Eintrag vom 04.09.2015

Condition Monitoring an Werkzeugmaschinen

Condition Monitoring kennt man in der Antriebstechnik im Zusammenhang mit Industriegetrieben. An vielen großen Maschinen in der Baustoffindustrie, in Stahlwerken und Kraftwerken, an Kranen und Windenergieanlagen ist Condition Monitoring heute Bestandteil der vorausschauenden Instandhaltung und gehört damit zum Standard. Schäden an Antriebselementen werden schon lange vor deren Totalausfall erkannt. Die Instandsetzung kann vorbereitet und Ersatzteile können beschafft werden, ohne dass Produktionsausfall entsteht.
 
An Werkzeugmaschinen dagegen ist die Akzeptanz schwingungsdiagnostischer Verfahren geringer. Das hat gute Gründe, denn hohe Drehzahlen und Geräusche von Schneid- und Schleifprozessen überlagern die vergleichsweise energiearmen Schallemissionen von Wälzlagerschäden. Und Wälzlager sind mitunter vorgespannt. Für die klassische Maschinendiagnose ist das hinderlich.
 
Die GfM hat sich der Herausforderung angenommen und ist nun in der Lage, ein funktionierendes Condition Monitoring System (CMS) für Werkzeugmaschinen anzubieten.  Dabei werden wälzgelagerte Werkzeugmaschinenspindeln auf das Entstehen von anomalen Betriebszuständen überwacht. Anomale Betriebszustände können die Folge von mechanischen Oberflächenunregelmäßigkeiten oder Mangelschmierung sein. Das Diagnoseprinzip ist zweistufig und besteht aus der obligatorischen Trendüberwachung von Schwingungskennwerten sowie optional aus der Analyse von kinematischen Schadensfrequenzen.
 
Zunächst müssen an der ungeschädigten Maschine zulässige Referenzwerte gelernt werden. Das Lernen erfolgt durch manuelles Starten der Messung im Leerlauf bei einer bestimmten Drehzahl. Im Überwachungsmodus wird die Messung dann unter den gleichen Bedingungen wiederholt. Das CMS vergleicht nun die aktuelle Messung mit den Referenzwerten und meldet eventuelle Abweichungen, die ein Hinweis für eine Unregelmäßigkeit sein können. Der Vergleich der Messwerte mit den Referenzwerten erfolgt immer innerhalb derselben Klasse. Als Klassenparameter werden obligatorisch die Drehzahl und bei Bedarf bis zu 12 weitere Prozessgrößen verwendet.
 
Das Bedienteil verfügt über einen Taster und drei LEDs. Nach dem Starten der Maschine und Erreichen der gültigen Messbedingungen ist der Taster zu betätigen. Nach erfolgreicher Messung leuchtet eine der LEDs.
 
Dieser Trendüberwachung von Schwingungskennwerten kann sich nun eine vollautomatische Analyse von kinematischen Schadensfrequenzen anschließen. Diese ist etwas aufwändiger und funktioniert für alle Maschinenelemente, die kinematisch eindeutig beschreibbar sind und deren kinematische Daten im CMS hinterlegt sind. Dazu werden zunächst Ordnungsspektren und Hüllkurvenordnungsspektren gebildet. In diesen werden signifikante Spektralanteile gesucht. Diese signifikanten Spektralanteile werden schließlich auf kinematische Schadensmuster überprüft. Bei Übereinstimmung wird ein Alarm generiert.
 
Als CMS kommt der Peakanalyzer – ein innovatives Condition Monitoring System der GfM – zum Einsatz. Sensoren sind per Klebe-, Schraub- oder Magnetverbindung in akustischer Nähe der zu überwachenden Antriebselemente zu installieren und elektrisch mit dem Peakanalyzer zu verbinden. Ebenfalls mit dem Peakanalyzer ist das Bedienteil zu verbinden. Der Peakanalyzer wird mittels der Software Peakanalyzer Manager konfiguriert. Mit Hilfe dieser Software besteht auch die Möglichkeit, alle Spektren, Hüllkurvenspektren, Ordnungsspektren und Hüllkurvenspektren manuell zu analysieren. Dazu steht eine Reihe von Analysewerkzeugen zur Verfügung. Diese kann man in den Seminaren der GfM kennenlernen.