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Lineartechnik

Profilschienenführungen automatisiert schmieren

| Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Sandra Häuslein

„Mehrwert durch Digitalisierung“ – das hat sich Schaeffler auf die Fahne geschrieben. Neuestes Beispiel ist eine automatisierte und bedarfsgerechte Nachschmierung für Profilschienenführungen. Das System bietet Vorteilen, die weit über reine Nachschmierung hinausgehen.

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Das komplette Angebot der Schaeffler Durasense für Profilschienenführungen für bedarfsgerechte, automatisierte Nachschmierung: vierreihige Kugelumlaufführung Kuve (li.), Rollenumlaufführung Rue (Mitte), sechsreihige Kugelumlaufführung Kuse (re.).
Das komplette Angebot der Schaeffler Durasense für Profilschienenführungen für bedarfsgerechte, automatisierte Nachschmierung: vierreihige Kugelumlaufführung Kuve (li.), Rollenumlaufführung Rue (Mitte), sechsreihige Kugelumlaufführung Kuse (re.).
(Bilder: Schaeffler)

Schmieranlagen zählen zu den Nebenaggregaten, die nach der Inbetriebnahme gerne vergessen werden. Treten keine unerwarteten Ausfälle auf, hinterfragt in der Regel niemand die anfänglich festgelegten Schmierintervalle und Schmierstoffmengen. Mit dieser weit verbreiteten „Tradition“, die Schmierung als reine Notwendigkeit anzusehen, bricht Schaeffler radikal: Die Schmierung von Maschinenelementen und im konkreten Fall die Nachschmierung von Profilschienenführungen wird mit Schaeffler Durasense wie eine Automatisierungsfunktion betrachtet. Auf diese Weise lassen sich eine Reihe von Vorteilen generieren, die weit über die reine Nachschmierung hinausgehen.

Laufwagen mit spezieller Sensorik

Das System besteht aus Laufwagen mit einer speziell für diese Aufgabe entwickelten Sensorik, einer kleinen elektronischen Auswerteeinheit für bis zu sieben Sensoren und einer optionalen Schmierstoffversorgung für die Laufwagen. Schaeffler Durasense nutzt den Effekt, dass mit alterndem Schmierstoff bzw. kleiner werdender Schmierstoffmenge die Schwingung des Laufwagens beeinflusst wird. Bei Überschreitung eines im Neuzustand (Sollzustand) generierten Schwingungs-Schwellenwertes – Schmierindikator genannt – löst das System automatisch einen Nachschmierimpuls aus. Mangelschmierung aber auch Überfettung werden vermieden und die Gebrauchsdauer von Linearführungen verlängert. Bei geringer Belastung lassen sich in der Praxis bis zu 30 % Schmierstoff einsparen. Die Korrelation der Nachschmierimpulse mit den Schwingungssignalen erlaubt jedoch noch weitere Funktionen.

Falls die Nachschmierung versagen sollte, z.B. aufgrund eines defekten Schmieraggregates, undichter Schläuche oder verstopfter Schmiernippel, erkennt dies Schaeffler Durasense durch die Bewertung der emittierten Schwingungsenergie nach den Schmierimpulsen. Eine aufwendige Überwachung mittels Drucksensoren, wie sie bei Zentralschmieranlagen eingesetzt wird, ist nicht notwendig. Das System schützt so auch stark verkettete Anlagen vor teuren Stillständen.

Körperschall löst Schmierimpuls aus

Dringen durch Verschmutzung Fremdkörper in den Laufwagen ein oder wird der Laufwagen mit einem flüssigen Medium kontaminiert, wird dies über den Körperschall detektiert und ein Schmierimpuls ausgelöst. Solange der emittierte Körperschall über dem Schmierindikator-Wert liegt, werden die Schmierimpulse wiederholt. So wird die Verschmutzung mit dem Schmierstoff aus dem Laufwagen herausgespült. Sinken nach den Schmierimpulsen die Kennwerte wieder auf normales Niveau, haben die Laufbahnen und Wälzkörper die Kontamination unbeschadet überstanden. Ohne diese Technik würde die Linearführung bis zum nächsten geplanten Schmierintervall mit der Verschmutzung im Wälzkontakt weiter betrieben werden und könnte Schäden davontragen.

Nach sehr langer Betriebsdauer von Kugelumlauf- bzw. Rollenumlaufeinheiten setzt allmählich eine oberflächennahe Werkstoffermüdung ein. Diese kann das sensible Messsystem erfassen und löst nun häufiger Nachschmierimpulse aus. Die Laufruhe der Linearachse bleibt länger erhalten und die Produktqualität über eine längere Zeit konstant.

Obwohl die Linearführung noch voll funktionsfähig ist, können die kürzer werdenden Zeitabstände zwischen den Schmierimpulsen als Indikator und Startpunkt für eine Prognose der Restlaufzeit der Profilschienenführung sein. Diese Berechnung wird zukünftig als Lifetime Analyzer verfügbar sein und erlaubt es, auf Basis tatsächlicher Betriebsdaten Instandhaltungstermine zustandsorientiert zu planen.

