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SKF Machine Tool Observer MTx

Autor:
Leopold Deinhofer,
Product and Business Development Manager, SKF Condition Monitoring Centre Steyr, Österreich

 

Zustandsüberwachung Andere Industrien Andere Leistungen

Zusammenfassung

In der Fertigung großer Stückzahlen mit hoher Präzision, wie etwa in der Automobil- und Luft- und Raumfahrtindustrie, müssen Werkzeugmaschinen und -spindeln mit hoher Leistung und Zuverlässigkeit laufen, um ihre optimalen Kosten- und Leistungsziele zu erreichen. Der SKF Machine Tool Observer MTx ist ein hoch entwickeltes Überwachungssystem zur Messung kritischer Maschinenparameter, mit dem Erstausrüster und Endanwender unter Verwendung von flexibler Software mehrere Werkzeugmaschinen gleichzeitig überwachen können und so die Kosten von Frühausfällen vermeiden.

 

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SKF Machine Tool Observer MTx

Der Machine Tool Observer MTx ist ein von SKF entwickeltes eigenständiges Gerät zur Datenerfassung  und Erkennung von Spindelschäden, das sich insbesondere für die Überwachung von Spindeln in Werkzeugmaschinen eignet.

In der Industrie wird immer mehr Produktivität, Maschinenverfügbarkeit, Präzision und Zuverlässigkeit verlangt. Daher ist es wichtiger denn je, ungeplante Stillstände zu vermeiden, effiziente Instandhaltungskonzepte einzuführen und Qualitäts- und Prozessverbesserungen voranzutreiben. Der SKF Machine Tool Observer MTx ist ein eigenständiges Gerät zur Datenerfassung und Erkennung von Spindelschäden bei Werkzeugmaschinen und -spindeln, das sowohl Erstausrüstern als auch Endanwendern viele Vorteile bietet. Der MTx lässt sich leicht in neue Maschinen integrieren oder nachträglich als Upgrade in vorhandene Maschinen einbauen.

Der SKF Machine Tool Observer MTx zeichnet Parameter kritischer Werkzeugmaschinen auf und sammelt die Daten verschiedenster Sensoren, wie etwa Schwingungs-, Drehzahl-, Temperatur-, Luftfeuchtigkeits-, Wirbelstrom- und Schmierungssensoren. An den Benutzer und die Maschinensteuerung wird ein Alarm ausgegeben, sobald ein Wert außerhalb der vorgegebenen Grenzen liegt. Alle Ereignisse, bei denen Schwellenwerte überschritten werden, werden mit einem präzisen Zeitstempel und Sensorwerten versehen und in einem permanenten Flash-Speicher abgelegt.

Der SKF Machine Tool Observer MTx kann über 10 Jahre lang kontinuierlich Daten erfassen. Über Hochgeschwindigkeitsrelaisausgänge kann eine Werkzeugmaschine in Millisekunden gestoppt werden, und das E-Mail-Warnsystem setzt sofort eine Warnmeldung an den Maschinenführer ab, damit dieser entsprechende Gegenmaßnahmen ergreifen kann.

Das mehrstufige Zugriffssystem garantiert ein hohes Maß an Datensicherheit, und es beinhaltet auch ein Server- und Client-Softwarepaket zur Echtzeitdatenanzeige, Datenverteilung und -verwaltung.

Der SKF Machine Tool Observer MTx bietet Werkzeugmaschinenherstellern und Endanwendern folgende wesentliche Vorteile:

  • Vermeidung unerwarteter, kostspieliger Stillstände
  • lückenlose Rückverfolgbarkeit von Ereignissen
  • einfacher Einbau in neue Maschinen bzw. einfache Nachrüstung vorhandener Maschinen
  • verbesserte Zuverlässigkeit und längere Maschinennutzungsdauer
  • Unterstützung vorbeugender Instandhaltungs- sowie Qualitäts- und Prozessverbesserungsmaßnahmen
  • Feedback zur Gesamtnutzung der Maschinen.

