Mit Condition Monitoring Maschinenzustand jederzeit im Blick

Diese elektronische Überlast-Schutzschaltung ist Teil eines Systems zur Überwachung der 24-V-Steuerspannung der Spritzgießmaschinen. / This electronic overload protection circuit is part of a system for monitoring the 24 V control voltage of injection moulding machines.

Mit spezieller Mess-Sensorik werden die Parameter des Öls von hydraulischen Maschinen entschlüsselt und dessen Qualität sichergestellt. / Special measuring sensors are used to decode the parameters of the oil in hydraulic machines to ensure their quality.

Mit Condition Monitoring können komplexe Vorgänge direkt an der Maschine zuverlässig analysiert und aussagekräftig ausgewertet werden. / With Condition Monitoring, complex processes can be reliably analysed and evaluated in real-time directly on the machine.

Condition-Monitoring-Systeme zur permanenten Überwachung des Maschinenzustands zeigt die Sumitomo (SHI) Demag Plastics Machinery GmbH, Schwaig, auf der Fakuma 2021. Sie senken die Wartungskosten bei gleichzeitigem Erhalt der Zuverlässigkeit, denn mit ihrer Hilfe kann der tatsächliche Verschleiß- oder Abnutzungsgrad ermittelt werden, so dass Wartungen gezielt zum Ende der Lebensdauer der Spritzgießmaschine und damit zu optimalen Instandhaltungskosten geplant werden können. Dank Condition Monitoring können komplexe Vorgänge direkt an der Maschine zuverlässig analysiert und aussagekräftig ausgewertet werden. So gelingt die Überwachung kritischer Parameter, die sonst nur mit großem Aufwand zugänglich gemacht werden können.

„Wir stellen auf der Fakuma 2021 drei Optionen vor, die baureihenübergreifend implementiert werden können“, berichtet Dr. Thorsten Thümen, Senior Director Technology von Sumitomo (SHI) Demag. „Die erste Option hilft dabei, vollelektrische Maschinen dauerhaft energieeffizient und leistungsstark zu halten. Die zweite dient dazu, die Parameter des Öls von hydraulischen Maschinen zu entschlüsseln und dessen Qualität sicherzustellen. Die dritte sorgt baureihenübergreifend dafür, dass die Steuerspannung der Spritzgießmaschinen zuverlässig überwacht wird“, erklärt er.

„Der Fokus der Entwicklung dieser Systeme zur Zustandsüberwachung lag auf Komponenten, deren Ausfälle mit hohen Kosten und langen Stillstandzeiten einhergehen.“ Doch Sumitomo (SHI) Demag beschränkt sich nicht auf diese aktuellen Lösungen, sondern entwickelt bereits weiter: „Derzeit liegt der Schwerpunkt unserer Bemühungen auf einer Verschleißerkennung an der Schnecke bzw. dem Plastifizierzylinder sowie an den Kugelgewindetrieben der vollelektrischen Spritzgießmaschinen. Ziel ist eine vollumfängliche Überwachung kritischer oder verschleißanfälliger Komponenten“, so Dr. Thümen.

Damit die Überwachungskosten im Verhältnis zum Nutzen stehen, wurden innovative und gleichzeitig unkomplizierte Lösungen entwickelt, die dem Anlagenbetreiber eine schnelle und einfache Erfassung des Maschinenzustands ermöglichen. Davon können sich die Fakuma-Besucher am Messestand überzeugen. Sie bieten eine günstige Alternative zur herkömmlichen Methode der Minimierung von Stillstandzeiten, bei der die Wartung präventiv erfolgt und Maschinenkomponenten nach festen Leistungs- oder Zeitintervallen getauscht werden. „Diese Strategie zur Steigerung der Verfügbarkeit wird teuer erkauft, zumal die Lebensdauerreserve der Bauteile nicht voll ausgenutzt wird“, erläutert Dr. Thümen und verweist stattdessen auf die drei zur Verfügung stehenden Optionen.

Vollelektrische Maschinen dauerhaft energieeffizient und leistungsstark

So wurde für den Gleichspannungszwischenkreis zur Versorgung der einzelnen Antriebsachsen bzw. zur Aufnahme generatorischer Leistungen bei vollelektrischen Maschinen von Sumitomo (SHI) Demag ein Verfahren entwickelt, das Kapazitätsveränderungen in der Umrichterversorgung feststellt, etwa in Folge von Alterung der Elektrolytkondensatoren oder elektrischer Defekte. Bei einem Kapazitätsverlust kann die im Zyklus rückgespeiste Energie nicht mehr gespeichert werden und wird über Bremswiderstände abgeführt. Je nach Fortschritt steigt somit zunächst der Energieverbrauch der Maschine. Ab einem gewissen Grad wird der Bremswiderstand überlastet, so dass die Maschine für den eingestellten Zyklus nicht mehr genutzt werden kann.