Zum Durasense-Portfolio gehört auch die Auswerteelektronik zum Anschluss von bis zu sieben Sensoren zur optimalen Überwachung des Schmierzustands von INA-Profilschienenführungen.
Zum Durasense-Portfolio gehört auch die Auswerteelektronik zum Anschluss von bis zu sieben Sensoren zur optimalen Überwachung des Schmierzustands von INA-Profilschienenführungen.
(Bild: Schaeffler)

Einsatz in Werkzeugmaschinen

Einer der ersten Kunden, der Schaeffler Durasense für Produktionsmaschinen nutzt, ist die Buffalo Machinery Co. Der taiwanesische Werkzeugmaschinenhersteller verbindet unter dem Label SMT (Smart Machining Technology) Monitoring Systeme mit Kompensationsstrategien zu neuartigen Regelkreisen. 2016 starteten Buffalo und Schaeffler eine Kooperation zum Thema „Industrie 4.0“, um eine erweiterte Zustandsüberwachung für Werkzeugmaschinen zu entwickeln. Hierzu wurde das 5-Achs-Bearbeitungszentrum Axile G8 von Buffalo Machinery mit allen wichtigen Messsystemen ausgestattet. Schaeffler steuert für dieses Entwicklungsprojekt die Technologien für die Zustandsüberwachung und –prognose der Linearführungen bei. So wurden die Linearachsen des Buffalo-Bearbeitungszentrums mit den Rollenumlaufeinheiten Rue und Schaeffler Durasense ausgerüstet.

Ergänzendes zum Thema
Schaeffler Durasense mit zwei Ausgabesignalen

Mit Schaeffler Durasense kann die Nachschmierung auf zwei verschiedene Arten gelöst werden. In der einfachen Ausbaustufe dient das System zur Bewertung, Überwachung und gegebenenfalls Optimierung einer manuellen Nachschmierung bzw. einer installierten Intervallschmierung. Dazu wird für jeden der sieben Kanäle der Schmierindikator-Wert als 4-20mA-Signal ausgegeben.

Bei der automatisierten Variante sind die Sensorik und das Schmiersystem in einem Regelkreis miteinander verbunden. Auf fixe oder manuelle Schmierintervalle wird verzichtet und ausschließlich auf Basis des Schmierindikators das Schmiersystem angesteuert. Für das Auslösen der Schmierimpulse liefert die Auswerteeinheit für jeden der sieben Kanäle ein 24V-Triggersignal. Abgesehen von den beiden analogen Ausgängen wird Schaeffler Durasense in der zweiten Jahreshälfte auch über Feldbus-Protokolle verfügen. Die Auswahl der Ausgänge sowie die Anzahl und Typen der Laufwagen können dann auch mit einer neuen Software von jedermann konfiguriert werden.

BUCHTIPPDas Buch „Industriesensorik“ beschreibt die Entwicklung und die praktische Anwendung der wichtigsten Sensoren. Durch anwendungsbezogene Fehleranalysen von Messsystemen, Sensoren und Sensorsystemen, jeweils ergänzt durch viele detaillierte, vollständig durchgerechnete Anwendungsbeispiele, eignet sich das Buch nicht nur für Studenten, sondern auch für Ingenieure und Techniker verschiedener Fachrichtungen.

Die Umrüstung war leicht durchzuführen: Nur die Laufwagen unterscheiden sich von dem konventionellen Linearführungssystem Rue. Das Maschinendesign kann unverändert bleiben. Am Display der Axile-G8-Maschinensteuerung sind die Informationen über den Lagerzustand der Achsen und den Schmierstoffverbrauch abrufbar. Ausfälle aufgrund von zu geringer Nachschmiermenge oder zu langen Nachschmierintervallen können mit Schaeffler Durasene ausgeschlossen werden. Das System steigert mit der bedarfs- und belastungsgerechten Nachschmierung somit auch die Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit der kompletten Werkzeugmaschine.

TechnoIogien clever kombinieren

Die Kombination der Technologien von Schaeffler zur Zustandsanalyse und –prognose mit der Smart Machining Technology (SMT) von Buffalo ermöglicht dem Werkzeugmaschinenhersteller die Entwicklung neuer Services. Diese sind unter dem Label Axile Reliability Technology, kurz ART zusammengefasst. ART verwendet zur Datenerhebung sowohl Sensoren an den Schlüsselkomponenten der Werkzeugmaschine als auch Daten aus der Maschinensteuerung. Nach einer ersten Vorverarbeitung der Echtzeitdaten werden diese zur Analyse in die Axile-Cloud hochgeladen, um mit den Schaeffler-Algorithmen den Zustand der Maschinenkomponenten auf Basis der Betriebsdaten zu bestimmen. Die Daten dienen außerdem dazu, den Fertigungsprozess mit SMT von Buffalo intelligent zu steuern und zu optimieren.

Hannover Messe 2019: Halle 22, Stand D43

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