Fenster zum Prozess

Mechatronik

AntriebsSensor – Die intelligente Messung von Kräften und Drehmomenten direkt am Abtrieb verbessert die Prozessüberwachung und ermöglicht zudem eine Prognose der Restlebensdauer.

09. September 2009

Moderne Antriebstechnik besteht heute aus viel mehr als Mechanik: Speziell in Getriebe und Direktantriebe wird zunehmend auch Sensorik integriert. Mithilfe integrierter oder modularer Intelligenz informieren solche Systeme jederzeit über den aktuellen Betriebszustand oder greifen unterstützend direkt in den Regelkreis ein. Es ist zu erwarten, dass solche Lösungen im Maschinenbau bald ebenso selbstverständlich sein werden wie ABS oder ESP bereits heute im Automobilbau.

Ein Pionier auf diesem Gebiet ist der Mechatronikspezialist Wittenstein mit Sitz in Igersheim. Bereits vor einiger Zeit präsentierte das Unternehmen die Getriebereihe AlphaIQ mit integrierten Sensoren, mit denen sich die Messgrößen Temperatur, Drehmoment und Radialbelastung direkt am Abtrieb erfassen lassen. Die Sensorsignale ermöglichen damit eine Echtzeitüberwachung sowie eine Untersuchung ungeplanter Ausfälle und liefern zudem die Grundlagen zur Prognose der Restlebensdauer.

Neu im Programm des Unternehmens ist jetzt ein modular aufgebautes kombiniertes Kraft- und Drehmomentmesssystem mit integrierter Auswerteelektronik, das sich einfach und preiswert in nahezu jeden Antriebsstrang integrieren lässt. Es erfasst in Echtzeit gleichzeitig Drehmoment, Temperatur und Querkräfte und lässt sich über alle gängigen Bussysteme und Schnittstellen auslesen.

Die Idee der Diagnose, Prozessüberwachung und Prozessregelung mithilfe intelligenter Sensorkomponenten basiert auf einer einfachen Grundüberlegung: Ein Getriebe oder ein Motorflansch ist das Standardbauteil, das dem Prozess am nächsten liegt und über das sämtliche mechanischen Belastungen wie Querkräfte, Drehmomente und Drehzahl laufen, mit der Folge von thermischer Belastung, Verschleiß und eventuellem Spiel.

Ein Blick ins Getriebe

Der Betreiber des Getriebes erhält jedoch in der Regel keinerlei unmittelbare Information darüber, ob der Antrieb über- oder unterfordert ist. Intelligente Sensorik ermöglicht es den Antriebskomponenten, sich auszutauschen. Der Einsatz der intelligenten Kraftsensorik quasi an der »Wespentaille« des Antriebs eröffnet deshalb für den Antriebstechniker völlig neue Möglichkeiten, da er sozusagen ein Fenster zum Prozess öffnet. Mögliche Anwendungsbereiche reichen von kraftgesteuerten Pressvorgängen oder Extrudern über die Vorschubsteuerung oder Werkzeugüberwachung in Werkzeugmaschinen bis zur Robotik und zur Bandzugsteuerung in Textil- oder Papiermaschinen.

Weitere sehr wirtschaftliche Einsatzfelder finden die Sensoren auch im Bereich der Systemüberwachung. So ermöglichen sie eine Früherkennung von unregelmäßiger Abnützung, die zu ungeplanten Ausfällen führen kann. Eine realistische Prognose der Restlebensdauer bewirkt auf diese Weise massive Kosteneinsparungen durch die Verringerung von Stillstandszeiten. Zudem gewährleisten die Sensoren schon in der Entwicklungsphase von Anlagen die sichere Auslegung der einzelnen Antriebe und erlauben manchmal den Wegfall von unnötigen Zusatzkomponenten.

Beispielhaft eingesetzt ist das neue System in einer Pressenapplikation, bei der das Produkt mit einer definierten Kraft zusammengepresst werden muss, um die Packgröße zu minimieren. Bei der Pressung muss allerdings gewährleistet sein, dass die Produkte nicht zu stark gepresst werden und keinen Schaden nehmen.

Ein weiteres Applikationsbeispiel basiert auf einer Motor-Getriebe-Einheit mit integrierter Temperatur-, Drehmoment- und Querkraftsensorik. Dieses System wurde bei der Neuentwicklung einer Airjet-Webmaschine als mechanischer Debugger eingesetzt, um bereits in einer frühen Entwicklungsphase die Belastungen in einem neuralgischen Punkt der Maschine bestimmen und optimieren zu können.

Stefan Basig, Wittenstein/bt

Fakten

- Die Wittenstein AG im nordwürttembergischen Igersheim ist führender Hersteller von mechatronischer Antriebstechnik.

- Das Produktportfolio umfasst Servogetriebe, Servoantriebssysteme, Medizintechnik, Verzahnungstechnologie, Aktuatorsysteme sowie Elektronik- und Softwarekomponenten.

Erschienen in Ausgabe: 5-6/2009