Schmierung als automatisches Feature

Titelgeschichte

Schmierung – Ein beachtlicher Teil der neu vorgestellten Wälzlagerlösungen von Schaeffler bietet sensorische Funktionen. Diese dienen dazu, zusätzliche Regelkreise zu schließen und so die Funktion der Wälzlagerung und der Maschine sowie die Prozessqualität zu verbessern. Jüngstes Beispiel ist Schaeffler DuraSense, eine automatische und bedarfsgerechte Nachschmierung für Profilschienenführungen.

14. März 2018

Seitdem es Maschinen gibt, zählt die manuelle Nachschmierung zu den eher unbeliebten Wartungstätigkeiten. Auch in der Maschinenentwicklung wird der Schmierung häufig keine große Bedeutung beigemessen. Mit dieser weitverbreiteten »Tradition«, die Schmierung als reine Notwendigkeit zu betrachten, bricht Schaeffler radikal: Die Schmierung von Maschinenelementen und im konkreten Fall die Nachschmierung von Profilschienenführungen wird mit Schaeffler DuraSense wie eine Automatisierungsfunktion betrachtet und ermöglicht ganz neue Regelkreise. Auf diese Weise lässt sich eine Reihe von Vorteilen generieren, die weit über reine Nachschmierung hinausgehen.

Das System besteht aus Führungswagen mit einer speziell für diese Aufgabe entwickelten Sensorik, einem kleinen Steuergerät und der Schmierstoffversorgung für die Führungswagen. Hierfür können sowohl alle üblichen Zentralschmieranlagen als auch Nachschmiereinheiten aus der Concept-Serie eingesetzt werden. Schaeffler DuraSense nutzt den Effekt, dass mit alterndem Schmierstoff beziehungsweise kleiner werdender Schmierstoffmenge die Schwingung des Tragkörpers beeinflusst wird.

Impuls wird ausgelöst

Wird ein im Neuzustand generierter Schwingungsschwellenwert – Schmierindikator genannt – überschritten, löst das System automatisch einen Nachschmierimpuls aus. Mangelschmierung, aber auch Überfettung wird zuverlässig vermieden und die Gebrauchsdauer von Profilschienenführungen verlängert. Fährt eine Achse relativ wenig Wegstrecke oder wird mit geringen Bearbeitungskräften belastet, löst Schaeffler DuraSense viel seltener einen Schmierimpuls aus, bei starker Beanspruchung entsprechend häufiger. Bei einer geringen Belastung resultiert aus diesen bedarfsgerechten Schmierintervallen eine Schmierstoffersparnis von bis zu 30 Prozent. Die Korrelation der Nachschmierimpulse mit den Schwingungssignalen erlaubt darüber hinaus noch eine Reihe weiterer Funktionen.

Versagen wird erkannt

Falls die Nachschmierung versagen sollte, zum Beispiel aufgrund eines defekten Schmieraggregates, undichter Schläuche oder verstopfter Schmiernippel, erkennt dies Schaeffler DuraSense zuverlässig durch die Bewertung der emittierten Schwingungsenergie nach den Schmierimpulsen. Eine aufwändige Überwachung über Drucksensoren, wie sie bei vielen Zentralschmieranlagen zum Einsatz kommt, ist nicht notwendig.

Das neue System schützt so auf kostengünstige Weise auch stark verkettete Anlagen vor sehr teuren Stillständen. Dringen durch Verschmutzung Fremdkörper in den Führungswagen ein oder wird der Führungswagen 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. Dies hat den positiven Effekt, dass die Verschmutzung sofort mit dem Schmierstoff aus dem Führungswagen herausgespült wird.

Sinken nach den Schmierimpulsen die Kennwerte wieder auf das normale Niveau, haben die Laufbahnen und Wälzkörper die Kontamination also unbeschadet überstanden. Ohne diese Innovation würde die Profilschienenführung bis zum nächsten geplanten Schmierintervall mit dieser Verschmutzung im Wälzkontakt weiter betrieben werden und entsprechenden Initialschaden oder sogar einen starken Schaden davontragen.

Nach einer sehr langen Betriebsdauer von Kugelumlauf- und 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 Profilschienenführung in diesem Zustand noch voll funktionsfähig ist, können die kürzer werdenden Zeitabstände zwischen den Schmierimpulsen 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.

Kooperation gestartet

Einer der ersten Kunden, der das Potenzial von Schaeffler DuraSense für Produktionsmaschinen erkannte, ist die Buffalo Machinery Co. Der taiwanesische Werkzeugmaschinenhersteller verbindet unter dem Label Smart Machining Technology (SMT) schon heute Monitoring-Systeme mit Kompensationsstrategien zu neuartigen Regelkreisen.

2016 starteten Buffalo und Schaeffler eine Kooperation zum Thema Industrie 4.0 mit dem Ziel, 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 Profilschienenführungen bei. So wurden die Linearachsen des Buffalo-Bearbeitungszentrums mit den Rollenumlaufeinheiten RUE-E und Schaeffler DuraSense ausgerüstet. Die Umrüstung war sehr leicht durchzuführen: Nur die Führungswagen unterscheiden sich von der konventionellen INA-Führung vom Typ RUE-E. Das Maschinendesign kann unverändert bleiben.

Informationen abrufen

Am Display der Axile-G8-Maschinensteuerung sind die Informationen über den Lagerzustand der Achsen und den Schmierstoffverbrauch abrufbar. Ausfälle wegen zu geringer Nachschmiermenge oder zu langen Nachschmierintervallen lassen sich mit Schaeffler DuraSense zuverlässig ausschließen.

Das ist laut Hersteller von großer Bedeutung, da statisch betrachtet die unzureichende Schmierung von Linearachsen zu einer der Hauptursachen vorzeitiger Werkzeugmaschinenausfälle zählt. Die neue smarte Schmierung steigert mit der bedarfs- und belastungsgerechten Nachschmierung somit auch die Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit der kompletten Werkzeugmaschine.

Die intelligente 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.

Das 5-Achs-Bearbeitungszentrum Axile G8 von Buffalo ist mit dieser Kombination an Technologien die erste Werkzeugmaschine in Taiwan, die Industrie-4.0-tauglich ist. mk

Auf einen Blick

Schaeffler DuraSense

• Eine der statistisch häufigsten Ausfallursachen von Werkzeugmaschinen sind Schäden an den Linearführungen aufgrund von Mangelschmierung und Kontamination.

• Mit Schaeffler DuraSense wird das Problem an seiner Ursache gelöst und eine belastungs- und bedarfsgerechte Nachschmierung auf Basis des Schwingungszustands der Linearführung realisiert.

• Betreiber profitieren von einer höheren Maschinenverfügbarkeit und geringeren Wartungskosten ihrer Maschinen.

• Der taiwanesische Maschinenbauer Buffalo hat die DuraSense schon im Einsatz.

Erschienen in Ausgabe: 02/2018