KEM Konstruktion 04.2023
TITEL » Kupplungen & Bremsen Der Bedarf, Messdaten von Antriebskomponenten zu erfassen, ist groß. Daher plant und entwickelt R+W neben den Lamellenkupplungen, Gelenkwellen und Flanschen in Zukunft noch weitere Modelle mit integrierter Sensorik. Bild: R+W Antriebselemente das gesamte Potenzial ist noch lange nicht ausgeschöpft. Neue Funktionen und verschiedene Algorithmen zum Auswerten der Messdaten sorgen dafür, dass die Kupplung noch smarter wird und neue Maßstäbe auf dem Markt gesetzt werden. Kupplungen mit integrierter Elektronik in der Praxis Deutschlandweit interessieren sich Unternehmen zum Beispiel aus der Schwerindustrie für effiziente Lösungen des Anlagenmonitorings, unter anderem an Förderanlagen zum Be- und Entladen von Schüttgut, Mischen, Homogenisieren und Lagern von Baustoffen. Es werden also große Mengen an Material bewegt. Trotz der hohen mechanischen Belastung sollte ein Ausfall der Fördertechnik weitestgehend vermieden werden, denn jeder Stillstand im Materialfluss geht erheblich ins Geld. Deshalb arbeiten die Unternehmen daran, Monitoring-Systeme aufzubauen, mit dem sich der Zustand ausfallrelevanter Komponenten überwachen lässt. Mithilfe dieser Systeme könnte man dann Wartungsintervalle bedarfsgerecht und flexibel ansetzen. Zusammenarbeit mit der HTW Saar Die Hochschule für Technik und Wirtschaft des Saarlandes (HTW) beschäftigt sich mit der Überwachung von Messdaten. Grundlage für ein solches Fördertechnik- Frühwarnsystem sind zuverlässige Daten aus dem Antriebsstrang. Damit ließe sich von zentraler Stelle aus erkennen, dass Ausfälle drohen, ohne dass die gesamte Anlage ständig vom Wartungspersonal inspiziert werden muss, sofern sich beginnende Schäden äußerlich überhaupt zeigen. Die moderne Sensortechnik des Antriebsspezialisten ist ein effizientes Mittel, um solche Anlagen an kritischen Stellen zu überwachen. Die Herausforderung für Prof. Dr. Andreas Fricke und sein Team bestand nun darin, maßgebliche physikalische Größen zu erfassen, zu interpretieren und am virtuellen Anlagen-Modell, dem digitalen Abbild der Anlage, anzuzeigen: „Mit der Interpretation der physikalischen Größen und der Ermittlung von Schwellenwerten lassen sich dann Aussagen über den Zustand treffen, wie `keine Veränderung, alles in Ordnung´ oder aber es gibt auffällige Werte, die auf Probleme an bestimmten Teilen und einen sich anbahnenden Ausfall hindeuten. Um die Eignung der Kupplung von R+W für ein solches Szenario zu prüfen, haben wir einen Prüfstand im Labor aufgebaut. In die Förderanlage `en miniature´ haben wir gezielt Fehler implementiert, um dann zu sehen, wie zuverlässig sie von der intelligenten Sensortechnik erkannt werden. Das ist die notwendige Voraussetzung für entsprechende Statusanzeigen beziehungsweise -meldungen am Anlagen-Modell.“ Wertvolle Datengewinnung Das Projekt und der Prüfstandbau zum Thema „Condition Monitoring“ stieß auch innerhalb des Campus auf reges Interesse. Die moderne Sensortechnik von R+W liefert im beschriebenen Anwendungsfall Live-Daten zu Drehmoment, Axialkraft, Drehzahl und Beschleunigung in drei Richtungen (x, y, z). Stehen dafür verlässliche Daten zur Verfügung, können diese bereits bei der Entwicklung und Konstruktion in Simulationen einfließen und erlauben in der Nutzungsphase der Maschine oder Anlage eine Beurteilung des aktuellen Zustandes betriebswichtiger Komponenten. Mit entsprechenden Tools zur Datenanalyse und -bewertung können Servicekräfte diese Modelle für die Überwachung anwenden. Allerdings müssen dafür leistungsstarke Schnittstellen geschaffen werden, wie Prof. Dr. Fricke ausführt: „Die Kupplung arbeitet starr, ist aus Aluminium und wird mit Hilfe von Halbschalen angebunden. Sie muss keine Versätze ausgleichen, da in der Reihe der 52 KEM Konstruktion » 04 | 2023
Bild: R+W Antriebselemente/HTW Saar Kupplung mit integrierter Sensortechnik im End-of-line-Prüfstand bei R+W. Messwelle bereits eine Präzisionssicherheitskupplung eingebaut ist. Diese dient dem Versatzausgleich innerhalb des Prüfstands und vor allem der Sicherheitsabschaltung.