Anforderungen an ein antriebssignalbasiertes Zustandsüberwachungssystem in Presswerken

Kommt es an Pressenstraßen zu einem Schaden an kritischen Komponenten wie Hauptantrieb, Ziehkissenhydraulik oder dem Pressentransfer, führt dies zu einem Stillstand der Presse. Nach der reaktiven Instandhaltungsstrategie werden erst dann Instandsetzungsmaßnahmen eingeleitet, wenn bereits ein Schaden eingetreten ist. Eine Planbarkeit der Instandsetzung ist dadurch nicht möglich. Gleichzeitig sind die Stillstandzeiten der Presse hoch, wenn eine der oben genannten Komponenten betroffen ist. Folgeschäden an anderen Pressenteilen sind durch unvorhergesehene Betriebszustände nicht auszuschließen. Bei der periodisch vorbeugenden Instandhaltung werden hingegen Instandsetzungsmaßnahmen unabhängig vom Analgenzustand nach einem bestimmten Intervall, wie der Anzahl an Betriebsstunden oder der Hubzahl, durchgeführt. Dies führt zu einer besseren Planbarkeit durch die Vermeidung von unvorhergesehenen schadensbedingten Stillstandzeiten der Presse. Um jedoch sicher vor einem Schaden tätig werden zu können, sind die Instandhaltungsintervalle kurz gefasst. Nachteilig an dieser Strategie sind die vermehrten instandhaltungsbedingten Stillstandzeiten sowie der erhöhte Ersatzteilbedarf. Die Wartungsintervalle können verlängert und die gesamte Lebensdauer der Pressenkomponenten ausgenutzt werden, wenn die Instandsetzung vom tatsächlichen Zustand der Presse abhängig gemacht wird. Bei der zustandsabhängigen Instandhaltung wird der Zustand von Pressenkomponenten durch sogenannte Condition-Monitoring-Systeme ermittelt. Der Zeitpunkt der Instandhaltung bleibt wie bei der periodisch vorbeugenden Instandhaltungsstrategie planbar. Durch die Ausnutzung des maximalen Abnutzungsvorrats der Pressenbauteile werden Instandhaltungskosten gesenkt. Da vor einem sich anbahnenden Schaden eingegriffen werden kann, werden Folgeschäden an der Presse vermieden.Condition-Monitoring-Systeme bestehen aus Sensoren zur Signalaufnahme, Digitalrechnern zur Datenverarbeitung und Anzeigeelementen zur Visualisierung des Anlagenzustands. Werden Pressen nachträglich mit Condition-Monitoring-Systemen ausgerüstet, erfordert gerade die Sensorinstallation einen hohen Arbeits- und Kostenaufwand. Kritische Komponenten wie Wälzlager oder Getriebe, deren Zustand durch Beschleunigungssensoren überwacht wird, sind in der Regel schwer zugänglich. Werden Komponenten wie Pumpen oder Elektromotoren, deren Lager mit Beschleunigungssensoren überwacht werden, ausgetauscht, so sind auch die Sensoren erneut anzubringen. Aus diesem Grund wird untersucht, ob eine Zustandsüberwachung von kritischen Pressenkomponenten ohne die Verwendung von zusätzlicher Sensorik möglich ist. Moderne Pressen verfügen über eine Reihe von elektrischen Haupt- und Nebenantrieben. Bei diesen Antrieben handelt es sich zu einem Großteil um geregelte Servomotoren, zu deren Betrieb Daten wie die Drehzahl und der Phasenstrom in der internen Regelung vorliegen. Diese Daten aus dem Antrieb sollen die Grundlage für die sensorlose Zustandsüberwachung bilden. Die Untersuchungen werden zunächst an dem Transfer einer Großraumsaugerpresse durchgeführt. Der Transfer einer Pressenstufe verfügt über zwölf Servomotoren, deren Signale für die Zustandsüberwachung genutzt werden können. Die Motoren treiben die vier Achsen des Transfers an, an deren Mechanik es zu Schäden wie Zahnausbruch in Getrieben, Zahnausbruch an Zahnstangen und Aufrauen der Linearführungen kommt. Es soll untersucht werden, wie diese Schäden während des dynamischen Betriebs des Pressentransfers anhand der internen Antriebssignale detektiert werden können. Dazu sind zunächst die Auswirkungen der mechanischen Schäden auf den Servomotor und die Signale im Antrieb zu bestimmen. Es muss ein Signalanalyseverfahren ermittelt werden, mit dem die beschriebenen schadensbedingten Abweichungen in den Antriebssignalen bestimm werden können. Dieses Verfahren bildet die Grundlage für eine kontinuierliche, sensorlose Zustandsüberwachung, die auf einem Digitalrechner implementiert werden kann.