Antriebs- und Prüfstandsmotoren

Monitoring und Analyse zeigt Verhalten von Motoren

Hersteller, deren Motoren und Generatoren sich durch hohe Drehzahlen und eine große Leistungsdichte auszeichnen, sollten auf der SPS einen Besuch bei GMN einplanen. Das Unternehmen präsentiert ein Analyse- und Monitoring-System für Antriebs- und Prüfstandsmotoren, das dem Nutzer kontinuierlich Informationen über das Verhalten seines Motors übermittelt.
 GMN präsentiert auf der SPS erstmals das weiterentwickelte Analyse- und Überwachungssystem für Antriebs- und Prüfstandsmotoren Idea-4S.
GMN präsentiert auf der SPS erstmals das weiterentwickelte Analyse- und Überwachungssystem für Antriebs- und Prüfstandsmotoren Idea-4S.Bild: GMN Paul Müller Industrie GmbH & Co. KG

Wenn ein Motor plötzlich ausfällt, kann das teuer werden. Prozesse geraten ins Stocken, Anlagen können beschädigt, Termine nicht eingehalten werden. Hinzu kommt der Aufwand für die Mitarbeiter, um den defekten Antrieb auszutauschen. Besser ist es daher, solche ungeplanten Ausfälle von vornherein zu vermeiden. Das ist durchaus möglich: Denn ein Ausfall kündigt sich meist vorher an. Erfahrene Mitarbeiter erkennen manchmal an einem untypischen Geräusch, dass sich etwas anbahnt. Allerdings ist diese Form des Monitorings eher zufällig und angesichts des Fachkräftemangels zukünftig noch seltener anzutreffen als bisher. Der Maschinenbauer GMN Paul Müller Industrie hat deshalb das intelligente Überwachungssystem Idea-4S als integrierte Datenerfassung und Auswertung für Spindeln auf den Markt gebracht. Für die Anwendung in Maschinen und Anlagen entwickelt, erfasst und verarbeitet es permanent die Prozesswerte von bis zu neun Sensoren. Dazu gehören vor allem die Lager- und Kühlmitteltemperatur, die Drehzahl sowie Schwingungen und optional Verlagerungen. Ursprünglich hat GMN das Embedded System für die eigenen Motoren entwickelt, mittlerweile ist es für alle marktgängigen Antriebe verfügbar.

Embedded System wertet Motordaten direkt aus

Damit spricht der Maschinenbauer vor allem Hersteller aus dem Fahrzeugbau und der Luftfahrtindustrie an, deren Antriebs- und Prüfstandsmotoren sowie Generatoren besonders hohe Leistungen bieten. „Idea-4S haben wir für Antriebe mit Drehzahlen bis 300.000U/min, Leistungen bis 600kW und Drehmomente bis 1.200Nm entwickelt“, berichtet Dr. Jens Falker, Leiter Engineering Spindeltechnik bei GMN. Die über Sensoren ermittelten Daten wertet das System direkt aus. Es stellt den jeweiligen Messwert fest und analysiert, ob er noch im definierten Toleranzbereich liegt. Ist dies nicht der Fall, entscheidet das System, ob ein Fehler vorliegt. Gegebenenfalls setzt es eine Fehlermeldung ab und teilt der Steuerung mit, wie die Antriebseinheit reagieren soll.

Durch die Datenerfassung in Echtzeit erhält der Anwender während des Betriebs kontinuierlich Hinweise, wie sich sein Motor verhält, wie er die Performance steigern und ihn bestmöglich nutzen kann. Auf der anderen Seite interpretiert das Embedded System die Daten selbst und filtert die unwichtigen Messwerte heraus. Der Nutzer erhält also nur die Informationen, die wichtig sind. „Bei der Interpretation greift Idea-4S nicht nur auf die vom jeweiligen Antrieb erfassten Werte zurück. Zusätzlich fließen unsere Erfahrungen mit mehreren Hunderttausend Motoren, die weltweit im Einsatz sind, in die Analyse ein“, erklärt Falker. In der Praxis kann das z.B. bedeuten, dass das System dem Anwender auf Anhieb sagen kann, was unterschiedliche Anstiege der Kühl- und Lagertemperatur bei bestimmten Drehzahlen bedeuten.