“ Die Nachrüstung in bestehende Prüfstände ist smart und einfach. Das Team hat sich bezüglich der Energieversorgung der Sensorik für die induktive Variante entschieden, da der kontinuierliche Betrieb mit permanenter Datenmessung ohne Unterbrechungen gegeben ist. Grundsätzlich stehen drei Varianten der Kupplung mit integrierter Messeinheit und ihrer Stromversorgung zur Auswahl: • Speisung über internen, wiederaufladbaren Akku: Eine Variante mit Akku empfiehlt sich etwa für Prüfstände mit kurzer Betriebszeit oder mobile Anwendungen. • Dauerhafte Stromversorgung über Induktion: Die gewählte induktive Variante ermöglicht einen kontinuierlichen Betrieb durch permanente Datenmessung ohne Unterbrechungen. Diese Variante verwendet eine an das R+W-Gateway oder an ein lokales12-V-Netz angeschlossene Box, die nahe der Kupplung montiert wird. Für die Energieübertragung werden ISM-Bänder genutzt, die Datenübertragung erfolgt weiterhin über Bluetooth. Die induktive Stromversorgung eignet sich für Messungen im Dauerbetrieb. • Autarke Energieversorgung über Energy- Harvesting-Konzept: Energy Harvesting bietet eine autarke Stromerzeugung durch Nutzung der vorhandenen Rotationsenergie. Moderne Sensortechnik im Einsatz bei R +W In der Abteilung Qualitätssicherung bei R+W gab es andere Voraussetzungen beim Prüfstand – die vorhandene Hardware, ein Laptop, sollte genutzt werden. Auch das ist kein Problem und einfach umsetzbar. Es wurde ein Programm zum Auslesen der Messwerte (Min/Max) aufgesetzt. Es zeigt die Messwerte der Sensorik digital an. Die Messwerte werden dabei über die serielle USB-Anbindung des R+W-Gateways bereitgestellt. Das Gateway dient zur Weitergabe der Sensorsignalen in nachgelagerte Mess-, Regel oder Datenverarbeitungssysteme. Grundsätzlich können die einzelnen Bestandteile rund um die moderne Sensortechnik immer gemäß den Anforderungen und der vorhandenen Hardware geplant werden. Auch eine Nachrüstung in ein vorhandenes System ist dabei möglich. Der Prüfstand ist seit einem Jahr im Einsatz und funktioniert ausgezeichnet. www.rw-kupplungen.de Hannover Messe: Halle 5, Stand A48 INFO Mehr zu Kupplungen mit integrierter Sensortechnik von R+W Antriebselemente: hier.pro/a7eYw KEM Konstruktion » 04 | 2023 53
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Bild: R+W Antriebselemente/HTW Saar<br />
Kupplung mit integrierter Sensortechnik im End-of-line-Prüfstand bei R+W.<br />
Messwelle bereits eine Präzisionssicherheitskupplung<br />
eingebaut ist. Diese dient dem Versatzausgleich innerhalb<br />
des Prüfstands und vor allem der Sicherheitsabschaltung.“<br />
Die Nachrüstung in bestehende Prüfstände<br />
ist smart und einfach.<br />
Das Team hat sich bezüglich der Energieversorgung der<br />
Sensorik für die induktive Variante entschieden, da der<br />
kontinuierliche Betrieb mit permanenter Datenmessung<br />
ohne Unterbrechungen gegeben ist. Grundsätzlich<br />
stehen drei Varianten der Kupplung mit integrierter<br />
Messeinheit und ihrer Stromversorgung zur Auswahl:<br />
• Speisung über internen, wiederaufladbaren Akku:<br />
Eine Variante mit Akku empfiehlt sich etwa für<br />
Prüfstände mit kurzer Betriebszeit oder mobile<br />
Anwendungen.<br />
• Dauerhafte Stromversorgung über Induktion:<br />
Die gewählte induktive Variante ermöglicht einen<br />
kontinuierlichen Betrieb durch permanente Datenmessung<br />
ohne Unterbrechungen. Diese Variante<br />
verwendet eine an das R+W-Gateway oder an<br />
ein lokales12-V-Netz angeschlossene Box, die<br />
nahe der Kupplung montiert wird. Für die Energieübertragung<br />
werden ISM-Bänder genutzt, die<br />
Datenübertragung erfolgt weiterhin über Bluetooth.<br />
Die induktive Stromversorgung eignet<br />
sich für Messungen im Dauerbetrieb.<br />
• Autarke Energieversorgung über Energy-<br />
Harvesting-Konzept: Energy Harvesting<br />
bietet eine autarke Stromerzeugung durch<br />
Nutzung der vorhandenen Rotationsenergie.<br />
Moderne Sensortechnik im<br />
Einsatz bei R +W<br />
In der Abteilung Qualitätssicherung bei R+W gab es andere<br />
Voraussetzungen beim Prüfstand – die vorhandene<br />
Hardware, ein Laptop, sollte genutzt werden. Auch das<br />
ist kein Problem und einfach umsetzbar. Es wurde ein<br />
Programm zum Auslesen der Messwerte (Min/Max) aufgesetzt.<br />
Es zeigt die Messwerte der Sensorik digital an.<br />
Die Messwerte werden dabei über die serielle USB-Anbindung<br />
des R+W-Gateways bereitgestellt. Das Gateway<br />
dient zur Weitergabe der Sensorsignalen in nachgelagerte<br />
Mess-, Regel oder Datenverarbeitungssysteme.<br />
Grundsätzlich können die einzelnen Bestandteile rund<br />
um die moderne Sensortechnik immer gemäß den Anforderungen<br />
und der vorhandenen Hardware geplant<br />
werden. Auch eine Nachrüstung in ein vorhandenes System<br />
ist dabei möglich. Der Prüfstand ist seit einem Jahr<br />
im Einsatz und funktioniert ausgezeichnet.<br />
www.rw-kupplungen.de<br />
Hannover Messe: Halle 5, Stand A48<br />
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