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Sensorlose online Zustandserfassung von Vorschubantriebskomponenten in Werkzeugmaschinen
(2015) Maier, Detlef; Bertsche, Bernd (Prof. Dr.-Ing.)
Die Verfügbarkeit ist wesentlich für die Profitabilität kapitalintensiver Fertigungsanlagen. Bei der Just-in-time-Produktion wirken sich Störungen schnell entlang der Lieferkette aus. Die zustandsabhängige Wartung als eine Instandhaltungsstrategie, die die Verfügbarkeit hoch hält und sich Schwankungen der Produktionsauslastung anpasst, gewinnt zunehmend an Bedeutung. Die ubiquitäre Informationstechnologie liefert die Plattform, aufwändige Strategien auf Bauelemente anzuwenden, bei denen Wirtschaftlichkeitserwägung dies bisher verhinderten. Kern der Zustandserkennung ist die Signalanalyse. Sie hängt von der Güte der Messdaten ab. Welche Güte benötigt wird, bestimmt der zugrunde liegende Abnutzungsvorgang, dessen Signalmoden identifiziert werden müssen. Hier wird nach der Betrachtung von linearen und empirischen Transformationen zur Modentrennung die Signalanalyse zu einem gänzlich neuen, das Messsignal linearisierende, raum- und auflösungsbasierten Konzept, das Modell, Messung, Datenverarbeitung und Auswertung harmonisiert, zusammengeführt. Das kinematische Verhalten von Vorschubantrieben lässt dabei sich sehr gut unabhängig von der Zeit, rein geometrisch beschreiben. Eine geometrische, physikalische Variable aus dem System als Führungsgröße der Messungen liefert unverzerrte Signale, die eine exakte, hochauflösende und detaillierte Bauteilerkennung und Abnutzungsbewertung durch eine sehr scharfe und robuste Modentrennung zulassen. Die Zeitunabhängigkeit ermöglicht es, gezielt instationäre und transiente Zustände unter Betriebsbedingungen zu betrachten. Die Erfassung von Abnutzung allein ist für zustandsabhängige Wartung nicht ausreichend. Vielmehr muss das langfristige Verhalten einer Kenngröße für eine Extrapolation zur Abschätzung der zukünftigen Entwicklung geeignet sein. Nur so lassen sich Instandhaltungsmaßnahmen zustandsabhängig terminieren. Wichtig ist die Einbettung des Konzepts in den Gesamtkontext des Instandhaltungsmanagements bzw. der Instandhaltungsstrategie. Der Kostendruck ist eine treibende Kraft. Ein weiteres Leitmotiv ist daher die Beschränkung auf die im Vorschubantrieb bereits vorhandenen mechatronischen Ressourcen. D.h. Ziel ist, den Verschleißzustand ohne den Einsatz zusätzlicher Sensorik und Hardware während des Regelbetriebs der Maschine zu erfassen. Das letztlich angestrebte Ziel lässt sich in das Schlagwort „Sensorless Online Condition Monitoring“ (SOCM) fassen.