IoT: Die Smart Plastics kommen

Als ein Teil von Industrie 4.0 und der Fabrik von morgen gilt die voraus­schauende Wartung, oder auch „Predictive Maintenance“. Für diesen Bereich hat Igus eine Produktfamilie entwickelt, bei denen Sensoren und Überwachungsmodule Kunststoffkomponenten der Energieketten,Leitungen und Gleitlagerprodukte intelligent machen. › von Richard Habering

Bei Isense-EC.RC beispielsweise messen und überprüfen verschiedene Sensoren durchgehend den betriebsgemäßen Lauf der Energiekette. Ein einziges Kommunikationsmodul kann gleichzeitig viele Energieketten und Leitungen überwachen.

Smart Plastics sollen künftig dabei helfen, ungeplante Anlagenstillstände und damit teure Produktionsausfälle zu vermeiden. „Dank der digitalen Vernetzung von Maschinen und Produkten ist es möglich, laufend den Zustand der Komponenten zu erfassen und zu informieren, sobald eine Reparatur oder ein Austausch erforderlich ist“, erläutert Michael Blaß, Prokurist Energiekettensysteme bei Igus.

Bei Energiekettensystemen ist dies beispielsweise der eine Sensor (Isense EC.M), der auf dem Mitnehmer der Kette montiert wird und eigenständig dessen Zustand über Beschleunigung, Geschwindigkeit, Temperatur und zurückgelegte Zyklen aufnimmt. Daraus kann die zurückgelegte Strecke sowie die verbleibende Standzeit des Systems abgeleitet werden. Mit einer Variante (Isense EC.W) werden bei gleitenden Energieketten beispielsweise auf Kranen, Portalen oder Verfahrachsen der Abrieb an den Verschleißzugaben prozentgenau ermittelt.

Sofortiger Stopp bei Zwischenfällen

Für unmittelbar auftretende und unvorhersehbare Vorfälle hat der Hersteller eine Lösung entwickelt. Es ermittelt den Bruch eines Kettenglieds durch Unfälle oder Vandalismus mittels eines Polymerdrahts in Spezialtrennstegen und einer Sensoreinheit. Die Information aus der Sensoreinheit kann entweder von der Auswerteinheit (Isense EC.B), welche Teil eines IoT-Netzwerks sein kann, ausgelesen werden oder die Sensoreinheit wird direkt an das kundenseitige System angeschlossen.

Diese Lösung ist unter anderem bei einem österreichischen Automobilzulieferer in dessen Hallenportal zum automatisierten Handling von Motorenblöcken schon heute im Einsatz. Hier kam es in der Vergangenheit dazu, dass es bei optischen Kontrollen der Energiekettensysteme keine Beanstandungen gab, aber zwei Wochen später die Kette ausfiel. Durch die Bruchüberwachung kann dies nun verhindert werden.

Kraftsensorik integriert

Bereits seit 2010 wird das so genannte PPDS (Push/Pull Force Detection System) weltweit an hunderten Krananlagen zur Erkennung ungewöhnlicher Betriebszustände eingesetzt. Eine am Mitnehmer der Energiekette angebrachte Kraftsensorik misst kontinuierlich die im Betrieb herrschende Zug- und Schubkräfte und gleicht diese mit den gespeicherten Sollwerten ab. Im Störungsfall erfolgt je nach kundenseitiger Einstellung eine sofortige Abschaltung der Anlage, bevor weitere kapitale Schäden auftreten.

Das bestehende PPDS-Konzept wurde nun unter der Bezeichnung Isense EC.P in das neue Konzept integriert. Die Module können zusätzlich drahtlos via Wlan oder drahtgebunden über CAN-Bus eingebunden werden. Insbesondere in Führungsrinnen bei langen Verfahrwegen bietet das Isense-EC.RC (e-chain Run Control) einen zuverlässigen Aufstiegsschutz im Falle einer Blockade. Sensoren messen und überprüfen dabei durchgehend die Position der Energiekette. Auf diese Weise wird bei mechanischen Störungen ein Aufsteigen der Kette beziehungsweise das Weiterlaufen der Anlage verhindert – damit gehören Totalschäden der Kette oder ein elektrisches Abschalten (beispielsweise durch Leitungsschäden) der Vergangenheit an.

