Spritzgießmaschinen

Ein Condition Monitoring System zur zustandsorientierten Vorausplanung von Wartungsarbeiten erhöht die Anlagenverfügbarkeit in einer bedarfsorientierten "Just-in-time-Zulieferkette". - Bild: Wittmann Battenfeld

Sensorsysteme zur Zustandsüberwachung (engl. CMS-Condition Monitoring System) werden seit vielen Jahren bei Großanlagen eingesetzt, um Ertragseinbußen durch Produktionsausfälle und kostenintensive Wartungsaufwände zu minimieren. Durch die Fortschritte bei der Sensortechnik und der zunehmenden Verfügbarkeit von Hochgeschwindigkeits-Datennetzen werden CMS nunmehr auch für geringerwertige Investitionsgüter, z.B. Spritzgießmaschinen interessant

Im Gegensatz zur zeitorientierten Instandhaltung, bei der Komponenten in festgelegten Zeitintervallen, unabhängig vom Zustand der Anwendung ausgetauscht werden (Preventive Maintenance), setzt Condition Monitoring (CM), auf eine permanente Zustandsüberwachung (Predictive Maintenance). Letzteres bietet den Vorteil, den Austausch ausschließlich vom Grad des Verschleißes und der Funktionserfüllung des z.B. Werkzeugs abhängig machen zu können.

Die Überlegenheit der Überwachung des Zustands gegenüber der vorbeugenden Wartung ist in der Methode selbst begründet. Denn, die zwischen zwei Wartungen eintretende Schäden bleiben in der Regel unentdeckt und können deshalb bis zum Totalausfall führen, der bei rechtzeitiger Entdeckung mit oft geringem Aufwand zu beseitigen wäre.

Die derart eintretenden ungeplanten Reparaturkosten und der Ertragsausfall durch den Maschinenstillstand sind meist höher, als die Kosten für ein Condition Monitoring System. Dies zählt umso mehr, je enger die Produktionen in einer Just-in-time-Kette eingebunden sind, wie dies beispielsweise Spritzgießproduktionen in der Automobil-Zulieferindustrie sind. 

Condition Monitoring-Angebot verfügbar

Wittmann Battenfeld hat ein Condition Monitoring System vorgestellt, das als Optionsausrüstung zu den Spritzguß-Maschinen lieferbar ist. Es greift - ganz im SInne von Industrie 4.0 - auf die Messwerte bereits vorhandener, sowie zusätzlich eingebauter Sensoren zu und gibt diese an ein Aufzeichnungssystem weiter.

MS-Konzept der Sensorik zur Zustandsdatenerfassung
Bild 2: Das CMS-Konzept der Sensorik zur Zustandsdatenerfassung und anschließenden Aufbereitung als Entscheidungsgrundlage für Wartungsmaßnahmen. - Bild: Wittmann Battenfeld

Konkret überwacht das CMS-System (Bild 2) :

  • Bei (servo-) hydraulischen Maschinen die Antriebsfunktion der Hydraulik (Vibrationen im Pumpenantrieb, Stromaufnahme, Systemdruck)
  • Bei (servo-) hydraulischen Maschinen die Ölqualität (Temperatur, die Partikelanzahl im Öl und den Wassergehalt), bei elektrischen Maschinen die Getriebe-Ölqualität
  • das „Klima“ im Elektroschrank (Temperatur, Feuchtigkeit, eventuelle Rauchbildung),
  • die Kapazität der Kühlwasser- und der Luftversorgung (Durchflussmenge, Druck, Temperatur),
  • die mechanischen Parameter der Schließeinheit (Drücke in den Druckkissen bei den MacroPower-Maschinen, Vibrationen und Drehmomente bei den servoelektrischen Antrieben)
  • die mechanischen Parameter des Plastifizier-/Spritzaggregates (Vibrationen Plastifizier-Drehmoment, Schneckenhub, Schließverhalten der Rückstromsperre). Eine Vibrationsursache kann beispielsweise eine gelockerte Schraube der Schneckenkupplung sein, die, wenn sie unbemerkt bleibt, zu einem größeren Folgeschaden führen kann. (Bild 3)
Anzeigebeispiel der Zustandsüberwachung des Schneckenantriebs und der Rückstromsperren-Funktion.
Bild 3: Anzeigebeispiel der Zustandsüberwachung des Schneckenantriebs und der Rückstromsperren-Funktion. - Bild: Wittmann Battenberg

