Höchste Maschinenverfügbarkeit mit Smart Motor Sensors in der Verpackungstechnik

08.09.2021

GO BEYOND. Discovery #10 

Die Verpackungstechnik hat höchste Anforderungen an Dynamik und Maschinenverfügbarkeit. Jede vermiedene ungeplante Ausfallzeit ermöglicht es dem Kunden, die Betriebskosten erheblich zu senken und die Investitionsrendite zu verbessern. Ein speziell auf die Maschine abgestimmtes Condition Monitoring und die daraus abgeleitete Predictive Maintenance helfen, diese Ziele zu erreichen. Dafür heißt es, den möglichen Ausfallursachen auf den Grund zu gehen und treffsicher zu analysieren. Das war das Ziel der Zusammenarbeit des Verpackungsspezialisten Tetra Pak und des Sensorspezialisten SICK.

 

Condition Monitoring für maximale Maschinenverfügbarkeit

Im Zentrum einer jeden hochproduktiven Anlage steckt ein Antriebssystem, das die Prozesse hochdynamisch und präzise antreibt und regelt. So arbeiten z. B. im Primärverpackungsprozess (Formen, Füllen, Verschließen und Schneiden) für Getränkekartons vier Servomotoren mit extrem kurzen Taktzeiten, bei steilen Beschleunigungsraten und hoher Motorleistung. Aufgrund der stark vorgespannten Zahnriemen werden die Kugellager der Antriebsmotoren stark belastet. Die Zustandsüberwachung dieser Komponenten und Funktionen ermöglicht Lösungen für die vorausschauende Wartung, die die Maschinenzuverlässigkeit erhöhen (weniger ungeplante Stopps) und Möglichkeiten zur Optimierung der Produktionsplanung schaffen können.

Servo motor with integrated sensors
Servo motor with integrated sensors

Das einzig wartungsintensive Bauteil eines Servomotors ist das Kugellager. Analysen zeigen, dass ein erheblicher Anteil der Ausfälle von Servomotoren auf beschädigte Kugellager zurückzuführen ist. Um diesen beginnenden Ausfall frühzeitig zu erkennen, können die Stöße auf das Motorgehäuse mit extern angebrachten und separat verdrahteten Piezosensoren gemessen werden. Leider ist eine versehentliche Beschädigung dieser externen Sensoren nicht auszuschließen und die Installation nimmt einige Zeit in Anspruch.

„Wir können Kugellagerausfälle vorhersagen und über unseren Service den Kunden eine Handlungsempfehlung aussprechen oder selbst durchführen, je nachdem für welches Servicekonzept sich der Kunde entschieden hat“, erklärt Davide Borghi, Manager of Data Processing & Analytics for Equipment bei Tetra Pak.

 

sHub® und EDS/EDM35 bilden ein leistungsstarkes Team

Eine integrierte Lösung wurde gemeinsam mit SICK erarbeitet. Dabei werden unter anderem kapazitive Messaufnehmer (MEMs) innerhalb des Servomotors verbaut. Hier kommt die sHub®-Lösung aus Sensoren in Kombination mit dem EDS/EDM35 Motor-Feedback-System über HIPERFACE DSL® von SICK zum Einsatz. Äußerlich ist dieser smarte Servoantrieb also nicht von einem Standard-Bauteil zu unterscheiden. Die Kombination des sHub® mit dem EDS/EDM35 ermöglicht die Zusammenführung der Messwerte von der Beschleunigung des MEMs sowie der Geschwindigkeit und Position des Motor-Feedback-Systems. Somit ist es möglich, jeden Stoß einer hochaufgelösten mechanischen Position zuzuweisen. Eine zusätzliche Verkabelung ist nicht erforderlich, da sämtliche Daten vom Servomotor über die Einkabeltechnik HIPERFACE DSL® übertragen werden. Ein entscheidender Vorteil für die nachgelagerte Datendiagnose ist die zum Reglertakt synchrone Datenerfassung von Vibration, Geschwindigkeit und Position im Antrieb. „Dies ist ein entscheidender Vorteil gegenüber extern angebauten CM-Boxen“, sagt Clemens Bitsch, Business Development, SICK AG.

Vertical form fill and seal machine
Vertical form fill and seal machine
Motor-Feedback-Systeme rotativ HIPERFACE DSL®
Sehr hohe Leistung für Servoantriebe: Motor-Feedback-Systeme mit HIPERFACE DSL®
EDS/EDM35
Sensor-Hub für intelligente Servomotoren, die „sagen“, wann Wartung nötig ist
sHub®

 

Der einfach zu installierende sHub®, mit dem bereits integrierten Beschleunigungssensor, ermöglicht in Kombination mit einem Wegaufnehmer die Implementierung der Lösung innerhalb des Servomotor-Gehäuses - ohne zusätzlichen Platzbedarf. Zudem sind die Sensoren und die Elektronik vor Feuchtigkeit geschützt. Die Daten werden über HIPERFACE DSL® an den Servoverstärker übertragen, der die Prozessdaten entsprechend den Kundenanforderungen über den Feldbus aufbereitet, verarbeitet und zur Auswertung an die übergeordnete Steuerung weitergibt.

 

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