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antriebstechnik 4/2020

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antriebstechnik 4/2020

SPECIAL: HANNOVER MESSE

SPECIAL: HANNOVER MESSE 2020 Im Bereich der Antriebstechnik stellen genaue Messungen von Drehmoment, Drehzahl, Vibration und Axialkräften unter Umständen eine große Herausforderung dar. Das Problem: Ein rotierender Antriebsstrang erschwert die Aufnahme von Messdaten, weil keine direkte Vernetzung durch ein Kabel möglich ist oder der benötigte Bauraum fehlt. Genau hier setzt die Intelligente Kupplung von R+W an: Die integrierte Sensorik funktioniert kabellos. Sie erhebt die Messdaten direkt im Antriebsstrang und überträgt sie nahezu in Echtzeit auf Smartphone, Tablet, Computer oder direkt in die Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) beim Kunden. „Die Intelligente Kupplung ist eine smarte Alternative zum Drehmomentaufnehmer“, erklärt Sascha Markert, Entwicklungsleiter bei der R+W Antriebselemente GmbH. „Mit einem Blick auf sein Handy oder Tablet hat der Bediener sämtliche dynamische Parameter und die für eine ununterbrochene Anlagenverfügbarkeit relevanten Daten jederzeit im Blick“, so Markert weiter. Dahinter verbirgt sich eine aufgewertete Serienkupplung, welche durch eine integrierte Sensorik zusätzliche Messfunktionen bietet. KUPPLUNG MIT INTEGRIERTER MESSELEKTRONIK Die Intelligente Kupplung lässt sich, wie die rein mechanische Baureihe, einfach und flexibel in den Antriebsstrang integrieren. Ein weiterer Vorteil ist der geringe Bauraum, den die Kupplung benötigt, da keine aufwändige Hilfskonstruktion für den Einbau nötig ist. Der Einsatz auf engstem Raum oder in mobilen Anwendungen wird durch eine Stromversorgung über einen integrierten Akku mit einer Ladung von 2 000 mAh ermöglicht. Falls eine konstante Datenmessung erforderlich ist, kann die Intelligente Kupplung demnächst alternativ mit einer induktiven Stromversorgung eingebaut werden. Diese stationäre Variante verwendet eine kleine, an das Stromnetz angeschlossene Box, welche berührungslos mehrere Millimeter fest unter die Kupplung montiert wird. Die erforderliche Energie wird über integrierte Spulen nach dem Prinzip der Nahfeld-Telemetrie übertragen. Dabei ermöglicht die intelligente Sensorik Datenmessungen, ohne dass ein externer Messverstärker installiert werden muss. Die Sensoren messen Drehmoment, Drehzahl, Vibration sowie Zugund Druckkräfte mit einer Abtastrate von 500 Hertz. Diese Daten werden direkt in der internen Elektronik verarbeitet und zeitgleich auf ein drahtlos verbundenes System übertragen. ANWENDUNGSSPEZIFISCHE DATENÜBERTRAGUNG Die Messdaten können nahezu in Echtzeit über eine Bluetooth- Low-Energy-Verbindung an ein verbundenes Gerät gesendet werden. Dabei kann der Bediener zwischen einer hohen Übertragungsrate oder einer Übertragung mit besonders geringem Stromverbrauch wählen. Die Intelligente Kupplung führt viele Rechenoperationen bereits auf der internen Messelektronik durch. Selbst bei einer geringen Übertragungsrate wird so eine hohe Abtastfrequenz gewährleistet. Indem nur die errechneten Mittelwerte, sowie Minund Max-Werte gesendet werden, lässt sich Energie und Bandbreite einsparen, ohne dass die Messgenauigkeit reduziert wird. Bei der Streaming-Variante beträgt die Übertragungsrate 500 Hertz mit einer Akkulaufzeit von zwei bis drei Tagen. Im Broadcasting-Modus werden die Daten mit 20 Hertz übertragen, dafür hält der Akku bei konstanter Nutzung bis zu sieben Tage. Die unterschiedlichen Verbindungstypen bieten so für jeden Anwendungsfall die optimale Darstellung der Sensordaten. Zusätzlich ist es möglich sogenannte Events festzulegen: Hierbei vermerkt die Kupplung beim Erreichen eines Schwellenwertes den Event im Speicher. Das kann zum Beispiel der eingetragene Drehmomentwert sein. Wird anschließend einer dieser Events ausgewählt, werden die Drehmomente vor und nach dem Event ebenfalls aufgeführt. Möglich ist dies, da die Werte kontinuierlich in einen Speicher geschrieben werden. So werden auch die Werte vor dem eigentlichen Event festgehalten. BENUTZERFREUNDLICHE DARSTELLUNG MIT EIGENER APP Alle Messgrößen werden auf dem Mobilgerät über die R+Weigene App angezeigt, übersichtlich aufbereitet und in unterschiedlichen Ansichten dargestellt. Sascha Markert erläutert die 01 Die Dashboard-Ansicht zeigt tabellarisch Mittel-, Minimal- und Maximalwert an 02 Unter anderem lässt sich das Drehmoment beobachten 01 02 56 antriebstechnik 2020/04 www.antriebstechnik.de