Zustandsdaten-Verarbeitung auf drei Ebenen

1: Messdaten-Erfassung und Anzeige an der Maschine

Übersicht der Zustandsmesswerte
Bild 4: Übersicht der Zustandsmesswerte auf der B8-Maschinensteuerung. - Bild: Wittmann Battenfeld

Die Messwerte werden teils zyklussynchron, teils zeitabhängig (Temperaturen, Feuchtigkeit, Signale vom Rauchmelder im Elektroschrank) an der Maschine gesammelt und anschließend an den CMS-Rechner zur Auswertung weitergeleitet.

An der Maschine werden die aktuellen Zustandsdaten auf eine Überblicksseite der B8-Maschinensteuerung kompakt dargestellt (Bild 4). Abweichungen von voreingestellten Sollwerten (Temperaturbereiche, Luftdruck, Rauchmeldersignale) werden mittels Grün/Rot-Ampelanzeigen visualisiert. 

2: Datenanalyse und –aufbereitung auf dem CMS-Leitrechner

Das Herz des CM-Systems ist der Rechner. Er ist Teil eines Produktionsleitstandes. Er kommuniziert mit den Spritzgießmaschinen und greift die Messdaten ab, sammelt und speichert sie für eine allfällig später notwendige Rückverfolgung. Die Software verarbeitet die Messdaten zu Trendfolgemodellen.

Ein CMS-Leitstand kann gleichzeitig bis zu 50 Maschinen überwachen und Vorwarnungen via E-Mail an das Instandhaltungspersonal weitergeben. (Bild 5)

Überwachungsdaten
Bild 5: Die Überwachungsdaten von bis zu 50 Maschinen können auf einem Condition Monitoring Leitrechner zusammengefasst werden. Die errechneten Datentrends lösen bei Toleranzwert-Über-oder Unterschreitungen Signale aus, die von qualifizierten Instandhaltern entsprechend interpretiert und in Aktionen umgesetzt werden müssen. - Bild: Wittmann Battenfeld

3: Datenbewertung und Zustandsanalyse

Zur Datenbewertung werden anerkannte Qualitätsstandards zu Grunde gelegt, beispielsweise zur Beurteilung der Ölqualität die NAS (National Aerospace Standard) 1638 bzw. die Öl-Reinheitsklassifizierung nach ISO 4406.

Bei den Werten für den Öl- oder Luftdruck, Temperaturen oder dem Schließverhalten der Rückstromsperre werden Erfahrungswerte als Beurteilungslimits eingestellt. Zusätzlich werden die Schwingungen von verschleißgefährdeten Bauteilen mit Vibrationssensoren erfasst und mit Analyse-Algorithmen ausgewertet. 

Die CMS-Software liefert neben aktuellen Statusinformationen auch Trends zur Veränderung von Funktionswerten. Diese stellen Entscheidungsgrundlagen für das Instandhaltungspersonal dar. Sollte zur Interpretation der Entscheidungsgrundlagen vor Ort nicht ausreichend qualifiziertes oder erfahrenes Personal verfügbar sein, so besteht die Möglichkeit, die Dateninterpretation über eine On-line-Vernetzung an ein Wittmann Battenfeld-Service-Center auszulagern und von dort aus notwendige Wartungsmaßnahmen einzuleiten. Diese Dienstleistung kann von der Serviceorganisation des Unternehmens angeboten werden.

Resümee

Die zustandsorientierte Maschinenwartung bietet eine größere Ausfallsicherheit als die Wartung in fixen Zeitintervallen oder das Prinzip der vorsorglichen Wartung, da durch die fehlende Information zwischen den Wartungen Störungen (gelockerte Schrauben, beginnender Lagerschaden) mit dem Potenzial für einen plötzlich eintretenden Totalausfall kaum erkannt werden können.

Deshalb ist ein CM-System laut Wittmann Battenfeld ein nützlicher Beitrag zur Steigerung der Ausfallsicherheit von Produktionen, insbesondere und ganz besonders in Just-in-time-Produktionsketten. Und schon wenige Tage Produktionsausfall kompensieren die Kosten zur Implementierung eines Condition Monitoring Systems.

Wittmann Battenfeld

Ein Expertenbeitrag im Auftrag der maintenance Dortmund.

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