Produkt-Service-Systeme: Wie Maschinenbauer Verfügbarkeit sicherstellen

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Produkt-Service-Systeme: Wie Maschinenbauer Verfügbarkeit sicherstellen

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Mit Produkt-Service-Systemen (PSS) können sich Maschinenbauer im Wettbewerb differenzieren, etwa, indem sie die Verfügbarkeit ihrer Maschinen und Anlagen garantieren. Für die präzise Zustandsüberwachung sind intelligente, magnetoresistive Sensoren entscheidend.
Produkt-Service-Systeme mit magnetoresistiven Sensoren

Quelle: Sensitec GmbH

  • Maschinenbauer können sich von Wettbewerbern dadurch abheben, indem sie Produkte mit lebenszyklus-orientierten Services als Produkt-Service-Systeme bündeln.
  • Ein zunehmender Bedarf besteht beispielsweise bei verfügbarkeits-orientierten Lösungen, mit denen der Hersteller die Verfügbarkeit der Anlage oder Maschine garantiert.
  • Für die Zustandsüberwachung von Maschinenelementen entscheidend ist der Einsatz intelligenter, magnetoresistiver Sensoren.

Der Wettbewerb in der Investitionsgüterindustrie wird derzeit durch viele Faktoren beeinflusst, unter anderem durch die Globalisierung, Industrie 4.0 und zunehmenden Preisdruck. Maschinenbauer müssen sich differenzieren, zum Beispiel indem sie individuelle Pakete schaffen, bestehend aus technischen Produkten und lebenszyklus-orientierten Services, sogenannte Produkt-Service-Systeme (PSS). Es gibt einen zunehmenden Bedarf an verfügbarkeits-orientierten Produkt-Service-Systemen, bei denen der Maschinenbauer die Verfügbarkeit der Anlage oder des Produktes garantiert und damit einen Teil des Herstellungsrisikos des Kunden übernimmt. PSS können durch verschiedene Geschäftsmodelle angeboten werden. Allerdings sind viele Maschinenbauer weiterhin zurückhaltend, Garantien bezüglich der Maschinenverfügbarkeit anzubieten aufgrund von fehlender Transparenz in Bezug auf den Maschinenzustand. Dies wiederum behindert zustandsbasierte Wartung und macht Vorhersagen bezüglich der verbleibenden nutzbaren Lebensdauer der Komponente schwierig oder ungenau. Intelligente Sensoren, die den Zustand kritischer Maschinenkomponenten präzise überwachen, stellen daher eine entscheidende „Enabling“-Technologie für zukünftige verfügbarkeits-orientierte PPS dar.

Produkt-Service-Systeme mit Zustandsüberwachung

Es gibt verschiedene Verfahren zur Erfassung von Informationen über den Zustand von Maschinen bzw. Maschinenelementen – wie Wälz- oder Gleitlager, Zahnräder, Führungen usw. Ein klassischer Ansatz benutzt Schwingungen und ein verwandtes Verfahren erfasst Akustik. Es werden auch oft Temperatur oder Verschleiß in Form von Abrieb erfasst. An Bedeutung gewinnen zunehmend die Erfassung von „Instantaneous Angular Speed“ (momentane Winkelgeschwindigkeit) als auch „Motor Current Signature Analysis“ (Motorstrom-Signatur-Analyse). Die eingesetzte Sensorik muss nicht nur klein, präzise und robust sein, sondern auch über eine hohe Bandbreite und niedrigen Leistungsbedarf verfügen. Bevorzugt sollen vorhandene Sensoren bzw. Messstellen für diese erweiterte Funktionalität genutzt werden, um zusätzliche Sensoren zu vermeiden.

Informationen erfassen mit magnetoresistiven Sensoren

Magnetoresistive Sensoren erfüllen diese komplexen Anforderungen in einem hohen Maß. Die Messung der momentanen Winkelgeschwindigkeit ist für die Zustandsüberwachung von großer Bedeutung. Die Drehung einer Maschinenwelle ist ein Ergebnis des Gesamtbetriebs der Maschine und trägt damit Informationen über alle mechanischen und elektromagnetischen Prozesse, die zur Drehung beitragen. Jeder Fehler, Ausfall oder Defekt hat theoretisch eine Auswirkung auf die Momentandrehzahl. Die Messung wird typischerweise mit einem inkrementalen Drehgeber in Kombination mit einer Zählerkarte durchgeführt, um die Zeit zu messen, die zwischen der steigenden Flanke des Gebersignals verstrichen ist. Die Winkelinformation wird direkt erfasst. Encoder, die auf dem MR-Effekt basieren, weisen eine hohe Auflösung, eine hohe Winkelgenauigkeit und eine hohe Bandbreite für schnell rotierende Wellen auf. Dieses Verfahren bewährt sich erfolgreich bei der Identifizierung von Getriebe- und Lagerfehlern sowie von Defekten an Elektromotoren.

Für gültige Ergebnisse ist es wichtig, dass der Encoder einen geringen Signal-Jitter liefert, da dies sonst den Messwert verfälscht und zu einem hohen Rauschpegel im berechneten Drehzahlwert. Basierend auf den Erfahrungen aus dem vom BMBF geförderten F&E-Projekt InnoServPro (2015 – 2018) hat Sensitec, Hersteller von Sensoren basierend auf dem magnetoresistiven Effekt, einen Zahnsensor mit außergewöhnlich niedrigem Signal-Jitter speziell für die Messung der momentanen Winkelgeschwindigkeit und die damit verbundene Torsionsschwingungsanalyse von schnell drehenden Getrieben (bis 30’000 U/min) entwickelt.

Bild: Drehzahlsensor flexibel einsetzbar an ferromagnetischen Zahnrädern. Bildquelle: Sensitec GmbH

Weitere Informationen: https://www.sensitec.com/de

Erfahren Sie hier mehr über ein integriertes Messsystem für exakte Verfahrwege.

Lesen Sie auch: „Reverse Engineering: Mit mehr Tempo zu digitalen Fertigungsabläufen“

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