Neuer Geschäftsbereich igus smart plastics

igus präzisiert Lebensdauerberechnung

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In Bauteilen integrierte Sensorik liefert in Industrie-4.0-Konzepten immer genauer Daten zu real vorliegenden Belastungen. Damit lässt sich die Lebensdauer immer präziser vorhersagen – mit Vorteilen hinsichtlich der vorbeugenden Wartung. Seit Anfang des Jahres 2018 hat igus deswegen einen eigenen Geschäftsbereich ‚smart plastics‘ gegründet. KEM Konstruktion sprach darüber mit Geschäftsbereichsleiter Richard Habering.

Interview: Michael Corban, Chefredakteur KEM Konstruktion

KEM Konstruktion: Herr Habering, Sie leiten den von igus zum Jahresbeginn 2018 gegründeten Geschäftsbereich smart plastics – können Sie kurz die Hintergründe erläutern?

Richard Habering: Wir beschäftigen uns bereits seit 14 Jahren mit dem Thema der Sensorik in unseren Anlagen – etwa in Form der Zug- und Schubkraftüberwachung (Push Pull Force Detection System – PPDS) an langen Verfahr-Wegen. Zusammen mit anderen Themen wie der Bruchüberwachung oder der ‚intelligenten Leitung‘ und in Kombination mit dem Industrie-4.0-Gedanken der untereinander vernetzten Produkte, sehen wir generell ein hohes Potenzial, die Industrieproduktion noch zuverlässiger und damit produktiver zu machen. Über die Vernetzung entsprechend dem IoT-Gedanken können nun Sensoren, Bauteile und Geräte Daten und Informationen übermitteln. Grund genug für uns, Themen rund um die ‚Intelligenz in Produkten‘ in dem Geschäftsbereich ‚igus smart plastics‘ zusammenzuführen.

KEM Konstruktion: Kerngedanke ist also, Verschleiß zu erkennen und rechtzeitig vor einem Ausfall eines Bauteils zu handeln, um einem Produktionsstillstand vorzubeugen?

Habering: Exakt – wozu wir natürlich auf unsere langjährige Erfahrung zurückgreifen können; bei Energieketten sind das über 40 Jahre. Auf diesen Daten basiert auch der von uns angebotene Lebensdauerrechner – bislang allerdings basierend auf Worst-case-Szenarien. Will heißen: Man geht von dem längsten Verfahrweg, der höchsten Geschwindigkeit und der stärksten Beschleunigung aus sowie davon, dass die Kette immer den gesamten Verfahrweg abfährt. Verständlicherweise ist die Belastung in der Praxis geringer – und genau an dieser Stelle kann Sensorik dabei unterstützen, die Belastungen genauer zu erfassen; beispielsweise über einen Bewegungssensor auf der Kette. Dies ermöglicht eine noch genauere Lebensdauerberechnung und daraus abgeleitet eine immer präzisere Wartungsempfehlung. Mit anderen Worten: Es lässt sich immer genauer vorhersagen, wie lange die Energiekette arbeitet, ohne dass mit dem Auftreten einer Störung zu rechnen ist. Das senkt die Kosten in Wartung und Instandhaltung – ohne dass der Anwender auf Zuverlässigkeit verzichten muss. Steigern lässt sich das mit weiterer Sensorik, etwa einem Abriebsensor. Dieser kann exakt das Maß des Verschleißes an den Seitenteilen erfassen und damit die Lebensdauerberechnung weiter optimieren.

KEM Konstruktion: Wo landen denn die Sensorinformationen in der Praxis?

Habering: Hier greift der IoT-Gedanke, der es uns erlaubt, all diese Informationen zusammenzuführen – lokal oder in einer Cloud. Der Anwender kann darauf mittels Web-Interface zugreifen, wobei seine Daten immer in einem geschützten Bereich liegen. Über eine Weboberfläche lassen sich Statusinformationen leicht in Form einer Ampel visualisieren und konkrete Wartungsempfehlungen in Tagen angeben. Diese Informationen können zudem auch auf mobilen Geräten angezeigt werden – also auch beim Gang durch die Fertigung. Die spannenden Gedanken hinter der Vernetzung sind also einerseits die Möglichkeit des leichten Zugriffs auf die vorliegenden Information, andererseits die Speicherung von Sensordaten aus dem Einsatz, um sie mittels Algorithmen beziehungsweise Machine Learning auszuwerten. Es entsteht also eine große Datenbank – manche sprechen von einem Data Lake, einem großen virtuellen Erfahrungspool. Der konkrete Nutzen für den Anwender lässt sich aber weniger kryptisch zusammenfassen: Die Wartungszyklen können verlängert werden! Ein Nebeneffekt ist, dass im Rahmen der Auslegung keine Überdimensionierung mehr ‚zur Sicherheit‘ erfolgen muss – was die Energie- und Ressourceneffizienz erhöht.

KEM Konstruktion: Lässt sich Ihr System auch in ein Überwachungssystem einer ganzen Fertigungszelle integrieren?

