Chain Condition Monitoring

Predictive Maintenance ist ein Schlüsselthema der Industrie 4.0, wenn es darum geht, das Maximum an Leistung aus Maschinen und Anlagen herauszuholen. Ein neues, intelligentes System des Kettenherstellers iwis antriebssysteme verhindert Produktionsausfälle durch ungeplante Wartung und Reparatur: Es überwacht permanent die Kettenlängung und warnt frühzeitig, damit gehandelt werden kann.

Wenn sich Ketten temperatur- und lastenbedingt dehnen und verschleißen oder sich parallellaufende Ketten ungleich längen, kann schon eine Abweichung von einem Prozent zur Ketten-Nennteilung Schwierigkeiten in einer Anlage verursachen. Bei der Produktion von Schokolade, die sehr hohe Anforderungen an Ketten und Kettensysteme stellt, kann dies beispielsweise dazu führen, dass sich die Lage der Schokoladenformen verändert.

Denn dort, wo Schokoriegel, Pralinen oder Gebäck vom Band laufen, gelten immer sehr enge Längen- und Paarungstoleranzen für die eingesetzten Antriebsketten. Ein gleichmäßiger Parallellauf für die Formentransportketten ist notwendig – die exakte Positionierung ein Muss. Anlagen und Maschinenelemente müssen daher regelmäßig überwacht und überprüft werden.

Allerdings ist es häufig schon zu spät, wenn Anlagen einen Hinweis auf eine notwendige Wartung oder Nachjustierung geben. Durch vorausschauende Instandhaltung können Maschinenbauer flexibler reagieren und wirtschaftlich handeln.

CCM-S überwacht kontinuierlich im Betrieb
Die smarte Lösung des internationalen Kettenherstellers aus München setzt genau hier an: Mit dem Kettenlängungs-Überwachungssystem CCM-S (Chain Condition Monitoring ─ Smart) lässt sich die Längung an Kettentrieben permanent sensorbasiert überwachen, ohne dafür den Kompromiss einer Produktionsunterbrechung hinnehmen zu müssen.

Das patentierte System misst die Längung von Ketten im laufenden Betrieb. Es ermöglicht Unternehmen vorausschauendes Handeln, indem es das Instandhaltungspersonal rechtzeitig darüber informiert, wann welche Maßnahmen getroffen werden müssen und ob eine Kette nachgespannt oder ausgetauscht werden muss. Durch die intelligenten Datenanalysen des Systems kann das Servicepersonal frühzeitig Inspektionen und Einsatzbedarfe einplanen.

Höhere Maschinenauslastung
„Für unsere Kunden hat die kontinuierliche Kettenlängungsmessung einige entscheidende Vorteile“, betont Florian Wimmer, Value Engineer bei iwis. „Dazu zählen etwa weniger Stillstandzeiten und Produktionsausfälle von Maschinen und Anlagen, welche die Einhaltung von zugesagten Lieferterminen gefährden können. Bei einer planbaren Instandhaltung kann das Wartungspersonal mithilfe unseres Systems rechtzeitig reagieren“, erklärt der Wirtschaftsingenieur weiter.

Auch der Aufwand für die Instandhaltung wird geringer, da das CCM-S dem Techniker schon vor dem Öffnen der Anlage mitteilt, welche Antriebskette ausgetauscht werden muss. „Mit diesen Vorteilen können unsere Kunden das Beste aus ihrer Anlage herausholen und damit die Maschinenauslastung und -produktivität steigern“, ergänzt Florian Wimmer.

Das CCM-S misst die Kettenlängung kontaktlos und greift nicht aktiv in den Kettenantrieb ein. Das Modul kann ohne viel Aufwand in verschiedenen Kettenanwendungen nachgerüstet werden.

1) Anschraubpunkt Kunde (2x M6)
2) USB-Anschluss
3) Gehäuse
4) Gleitschuh
5) IO-Link-Anschluss

Einfach installierbar dank Plug & Play
Das CCM-S-Modul funktioniert nach dem Prinzip Plug & Play. Es ist sehr einfach zu installieren und in der Anwendung müssen keine Voreinstellungen und Kalibrierungsmaßnahmen mehr vorgenommen werden. Das Modul wird einfach in der Anlage montiert, das Kabel angesteckt und schon ist das System einsatzbereit.

Ist das Modul in bestehenden Kettenantrieben verbaut, können Anwender entweder per iwis-Software oder über IO-Link sofort mit der Auswertung der Daten über den Verschleiß im Kettentrieb beginnen.

Kontaktlos und ohne Eingriff in den Kettenantrieb
Ist das Überwachungssystem einmal in Betrieb, verrichtet es seine Arbeit diskret im Hintergrund: „Da es die präzisen Messungen der Kettenlängen kontaktlos vornimmt, greift das CCM-System nicht aktiv in den Kettenantrieb ein“, erklärt Florian Madlener, Director R & D bei iwis, die Technik hinter der Innovation, an deren Entwicklung er maßgeblich beteiligt war.