Hardware
Das neue eigenständige Gerät zur Datenerfassung und Erkennung von Spindeldefekten (Bild 1) überwacht, erfasst und beobachtet aktiv die historischen Leistungsdaten und Maxima von Werkzeug­maschinen. Das System besteht aus einer mikrocontrollerbasierten, elektronischen Baugruppe mit internem Datenspeicher und einer Echtzeituhr. Die Signalprozessoren ermöglichen eine schnelle Datenerfassung im Bereich von 200 kHz. Dies bedeutet, dass alle 5 µs die Eingänge gelesen und Daten gesammelt werden. Alle 10 ms speichern die Prozessoren die Daten im eingebauten Flash-Speicher ab, damit das System abweichende Betriebsbedingungen erfassen kann. Der MTx unterstützt eine Reihe unterschiedlichster Sensortypen, und es können bis zu 14 verschiedene Sensoren parallel angeschlossen werden. Jeder dieser 14 Eingänge darf unterschiedlich konfiguriert sein, und für jeden Sensor lässt sich ein unabhängiger Grenzwert vorgeben.

Die Sensoren können nach unterschiedlichen Ausgangssignalen und ihren physikalischen Einheiten unterteilt werden:

  • Schwingungen in drei Achsen mit einem speziellen triaxialen Beschleunigungssensor oder einem Standard-Beschleunigungs¬sensor
  • Drehzahlsensor für die Spindel (5 V, 24 V oder 1 V pp)
  • Spannungssensoren (0 bis max. 24 V, einstellbare Spannungswerte)
  • Stromsensoren (4 mA bis max. 20 mA, einstellbare Stromwerte)
  • Temperatursensoren (Pt 100 und KTY 84 sind vorgegeben; weitere Temperatursensoren können vorgesehen werden)
  • logische Sensoren (Binärschalter, Näherungsschalter).

Das System hat auch zwei digitale Relaisausgänge für „Alarm“ bzw. „Notstopp“ mit frei programmierbaren Grenzwerten auf Basis von zwei unabhängigen Kanälen. Dieselben programmierbaren Grenzwerte werden auch zur Übermittlung von Daten- und Statusberichten an beliebig konfigurierbare E-Mail-Adressen verwendet. Die grüne LED an der Elektronik zeigt den Betriebsstatus an; die rote LED die aufgezeichneten Ereignisse. Der SKF MTx sollte vorzugsweise im Schaltschrank der Werkzeugmaschine eingebaut (Bild 3) werden, während der spezielle triaxiale Sensor mit einer M5-Schraube, einem Magneten oder Spezialkleber möglichst nahe am Spindelkopf anzubringen ist. Die maximal unterstützte Kabellänge zwischen der MTx-Elektronik und dem Beschleunigungssensor beträgt zwölf Meter. Dank der intelligenten Eingangsschaltung können bereits vorhandene Sensoren parallel genutzt werden. So lassen sich oft die vorhandenen Sensoren des beobachteten Systems für eine langfristige Datenerfassung und Schadenserkennung nutzen.

Software
Die Analyse- und Datenpräsentation erfolgt mit der Server- und Client-Software für eine Standard-Ethernet(LAN)-Schnittstelle mit DHCP/IP-Protokoll. Die IP-Adressen werden automatisch vom DHCP-Server im Netzwerk generiert. Mit dem Server- und Client-Softwarepaket können mehrere SKF Machine Tool Observer MTx-Geräte vom PC oder Netzwerk aus oder sogar übers Internet verwaltet und betrieben werden. Jeder angeschlossene, konfigurierte Sensor lässt sich auch online überwachen. Dank des Server- und Client-Systems sind mehrere aktive Client-Sitzungen via Ethernet parallel möglich. Die Software unterstützt verschiedene Zugriffsebenen. Jede Anwendung ist im globalen Netzwerk über eine benutzerdefinierte Zeichenfolge leicht identifizierbar.

