. Durch das Wartungssignal ist der Anwender gewarnt und kann den Schaden beheben, um größeren Folgeschäden vorzubeugen. Der Ersatz eines einzelnen beschädigten Kettengliedes ist in der Regel in wenigen Minuten erledigt. Dadurch wird verhindert, dass auch das zweite Seitenteil bricht und die Anlage mit größeren Schäden ungeplant zum Stillstand kommt. Beide Signale lassen sich über ein Reader-Modul auslesen, denn eine Lese-Einheit kann bis zu vier Antennen verarbeiten. Es wäre folglich möglich, bis zu vier Energieketten an ein Modul anzuschließen. Alle Daten werden in der Kommunikationseinheit aufbereitet und an das System der Anlage weitergeleitet.

Ausfallsichere Leitungen

Ein im Öffnungssteg der Energiekette verbauter Sensor misst den Zustand der Kette im realen Betrieb: Ist der Abrieb so weit fortgeschritten, dass das Ende der Lebensdauer der Kette naht, meldet sich der Sensor und löst ein Signal aus.

© igus

Doch auch die sicherste Kette ist nur halb so viel wert, wenn die darin liegenden Leitungen nicht halten. Und die ­Herausforderungen an Energieketten-Leitungen sind bekanntlich um ein ­vielfaches höher, als an Leitungen in flexiblen Anwendungen. Aus diesem Grund entwickelt Igus seine Leitungen für bewegte Anwendungen seit 25 Jahren unter dem Namen Chainflex selbst und garantiert die Zuverlässigkeit der Leitung bei Bewegungen in alle Richtungen für bis zu 36 Monate. Das Konzept von isense geht allerdings auch hier noch einen Schritt weiter – und zwar mit einem Ausfall-Überwachungs-Modul für Leitungen, genannt isense CF.Q (electrical conductor quality). Intelligente Sensoren überprüfen dabei kontinuierlich die Messwerte der Leitungen und zeigen an, wenn die Grenzwerte, deren Berechnung auf der Grundlage von Erfahrungswerten aus Millionen von Ergebnissen aus dem Testlabor beruht, überschritten werden. Damit informiert auch die ‚intelligente‘ Leitung im laufenden Betrieb über ihre restliche Lebensdauer – vor einem Ausfall.

Ihre ersten Einsätze haben die isense-Sensoren in den Fertigungsanlagen verschiedener deutscher Automobilhersteller. Daneben sind sie jedoch überall dort einsetzbar, wo vorausschauende ­Wartung aus Kostengründen oder zur Erhöhung der Anlageneffizienz und Reduzierung des Energieverbrauchs gefragt sind – beispielsweise in Energieketten auf langen Verfahrwegen in Hafenanlagen oder Kransystemen. Die entsprechenden Lösungen lassen sich in vielen Produkten einbauen und sind teilweise auch nachträglich in bestehende Anlagen integrierbar.

Szenario der Zukunft: Weltweites Testlabor

Als zentrales Modul der isense-Serie vernetzt die Kommunikationseinheit icom heute alle Daten der Über­wachungsmodule und leitet diese anschließend an die Produktionssysteme vor Ort. Isense lässt sich auch an das Datencenter von Igus anbinden und mit den Parametern der jeweiligen Anlage sowie den Daten aus Millionen von Ergebnissen aus dem Testlabor ab­gleichen.

Ein Kraftsensor im schwimmenden Mitnehmer kontrolliert die Kette im laufenden Betrieb: Blockiert ein Fremdkörper die Kette, steigen die Verschiebekräfte.

© igus

So ist die Lebensdauer sogar individuell berechenbar. Dadurch kann der Anlagenbetreiber After-Sales-Dienstleistungen wie eine Optimierung seiner Geschäftsprozesse durch eine automatisierte Ersatzteilbeschaffung und eine Wartungsbeauftragung er­halten. Das Ziel dahinter ist letztlich, mithilfe von Sensoren an verschiedenen Komponenten immer exaktere Prognosen bezüglich der Haltbarkeit der Energieketten abgeben zu können.

Das Sammeln und Auswerten von Maschinendaten ist dabei ein wichtiger Eckpfeiler für eine höhere ­Planungssicherheit und effiziente Wartung in der ­Fabrik der Zukunft. Stand heute werden noch einfache digitale I/O-Signale gesendet, wenn ein Grenzwert überschritten wird. Das icom-Modul gibt die Wartungsinformation über Leitungen an die Systeme des Anwenders weiter. Zukünftig wäre eine Lösung denkbar, die nicht nur lokale Produktionsdaten auswertet, sondern zusätzlich mit abstrahierten Daten anderer ­Anwendungen sowie den vielen Test-Ergebnissen aus der Datenbank gespeist wird. Ob dies in Form ­einer Applikation beim Anwender oder Cloud-basiert erfolgt, könnte letztendlich der Anwender selbst entscheiden.

Auf den Punkt gebracht: Vergleichbar einem welt­weiten Testlabor ließen sich durch die Analyse und Auswertung konkreter Daten unterschiedlichster Anwendungen zahlreiche statistische Werte ermitteln, die einerseits noch genauere Vorhersagen ermöglichten und andererseits auch wieder in die Forschung und Entwicklung neuer Produkte zurückfließen könnten.

Autor: Harald Nehring ist Prokurist bei Igus.