„Die Folge sind ungeplante Stillstandzeiten oder Einbußen in der Zykluszeit mit entsprechenden Prozessabweichungen“, warnt Dr. Thümen. „Die von uns entwickelte Zustandsüberwachung der Zwischenkreiskapazität erfasst das Speichervermögen der Kondensatoren fortlaufend und meldet rechtzeitig eine maschinenrelevante Veränderung. Die notwendigen Wartungsmaßnahmen können somit im Vorfeld eingeplant werden. Somit wird die Teileproduktion sichergestellt und der Serviceeinsatz kann zu einem günstigen Zeitpunkt erfolgen.“

Hydraulische Maschinen – charakteristische Parameter des Öls entschlüsseln

Bei hydraulischen Maschinen stellt das verwendete Öl sowohl die Basis für einen störungsfreien Betrieb, als auch den Indikator für sich anbahnende Schadensfälle dar. Sumitomo (SHI) Demag bietet hier zusätzliche Mess-Sensorik zur Überwachung zweier relevanter Parametergruppen während des Maschinenbetriebs. . Jan Taufer, Projektleiter für Condition Monitoring und Mitarbeiter im Testcenter von Sumitomo (SHI) Demag: „Zum einen erfasst ein Partikelmonitor fortlaufend die Anzahl und Größe der im Fluid enthaltenen Partikel. Die Auswertung erfolgt im Format des Qualitätsstandards ISO 4406, der über die Maschine als Istwert und als Trendverlauf angezeigt wird.“

Erfolge eine Verletzung der parametrierten Warn- oder Alarmgrenzen, werde eine entsprechende Fehlermeldung ausgegeben. Auf diese Weise könne der Maschinenbetrieb zur Ursachensuche eingestellt werden, bevor Partikel Schäden an Hydraulikkomponenten verursachten (Kettenreaktion des Verschleißes) und eine vollständige Spülung des Systems erfolgen müsse, erläutert der Experte und ergänzt: „Ein mehrtägiger ungeplanter Stillstand kann somit auf einen gezielten Serviceeinsatz reduziert werden.“

Eine zweite Messvorrichtung erfasst die physikalischen Eigenschaften des Öls, wie den Wassergehalt, die Permittivität und die Leitfähigkeit. „Anhand dieser Messwerte kann die Alterung des Schmierstoffs über interne Algorithmen bestimmt werden, so dass reagiert werden kann, bevor sich die chemischen Eigenschaften derart verändern, dass ein störungsfreier Betrieb nicht mehr zu gewährleisten ist“, erklärt Taufer. „Auch beschleunigte Oxidations- oder Verschleißvorgänge, Kühlerbrüche oder Wassereintrag durch Kondensation können auf diese Weise in einem frühen Zustand erkannt und mit akzeptablem Aufwand behoben werden.“

Im Gegensatz zu herkömmlichen Ölanalysen, die lediglich in regelmäßigen Zeitabständen unter Beachtung höchster Sorgfalt bei der Probenentnahme durchgeführt würden, biete die stationäre Hydraulikölanalyse eine kontinuierliche und aufwandslose Messung aller relevanten Parameter ohne das Risiko einer Probenkontamination, weiß der Projektleiter. „Der Kunde profitiert folglich von geringerem Personalaufwand, lückenloser Zustandsdokumentation und höherer Instandhaltungsqualität.“

Baureihenübergreifend zuverlässige Spannungsversorgung und schnelle Fehlersuche

Ebenfalls baureihenübergreifend bietet Sumitomo (SHI) Demag bei der dritten Option ein System zur Überwachung der 24-V-Steuerspannung der Spritzgießmaschinen. Dieses wird durch ein Netzteil und intelligente Sicherungsautomaten realisiert, die permanent mit der Maschinensteuerung kommunizieren. Durch deren Einsatz kann der Ist- und Effektivstrom währen des Zyklus in Echtzeit überwacht werden. „Auf diese Weise lassen sich potenziell kritische Spitzen oder generell hohe Auslastungen feststellen und es können frühzeitig Gegenmaßnahmen eingeleitet werden“, beschreibt Taufer die Funktionsweise.

Komme es dennoch zum Fehlerfall, etwa aufgrund eines plötzlichen Kurzschlusses, werde dieser Zustand von der Steuerung erfasst und als Alarm ausgegeben. Taufer: „Dies beschleunigt die Fehlersuche erheblich, da ohne Umwege auf den ursächlich fehlerhaften Stromkreis hingewiesen wird. Nach einem Fehler kann die Verfügbarkeit somit wesentlich schneller wiederhergestellt werden, unter gleichzeitiger Information über die Fehlerursache.“ Herkömmliche Systeme würden zwar die Anlage vor Überstrom oder Kurzschluss schützen – im Fehlerfall werde jedoch die Versorgung unterbrochen und die Maschine falle schlagartig aus.