 Die von Idea-4S in den Motoren verarbeiteten Informationen werden mittels bidirektionalem Signal über IO-Link für die Kommunikation mit der Maschinensteuerung und in Produktionsnetzwerken bereitgestellt. Damit ist eine 
direkte Anbindung in IIoTInfrastrukturen gewährleistet.
Die von Idea-4S in den Motoren verarbeiteten Informationen werden mittels bidirektionalem Signal über IO-Link für die Kommunikation mit der Maschinensteuerung und in Produktionsnetzwerken bereitgestellt. Damit ist eine direkte Anbindung in IIoTInfrastrukturen gewährleistet.Bild: GMN Paul Müller Industrie GmbH & Co. KG

Motordaten stehen für komplettes IIoT-Netzwerk bereit

Auch bei der Weitergabe der Daten bietet die Lösung einen deutlichen Fortschritt gegenüber dem bisherigen Stand der Technik. Bisher kommunizieren die meisten Antriebe ausschließlich unidirektional mit der Steuerung, also mit der nächsthöheren Ebene in der klassischen Automatisierungspyramide. Für eine vernetzte Fertigung und eine durchgehende Automation reicht dies jedoch nicht mehr aus. Deshalb stellt das System die Spindeldaten mittels bidirektionaler Signale über IO-Link für den Austausch und die Kommunikation in Produktionsnetzwerken zur Verfügung. Durch diese Schnittstelle ist es unabhängig von Feldbussystemen und damit universell für alle Steuerungen einsetzbar. Zudem wird eine nahtlose Anbindung in IIoT-Infrastrukturen möglich, ohne die Performance der Steuerung zu belasten. Zudem werden über die IO-Link-Schnittstelle Informationen über Drehzahl und Motortemperatur weiterhin konventionell direkt an der Maschinensteuerung zur Verfügung gestellt. Ein zusätzlicher Vorteil ist der Einsatz eines digitalen Typenschildes. Damit lassen sich die Antriebe automatisch identifizieren und ganz einfach mit Plug&Play installieren.

Antriebe automatisch exakt schmieren

Mit Prelub GPi Plus stellt GMN auch eine neue Generation von Industrie-4.0-fähigen und ressourcenschonenden Öl-Luft-Schmiergeräten vor. Diese sind durch ihre intelligente Steuerung in der Lage, den Schmierbedarf der Antriebe mit Idea-4S automatisch zu bedienen.
Mit Prelub GPi Plus stellt GMN auch eine neue Generation von Industrie-4.0-fähigen und ressourcenschonenden Öl-Luft-Schmiergeräten vor. Diese sind durch ihre intelligente Steuerung in der Lage, den Schmierbedarf der Antriebe mit Idea-4S automatisch zu bedienen. Bild: GMN Paul Müller Industrie GmbH & Co. KG

Darüber hinaus gibt die Antriebseinheit mittels Idea-4S selbstständig Informationen über ihren Ölbedarf an angeschlossene Schmieraggregate weiter. Hierzu präsentiert GMN auf der SPS mit Prelub GPi Plus eine neue Generation von Industrie-4.0-fähigen und ressourcenschonenden Öl-Luft-Schmiergeräten. Diese sind durch ihre intelligente Steuerung in der Lage, den Schmierbedarf der Antriebe automatisch zu bedienen. Sie stellen die exakt benötigte Menge an Schmierstoff bereit. So werden gleich zwei Fehler vermieden: Zu wenig Öl lässt die Lager schneller verschleißen, zu viel Öl verschwendet Ressourcen und stört das thermische Gleichgewicht im Lager. Dies kann ebenfalls zu einem Lagerausfall führen. Die Geräte können zudem über IO-Link mit Spindeln und Steuerungen kommunizieren – und sind damit IIoT-ready.

Neue Geschäftsmodelle in der Zukunft

Mittel- bis langfristig ist es denkbar, dass die Lösung dazu beiträgt, neue digitale Dienstleistungen wie Remote-Analysen oder Remote-Zugriffe zu ermöglichen. Da so das Nutzungsverhalten des Antriebs umfassend nachvollziehbar und optimierbar ist und die Diagnose vereinfacht wird, können Ausfälle weitestgehend vermieden werden. Das macht z.B. auch neue Gewährleistungs-Modelle möglich. Die Digitalisierung der Antriebstechnik ist für Falker unerlässlich für weitere Fortschritte in Richtung nachhaltiger Nutzung: „Predictive Maintenance, Product-Lifecycle-Management und Remote-Services sind ohne eine integrierte Intelligenz nicht umsetzbar.“

GMN Paul Müller Industrie GmbH & Co. KG

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