Das System kann die Messungen zudem unabhängig von der Geschwindigkeit vornehmen. Es zeichnet immer zwei Messwerte an zwei unterschiedlichen Sensorstellen auf, wobei beide gemessenen Werte zum selben Zeitpunkt aufgenommen werden.

d = Definierter Abstand zwischen Sensor A und B
n = Anzahl Kettenglieder zwischen Sensor A und B
p = Kettenteilung
v = Versatz durch Kettenlängung

Die gemessene Kettenlängung ist die Differenz zwischen dem definierten Abstand der Sensoren (d) und dem Nennmaß der Kette (n*p). Das CCM-S gibt dabei das Verhältnis zwischen der gemessenen Kettenlänge und der theoretischen Nulllänge einer neuen Kette aus. Dieser Wert ergibt die Kettenlängung in Prozent.

Mit dem CCM-S hat iwis ein Überwachungssystem entwickelt, das sich das physikalische Prinzip der Induktion zunutze macht: Die Kettenrollen gleiten an den Sensorspulen vorbei und können so als metallische Einheit erfasst werden.

Unkompliziert nachträglich einzubauen
Die Entwickler bei iwis wollten ihre smarte Lösung möglichst breit einsetzbar machen und haben das Überwachungssystem gleich für verschiedene Kettengrößen entwickelt. „Da das CCM-S jeweils nur einen Strang der Kette detektiert, kann es auch Duplex- und Triplexketten überwachen“, sagt Florian Madlener.

Zudem könne die Lösung auch nachträglich schnell und einfach ─ ohne den Einsatz von Sonderanbauteilen an den Ketten ─ in verschiedene Anwendungen integriert werden.

Dank einer SLE-Funktion (Segment Link Elongation) erfasst das System aber nicht nur die Kettenlängung des gesamten Kettenstrangs in der Anlage. Mit Unterstützung der SLE-Funktion wird die gesamte Kette in einzelne Segmente aufgelöst. Diese werden individuell gemessen und auf Abweichungen zur durchschnittlichen Ketten¬längung hin ausgewertet. Dafür müssen an den Außenlaschen des Kettenstrangs beidseitig Magneten angebracht werden, um einen Start- bzw. Endpunkt zu definieren. So generiert das System ein Balkendiagramm, das die Längung einzelner Kettensegmente anzeigt.

Das CCM-S-System kann auch die individuelle Längung einzelner Kettensegmente messen und stellt die Ergebnisse übersichtlich dar.

Infokasten:

Technische Eigenschaften

• Das CCM-S misst die Längung folgender Kettenteilungsgrößen:
        o British-Standard: Teilungsgrößen 08B bis 32B
        o ANSI-Standard: Teilungsgrößen 40 bis 160
• Umgebungstemperatur: 0°C bis 70°C
• Minimal zulässige Geschwindigkeit: << 0,1 m/s
• Maximal zulässige Geschwindigkeit: 5 m/s
• Kettenwerkstofftypen: Carbonstahl und rostfreier Stahl
• Schutzklasse: IP67
• Schnittstellen: IO-Link und USB

Die Idee

„Mit der zunehmenden Digitalisierung im Maschinenbau und der wachsenden Bedeutung der Themen Industrie 4.0, Smart Factory, Predictive Maintenance und Condition Monitoring steigen die Ansprüche unserer Kunden. Sie wünschen sich IIoT-Produkte, intelligente Lösungen zur Zustandsüberwachung und eine höhere Anlagensicherheit. Diese Bedürfnisse zu erfüllen, war für uns Motivation und die treibende Kraft, eine zukunftsweisende Überwachung von Kettenantrieben zu entwickeln.“

Florian Wimmer ist Value Engineer bei iwis und arbeitet an der Entwicklung des CCM-S-Systems.

Infokasten (optional)

Das steckt noch im CCM-S

• Temperaturüberwachung
Per Sensor misst das System die Temperatur am Gleitschuh an der Oberfläche der Kettenrollen. Mangelschmierung kann etwa ein Indikator für zu hohe Temperaturen am Kettenstrang sein. Zudem misst ein weiterer Sensor die Temperatur der CPU innerhalb des CCM-S.

• Schocksensor
Schlägt der Kettenstrang gegen den Gleitschuh des CCM-S, wird der Stoß über einen Schocksensor im CCM-S gemessen. Das kann beispielsweise durch steife Glieder infolge von Mangelschmierung hervorgerufen werden.

• Multi-CCM-S
Für Kettenteilungen ab 50,8 mm können zwei CCM-S-Module miteinander verbunden und hintereinander auf einen Kettenstrang gesetzt werden. Jedes CCM-S fungiert dann als einzelner Sensor.

Autoren:
Florian Madlener, Director Development and Testing bei iwis antriebssysteme
Florian Wimmer, Value Engineer bei iwis antriebssysteme