SPECIAL: HANNOVER MESSE 2020 bedienerfreundliche Benutzeroberfläche: „Die komplexe Messtechnik und deren Algorithmen hinter der Oberfläche sind für den Benutzer nicht sichtbar. Die intuitive Gestensteuerung macht die Bedienung einfach und komfortabel.“ In der App zeigt die Dashboard-Ansicht die Daten tabellarisch mit Mittel-, Minimal- und Maximalwert an. Verschiedene skalierbare Diagrammtypen verfolgen den detaillierten Verlauf der Messgrößen. Im Multi-Graph lassen sich zum Beispiel zwei Messgrößen einer Kupplung übereinander in einem Diagramm darstellen, um mögliche Korrelationen einfach zu erkennen. Ebenso wurde zur Frequenzanalyse ein FFT-Algorithmus implementiert, der es möglich macht, die von der Kupplung gemessenen Drehmomente, Kräfte und Schwingungen von einem zeitdiskreten Signal in seine Frequenzanteile zu zerlegen. Auf diese Weise lassen MIT DER INTELLIGENTEN KUPPLUNG ENTSTEHT EIN GESAMTBILD, AUF DESSEN GRUNDLAGE QUALITÄTS- UND EFFIZIENZ- GEWINNE MÖGLICH SIND sich Amplituden und Frequenzen in einer übersichtlichen Form aufführen und analysieren. Das Darstellen von Lastkollektiven aus dem Bereich der Betriebsfestigkeit ist bereits in Planung. Hierbei wird in der App ein Zeitraum von Messdaten ausgewählt und die Häufigkeit von applikationsschädigenden Drehmomentamplituden ausgewertet und gezeigt. Das Ziel von R+W ist es, dem Kunden in der App schon historisch bewährte Auswertetools an die Hand zu geben, mit deren Hilfe er seine Applikationen gezielt optimieren kann. Die App visualisiert zudem Messdaten von mehreren intelligenten Kupplungen gleichzeitig und stellt sie übersichtlich in einem Diagramm dar. Für weitere Analysezwecke lassen sich die Messdaten als CSV-Datei speichern und auf einem Computer in Excel importieren. CONDITION-MONITORING ÜBER UNIVERSELLE SCHNITTSTELLEN Nachrüstbarkeit und Abwärtskompatibilität mit bestehenden Systemen waren für R+W bei der Entwicklung der Intelligenten Kupplung zentrale Kriterien. Neben der App kann die Intelligente Kupplung auch mit dem R+W Gateway verbunden werden. Das Gateway hat eine USB-UART-Schnittstelle, vier digitale und acht analoge Ausgänge. Per USB-Kabel lässt sich eine direkte Computerverbindung herstellen. Mit Softwareprogrammen von Drittanbietern, wie z. B. mit Serial Port Plotter, Matlab oder LabView, können die Messwerte auf dem PC dargestellt werden. Eine SPS-Anbindung lässt sich über die analogen und digitalen Schnittstellen realisieren, wobei letztere als Ausgang für Events, wie Überlastdetektion, dienen. Durch diese universelle Anbindung sind alle gängigen Industriestandards im Bereich der Speicherprogrammierbaren Steuerungen kompatibel. Neben den etablierten Systemen sind auch neue Marktlösungen wie IO-Link, Umati oder Cloudlösungen umsetzbar. Auch Datensicherheit spielte eine wichtige Rolle bei der Software- Entwicklung: „Manche Kunden möchten keine externen Bausteine in ihrem Unternehmensnetzwerk“, erklärt Sascha Markert. „Mit der R+W-App, sowie dem R+W Gateway in Verbindung mit einem externen Rechner oder anderen Cloudlösungen, kann der Abgleich mit vorhandenen Daten auch außerhalb des Firmennetzwerks stattfinden.“ PREDICTIVE MAINTENANCE UND ENERGY HARVESTING Die vorausschauende Instandhaltung kann die Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit von Anlagen erhöhen, denn die Erhebung von Zustandsdaten der Maschinen hilft, Wartungs- und Instandhaltungsarbeiten proaktiv zu planen und die dafür benötigten Ressourcen wie Ersatzteile oder Personal bereitzuhalten. So können unerwartete Ausfälle von Anlagen vermieden werden. Für die Intelligente Kupplung bedeutet das konkret: Die Analyse der kombinierbaren, zeitabhängigen Messgrößen kann u. a. dazu verwendet werden, um das dynamische Verhalten im rotierenden Antriebsstrang transparenter und somit besser beurteilen zu können. Dadurch lassen sich Ausfall- und Stillstandzeiten reduzieren oder verhindern. R+W plant schon den nächsten Schritt: die Intelligente Kupplung mit miniaturisierten Energiewandlern auszurüsten. Das sogenannte „Energy Harvesting“ sorgt für eine autonome Energieversorgung der Intelligenten Kupplung durch Umwandlung vorhandener und ungenutzter mechanischen Energie in elektrische Energie. Sascha Markert ist sich sicher: „Das gesamte Potenzial ist noch lange nicht ausgeschöpft. Neue Funktionen und verschiedene Algorithmen zum Auswerten der Messdaten sorgen dafür, dass die Kupplung noch smarter wird und neue Maßstäbe auf dem Markt gesetzt werden.“ Halle 5, Stand E13 Fotos: R+W Antriebselemente GmbH www.rw-kupplungen.de DIE IDEE „Die Intelligente Kupplung ist eine smarte Alternative zum Drehmomentaufnehmer. Mit einem Blick auf sein Handy oder Tablet hat der Bediener sämtliche dynamische Parameter und die für eine ununterbrochene Anlagenverfügbarkeit relevanten Daten jederzeit im Blick.“ Sascha Markert, Entwicklungsleiter, R+W Antriebselemente GmbH www.antriebstechnik.de antriebstechnik 2020/04 57

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