Auch Chainflex Leitungen, die Igus speziell für den bewegten Einsatz in Energieketten entwickelt hat, werden intelligent. Das Isense-CF.Q-Hutschienenmodul empfiehlt basierend auf der Erfahrung aus tausenden Tests für dynamische Leitungen einen Austausch, bevor die Änderungen der elektrischen Eigenschaften zu einem Anlagenstillstand führen. Durch kontinuierliche Messung der elektrischen Eigenschaften in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur und der Zyklenzahl wird ein möglicher Ausfall der Leitung rechtzeitig vorhergesagt.

Intelligente Gleitlagertechnik

Auch aus der Gleitlagertechnik, dem zweiten großen Geschäftsbereich von Igus, gibt es Mitglieder in der Isense-Familie. Mit dem PRT.W- und dem DL.W-Modul lassen sich der Abrieb und somit die verbleibende Lebensdauer an Iglidur-PRT-Polymer-Rundtischgleitlagern beziehungsweise an Drylin-Linearführungen messen. Per Funk werden die Zustandsdaten an den Anwender weitergegeben, der dadurch jederzeit und von überall die Möglichkeit hat, zum richtigen Zeitpunkt einzugreifen. Einfach nachrüstbar sind diese Module als leichte und robuste Kunststoffelemente auch für den Retrofit geeignet. Beispielsweise vor allem in der Verpackungstechnik, aber auch in der Montageautomation, etwa in Automobilwerken oder in der Fertigung von Elektronikartikeln.

Maschinendaten sammeln und auswerten

In Industrie-4.0-Netzwerken lassen sich sämtliche durch die Smart Plastics erhobenen Daten anonymisiert über den sogenannten Icom-Datenkonzentrator an einen zentralen Igus-Datenspeicher senden. Das weiterentwickelte Icom-Modul kommuniziert nun weitgehend kabellos. Auch dadurch, dass für mehrere Systeme nur noch ein einziges Modul benötigt wird, lässt es sich nun einfacher in die bestehende Produktion integrieren. Zusätzlich haben Kunden jetzt auch optional die Möglichkeit, datengenerierende Einheiten anderer Hersteller, die den Status überwachen, mit dem Modul von Igus zu verbinden.

Aus diesen Daten lässt sich mittels integrierten Machine-Learning-Modellen eine Verschleißprognose berechnen, die tatsächliche Nutzungsmuster berücksichtigt. Die Präzision der über ein Webinterface dargestellten Wartungsempfehlungen lässt sich kontinuierlich verbessern. Der Anlagenbetreiber kann so geplante Produktionsunterbrechungen nutzen, die präzisen präventiven Wartungsempfehlungen umzusetzen und dadurch seine Geschäftsprozesse zu optimieren. Dadurch lassen sich Instandhaltungs- und Servicekosten senkten und die Qualität der Fertigung steigern.

Das Sammeln und Auswerten von Maschinendaten ist dabei ein wichtiger Eckpfeiler für eine höhere Planungssicherheit und effiziente Wartung in der Fabrik der Zukunft. Vergleichbar einem weltweiten Testlabor ließen sich durch die Analyse und Auswertung konkreter Daten unterschiedlichster Anwendungen zahlreiche statistische Werte ermitteln, die einerseits noch genauere Vorhersagen ermöglichten; andererseits auch wieder in die Forschung und Entwicklung neuer Produkte zurückfließen könnten. jbi ‹

Autor: Richard Habering, Leiter des Geschäftsbereichs Smart Plastics bei Igus in Köln.