Sämtliche Sensorsignale können in einer frei konfigurierbaren,
maximal dreidimensionalen Ma­trix abgespeichert werden (Bild 2):

  • X-Achse: Acht automatisch skalierte Beschleunigungsklassen (z.B. 0 bis 5 g)
  • Y-Achse: Sechs automatisch skalierte Drehzahlklassen (z.B. 0 bis 8.000 min-1)
  • Z-Achse: Akkumulierte Spindelbetriebszeit in Tagen, Stunden, Minuten, Sekunden und Millisekunden; Mindest-, Höchst- und Durchschnittswert einer Temperatur in °C.

Insgesamt fünf verschiedene Schichten (Matrizen) aus allen angeschlossenen und konfigurierten Sensorsignalen werden, falls erforderlich, parallel unterstützt und aufgezeichnet. Die Nutzungsdauer einer Matrix entscheidet darüber, wie lange Daten in einer Matrix gespeichert werden, bevor eine neue erstellt wird.

Die Nutzungsdauer jeder erfassten Matrix lässt sich je nach Anwendung zwischen einem Tag und 400 Tagen einstellen. Pro Schicht werden maximal 15 Matrizen unterstützt.

Die Matrixdaten lassen sich im CSV-Format exportieren. Sobald die maximal zulässige Anzahl erfasster Matrixzellen erreicht ist, werden die Matrixzellen zusammen erfasst. Wenn ein gemessener X-Achsenwert nicht in die Matrix passt, wird ein Ereignis mit Extrazellen einschließlich detaillierter Spindel-Historik mit exaktem Datum und Zeitstempel des Eintritts aufgezeichnet, damit die Garantiebedingungen für die Spindel überprüft werden können. Sobald die maximal 15 Ereignisse bzw. 25 Extrazellen aufgezeichnet sind, wird die X-Achse der Matrix geändert, und das Ereignis mit dem kleinsten X-Wert kommt in die Matrix. Wenn ein Y-Achsenwert nicht in die aktuelle Matrix passt, wird die Y-Achse geändert. Der Export von Ereignissen und Extrazellen in Dateien im CSV-Format wird unterstützt. Wenn ein erfasster Sensorwert den vorkonfigurierten Grenzwert überschreitet, wird auf dem Datenlogger-Bildschirm ein Logging-Ereignis (max. 250 Einträge) aufgezeichnet.

Eine weitere leistungsfähige Funktion ist die Erfassung von Roh- oder Sensordaten. Die Server-Software des SKF Machine Tool Observer MTx unterstützt die vollautomatische Erfassung und Aufzeichnung sämtlicher Sensorsignale auf dem Server. So können Maschinensignale minütlich über Monate oder Jahre aufgezeichnet werden. Diese Funktion ist sehr hilfreich, um Langzeittrends und -diagramme zum Zustand der Werkzeugmaschine zu erstellen. Der SKF Machine Tool Observer MTx kann als Tool zur Unterstützung vorbeugender und präventiver Instandhaltungssysteme eingesetzt werden. Bild 3 zeigt einen in einen Schaltschrank eingebauten SKF Machine Tool Observer MTx.

Zusammenfassung
Der SKF Machine Tool Observer MTx ist ein wertvolles Werkzeug für Branchen mit intensiver Werkzeugmaschinennutzung, wie beispielsweise die Automobil-, Luft- und Raumfahrt- und Lagerindustrie. Aufgrund seiner hohen Flexibilität und der verfügbaren großen Auswahl an unterschiedlichen Sensoren lässt sich dieses Gerät, das hervorragend zur Unterstützung von Zustandsüberwachungsmaßnahmen geeignet ist, ganz einfach an viele unterschiedliche Kundenanwendungen anpassen.

Wie die Blackbox im Flugzeug, nur blau. TY_tech3_mtx02_evo315  Bild 2: Beispiel für die DatenspeicherungBild 3: SKF Machine Tool Observer MTx eingebaut in einen Schaltschrank.

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