SmartStamp 06.08.2018, 00:00 Uhr

Ein Digitaler Zwilling für das Condition Monitoring an Pressen

Das stetig zunehmende durchdringen der Produktionstechnik mit modernen Komponenten der Informations- sowie Kommunikationstechnik bewirkt, dass bereits heute eine große Menge unterschiedlicher Daten mit einem direkten oder indirekten Bezug zur Produktion für das Erfassen und Verarbeiten zur Verfügung stehen. Damit gewinnt die Ressource „Daten“ konstant an Bedeutung. Aber wie lassen sich diese Daten erfassen, verarbeiten und als Informationen so zur Verfügung stellen, dass diese in komplexen Produktionsszenarien unterstützend wirken?

Servopressendemonstrator mit eingeleitetem Kippmoment und resultierender Stößelkippung
Bild: Fraunhofer IWU

Servopressendemonstrator mit eingeleitetem Kippmoment und resultierender Stößelkippung Bild: Fraunhofer IWU

Mit einer zustandsabhängigen Instandhaltung gelingt es, Wartungs- sowie Instandhaltungsarbeiten geplant und nur bei Erfordernis durchzuführen. Ein erhöhtes Kosteneinsparpotenzial lässt sich durch das Vermeiden überraschender Produkt­ionsausfälle sowie das rechtzeitige und gezielte Beschaffen erforderlicher Ersatzteile erzielen.

Das Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU bietet flexible Lösungen zum Condition Monitoring (CM) – beginnend mit dem Erstellen des Mess- sowie Auswertekonzepts über die Umsetzung und Inbetriebnahme beim Kunden bis hin zur Betreuung des Systems und der Schulung des Betreibers.

1 SmartStamp

Kommt es an Pressenstraßen zu einem Schaden an kritischen Komponenten wie Hauptantrieb, Ziehkissenhydraulik oder dem Pressentransfer, führt dies meist zu einem Stillstand der Presse. Die Folge sind gegebenenfalls immense Kosten durch Reparatur und Produktionsausfall. Um ungeplante Stillstände zu vermeiden, werden zunehmend CM-Systeme eingesetzt. Diese nutzen Sensor- beziehungsweise Messsignale aus Steuerungen und Antrieben zur Schadensprognose. „Smart­Stamp“ als Teil eines solchen CM-Systems für Pressen dient dem Überwachen des Pressenhaupt­antriebs hinsichtlich der Einhaltung von zulässigen Werten bei Presskraft, Kippmomenten und Stößelkippung in der Produktion sowie unmittelbar bei der Einrichtung neuer Umformwerkzeuge und beim Werkzeugwechsel.

Bedienoberfläche „SmartStamp“ als Touch-Panel-Lösung Bild: Fraunhofer IWU

Bedienoberfläche „SmartStamp“ als Touch-Panel-Lösung Bild: Fraunhofer IWU

Die ungleichmäßige Verteilung der Prozesskräfte im Umformwerkzeug ist hubabhängig, führt zu Kippmomenten (M = F x r, mit Prozesskraft F und deren Außermittigkeit r) am Stößel und erzeugt eine Stößelkippung (ß). Smart­Stamp erfasst und visualisiert diese physikalischen Größen unmittelbar und verzögerungsfrei. Damit lässt sich das dauerhafte Überlasten der Presse vermeiden. Umformwerkzeuge, die Pressen unzulässig belasten und damit einen erhöhten Verschleiß hervorrufen, können identifiziert werden. SmartStamp ist gleichzeitig ein „Fingerprint“ des Umformprozesses für das spezifische Umformwerkzeug auf einer definierten Presse. Veränderungen bei den Presseneinstellungen beziehungsweise ein Verschleiß am Umformwerkzeug können als Trend erkannt werden.

2 Übergeordnetes Condition-Monitoring-­System

Beim CM werden Daten aus Steuerung, Antrieben, von zusätzlichen Sensoren sowie prozesstypische Statussignale zum Ableiten einer Diagnoseaussage benötigt. Dabei kann es sich um langsam veränderliche, kontinuierliche Messdaten (zum Beispiel Temperaturen) als auch um getriggerte, nur zu bestimmten Zeitpunkten auftretende, schnell veränderliche Messdaten (beispielsweise Schwingungen, Kräfte) handeln. Darüber hinaus sind Schnittstellen zur Maschinensteuerung erforderlich.

Das CM-System muss in der Lage sein, diese unterschiedlichen Datenquellen einheitlich zu erfassen. Zur Begrenzung des anfallenden Datenvolumens erfolgt bereits bei der Datenaufnahme eine Vorverarbeitung, um die zur Maschinendiagnose notwendigen Kennwerte in der Datenbank abzulegen. Mithilfe einer Auswerte- und Visualisierungssoftware sind die Kennwerte übersichtlich dargestellt, Alarmierungsschwellen festgelegt, das Instandhaltungspersonal benachrichtigt und der Instandhaltungsauftrag ausgelöst.

 

Prinzipieller Aufbau des Condition-Monitoring-Systems Bild: Fraunhofer IWU

Prinzipieller Aufbau des Condition-Monitoring-Systems Bild: Fraunhofer IWU

Das am Fraunhofer IWU entwickelte CM-System erfüllt alle oben genannten Anforderungen. Für den Nutzer ergeben sich folgende Vorteile:

  • Das CM-System ist modular aufgebaut. Für den konkreten Einsatzfall müssen die benötigten Komponenten installiert werden. Eine Erweiterung an bestehenden Anlagen ist zu jedem späteren Zeitpunkt problemlos möglich.
  • Das CM-System greift nicht in die eigentliche Maschine ein. Ein Ausfall des CM-Systems schränkt die Produktion somit nicht ein.
  • Ein Einsatz an unterschiedlichen Maschinentypen und eine Nachrüstung an vorhandenen Maschinen sind leicht möglich. Lediglich die Schnittstellen zur Maschinensteuerung müssen unter Umständen angepasst werden.
  • Die Auswertesoftware greift auf eine Datenbank zu und ist damit nur einmal erforderlich. Es können, in Abhängigkeit von der Datenbankgröße, nahezu beliebig viele Maschinen an die Datenbank angeschlossen werden.

Die Lösung SmartStamp stellt einen ausgewählten Befähiger vor, durch den Mitarbeiter in komplexen Produktions­­um­gebungen verstärkt in die Entscheidungsfindung einbezogen werden können, indem die richtigen Informationen als kontextbezogenes „Wissen“ und als Entscheidungsbasis bereitgestellt werden. Mit dem Einsatz eines flexiblen am Fraunhofer IWU entwickelten Modulbaukastens lassen sich Produktions- und Logistikumgebungen aufwandsarm vernetzten, so dass auf den Anwendungszweck zugeschnittene Gesamtlösungen umgesetzt werden können. Berücksichtigt werden insbesondere Lösungen zur einfachen Maschinenanbindung, zum flexiblen Management produktionsrelevanter Daten und Informationen sowie zur mehrwertgenerierenden Analyse von Daten und der intuitiven Visualisierung von Informationen.

Von Dr.-Ing. Michael Praedicow, J. Müller, J. Fischer, Dr.-Ing. Tino Langer

Dr.-Ing. Michael Praedicow, Jan Müller, Jochen Fischer und Dr.-Ing. Tino Langer - Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU
Reichenhainer Str. 88, 09126 Chemnitz
Tel. +49 (0)371 / 53197-1861

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