Habering: Technisch geht das – denn der Anwender will natürlich nicht für jedes einzelne Bauteil ein separates System öffnen. Deswegen ist die Integration in übergeordnete Fabrikmanagementsysteme möglich – OPC UA als Schnittstelle kann hier wertvolle Dienste leisten. Wir nennen das ‚isense integration‘ – ein wichtiger Schritt auch in Richtung Plattform-Ökonomie. Hier sortiert sich der Markt derzeit, aber gerade der App-Gedanke ist verlockend.

KEM Konstruktion: Lassen Sie uns kurz auf die Sensorik an sich eingehen: Handelt es sich bei der Zug- und Schubkraftüberwachung um simple Dehnungsmessstreifen und wo liegt die Herausforderung in der Umsetzung?

Habering: Das kann ein Dehnungsmessstreifen sein, zum Einsatz kommen aber auch andere kraftmessende Sensoriksysteme. Die Herausforderung besteht vor allem darin, diese für die Anforderungen an und in der Energiekette zu optimieren. Nehmen Sie das Beispiel der Bruchüberwachung: Prinzipiell eine einfache Sache – dazu baut man in der neutralen Lage ein Seil ein und misst dessen relative Längenänderung –, doch in der Praxis erfordert dies einen hohen Aufwand, um daraus ein verlässlich arbeitendes Frühwarnsystem zu erzeugen.

KEM Konstruktion: Unter dem bereits oben genannten Begriff ‚isense‘ hat igus ja bereits eine ganze Produktfamilie entwickelt und schon vorgestellt…

Habering: …in der wir alles zusammenfassen, was mit Sensorik zusammenhängt. Verbunden damit sind vier Anwendungsfälle, die man wie folgt beschreiben kann:

  • isense online – bei dem online und unter Nutzung der IoT-Vernetzung Daten im Internet zusammengeführt und mit unserem hinterlegten Erfahrungswissen für eine sehr verlässliche Lebensdauerberechnung genutzt werden
  • isense offline – für alle die, die ohne Internetzugang arbeiten möchten; im Prinzip entsprechend isense online, aber ohne den Abgleich mit unseren Datenbanken
  • isense integration – für die Fälle, in denen die eigene Online- oder Offlinelösung in übergeordnete Systeme integriert werden soll
  • isense stand alone – mehr oder weniger eine ausschließlich lokal arbeitende Lösung, wie das in der Vergangenheit etwa die Zug- und Schubkraftüberwachung PPDS bot

Entscheidend ist aus unserer Sicht, dass die Vernetzung im Sinne des Internet of Things (IoT) nun die Chance bietet, Auswertungen auf höherer Ebene unter Zuhilfenahme von Algorithmen durchzuführen – was die Verlässlichkeit der auf diese Weise gewonnenen Aussagen deutlich steigert.

KEM Konstruktion: Und den Einsatz erleichtern Sie nicht zuletzt über den icom Datenkonzentrator?

Habering: Exakt, weil über diesen isense-Produkte in Industrie-4.0-Netzwerken sämtliche erhobenen Daten anonymisiert an einen zentralen igus-Datenspeicher senden können. Das weiterentwickelte icom-Modul kommuniziert weitgehend kabellos – was die Integration in die bestehende Produktion erleichtert. Zudem lassen sich mit einem Modul mehrere Systeme zusammen bedienen.

KEM Konstruktion: Und für den Kunden reduziert all das Aufwand und Kosten in der Wartung…

Habering: …weil es Sinn macht, Bauteile erst dann zu tauschen, wenn sie ihr individuelles Lebensdauerende erreichen. Sind das statt der im Handbuch vorgegebenen drei Jahre dann real fünf Jahre, liegt der Vorteil auf der Hand. Der Anlagenbetreiber kann zudem geplante Produktionsunterbrechungen nutzen, um die präzisen präventiven Wartungsempfehlungen umzusetzen. Dadurch können die Instandhaltungs- und Servicekosten weiter gesenkt und die Qualität der Fertigung gesteigert werden. Das Sammeln und Auswerten von Maschinendaten ist generell ein wichtiger Eckpfeiler für eine höhere Planungssicherheit und effiziente Wartung in der Fabrik der Zukunft. Vergleichbar einem weltweiten Testlabor lassen sich durch die Analyse und Auswertung konkreter Daten unterschiedlichster Anwendungen zahlreiche statistische Werte ermitteln, die einerseits noch genauere Vorhersagen ermöglichen; andererseits aber auch wieder in die Forschung und Entwicklung neuer Produkte zurückfließen können – und genau das machen wir.

www.igus.de

Details zu einem Smart-Plastics-Anwendungsbeispiel:

hier.pro/Abzrl

Hannover Messe: Halle 17, Stand H04


„Dank der digitalen Vernetzung von Maschinen und Produkten ist es möglich, laufend den Zustand der Komponenten zu erfassen und zu informieren, sobald eine Reparatur erforderlich ist.“

Richard Habering, Leiter Geschäftsbereich smart plastics, igus GmbH, Köln
Bild: igus


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