Schaeffler kombiniert Condition- und Torque-Monitoring in einem System
Industrie 4.0-Pilotprojekt für die Windkraft in Hannover vorgestellt.
- Innovatives TorqueTracking-System für industrielle Antriebe
- Schwingungsanalyse und Drehmomentüberwachung kombiniert in einem System
- Kunden profitieren von höherer Verfügbarkeit der Antriebe und längeren Wartungsintervallen
Die Entwicklungspartner Schaeffler und Bonfiglioli, Marktführer bei Getrieben für die Windnachführung und Blattverstellung von Windkraftanlagen, haben ein kompaktes Industrie 4.0-Lösungspaket entwickelt. Schaeffler kombiniert seine zwei bewährten Messsysteme SmartCheck und TorqueSense zu einem neuen Zustands- und Drehmoment-Überwachungssystem.
Während die Schwingungsdiagnose des Schaeffler SmartCheck beginnende Schäden sehr frühzeitig detektiert, können mit dem präzisen Drehmomentsignal unter anderem Lastspitzen und deren Häufigkeit detektiert und begrenzt werden. Bonfiglioli hat mit seiner Expertise anwendungsbasierte Algorithmen entwickelt, die über die gesamte Betriebszeit einer Windkraftanlage die Verarbeitung dieser und weiterer Daten zu Informationen ermöglicht.
Die Informationen werden als Reports zu relevanten Leistungskennzahlen online zur Verfügung gestellt, zum Beispiel zum allgemeinen „Gesundheitszustand“ der Getriebemotoren, potentiell kritischen Betriebszuständen oder ungewöhnlichem Verhalten des Windnachführungssystems.
In Summe profitieren Kunden von weniger ungeplanten Stillständen durch Überlast und belastungsabhängigen, d. h. in der Regel längeren Wartungsintervallen durch vorausschauendes Monitoring.
Die Kombination macht‘s
Das Schaeffler SmartCheck-Gerät überwacht auf Basis von Körperschallschwingungen frequenzselektiv den Zustand von Lagern, Getrieben sowie Elektromotoren, Pumpen, Lüftern und Aggregaten. Mit nur einem Schaeffler SmartCheck können auffällige Frequenzen den geschädigten Komponenten automatisiert zugeordnet werden. Außerdem ist in das Gerät ein Temperatursensor integriert.
Das Drehmoment- und das Drehzahlsignal des Schaeffler TorqueSense werden über den SmartCheck geführt, vorverarbeitet und mit den ebenfalls analysierten Schwingungssignalen für die Maschinensteuerung und/oder die Instandhaltung bereitgestellt. Die Ergänzung des Condition-Monitoring-Systems SmartCheck mit den Betriebsdaten Drehmoment und Drehzahl eröffnet mehrere Szenarien: Im einfachsten Fall lassen sich Drehmomentspitzen und deren Häufigkeit überwachen und damit der Nutzungsgrad bewerten sowie belastungsgerechte Wartungsmaßnahmen ableiten.
Die Signale können aber auch in die Betriebsstrategie von Antrieben integriert werden und so Drehmomentbegrenzungen oder Abschaltungen einleiten. Das neue System ist besonders für Verstell- und Drehantriebe in der Wind- und Schiffsindustrie, in großen Kranen, Bau- und Miningmaschinen mit Drehtürmen und für Winden geeignet. Das Drehmomentsignal kann hier nicht nur zur Überwachung, sondern auch zur sanften und exakten Drehmomentsteuerung bzw. Zugbandregelung benutzt werden.
Pilotprojekt für die Windindustrie
Ein erstes Pilotprojekt entwickelt Schaeffler aktuell für Windkraft-Azimut-Getriebemotoren des italienischen Marktführers Bonfiglioli. Bei dieser Anwendung werden die über den Schaeffler SmartCheck verdichteten Lastdaten mit vordefinierten Grenzwerten verglichen und die Ergebnisse über ein Gateway drahtlos an Bonfiglioli übertragen.
Das Überwachungssystem für Bonfiglioli-Getriebemotoren ist autark und nicht mit der Anlagensteuerung verbunden, somit bei einem Austausch der Getriebemotoren sehr leicht nachrüstbar. Ziel von Bonfiglioli ist es, mit dem neuen System Überlasten an den Azimut-Antrieben zu überwachen, Vorlaufzeiten für Wartungseinsätze zu vergrößern und Wartungseinsätze nicht zeitabhängig, sondern belastungsgerecht definieren zu können.
Für die Integration des TorqueSense-Moduls in den Kraftfluss des Getriebemotors wird dieses zwischen Motor und Getriebe platziert. Das Messsystem ist jedoch auch in Schmieröl funktionsfähig und bietet für die Integration in den Antriebsstrang entscheidende Vorteile, wie beispielsweise:
- hohe Messgenauigkeit (zirka 1% des Messbereichs) zu einem attraktiven Preis,
- berührungsloses Messprinzip,
- keine Änderung der Belastungsfähigkeit und Torsionssteifigkeit durch die Sensorwelle,
- geringer Einfluss der Temperatur auf Lebensdauer und Messgenauigkeit, und
- eine integrierte Drehzahlmessung.
Drehmomentsensorik leicht integrierbar
Schaeffler TorqueSense besteht aus einem magnetisch konditionierten Wellenstück und einem Sensorgehäuse. Dieses muss die Welle nicht vollständig umschließen. Abhängig von der gewünschten Genauigkeit und Störfestigkeit sind auch einseitig montierte oder U-förmige Ausführungen möglich. Da das Messprinzip berührungslos ist, kann das Drehmoment auch von außen durch ein nicht magnetisches Gehäuse gemessen werden.
Das Sensormodul lässt sich dann von außen montieren. Mit Schaeffler TorqueSense sind kunden- und anwendungsspezifisch Wellendurchmesser bis zirka 100 mm möglich; es existieren bereits Sensoreinheiten in verschiedenen Standarddurchmessern. Der Messbereich erstreckt sich von 100 Nm bis zu 20 kNm. Prinzipbedingt verfügen die Sensoren über eine hohe Linearität und eine ausgesprochen kleine Hysterese.
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