Maschinenzustandsüberwachung mit PMX

Tatsächliche Kräfte in Wälzlagern erfassen und die Gebrauchsdauer verlängern

In Walzwerken werden Bauteile besonders beansprucht. Enorme Kräfte wirken hier beispielsweise auf alle Lager, die die Walzen axial in Position halten. Sind diese Lager vorzeitig verschlissen, sinkt die Qualität des Produkts und die Lager müssen unter hohem Aufwand ausgetauscht werden. Weil dies bei einem Aluminiumproduktehersteller mehrmals vorkam, hat sich SKF, Weltmarktführer in der Lagerungstechnik, mit der Messverstärkerplattform PMX von HBM auf die Suche nach der Ursache begeben.

SKF ist ein führender Hersteller von Lagerungstechnik, die Produkte des Unternehmens  sind in zahlreichen Branchen im Einsatz. Bei einem Hersteller von Aluminiumprodukten beispielsweise sorgen Kegelrollenlager von SKF als sogenannte Axiallager in einem Walzwerk dafür, dass die Walze in Position bleibt. Dabei wirken erhebliche Kräfte auf die einzelnen Bauteile. „In den vergangenen Jahren mussten wir die Kegelrollenlager, lange bevor sie ihre reguläre Lebensdauer erreicht hatten, mehrmals ersetzen, da sie bereits erhebliche Verschleißerscheinungen zeigten“, erzählt Rupert Motschenbacher, der bei SKF für den Aluminiumproduktehersteller verantwortlich ist. „Zusammen mit dem Kunden haben wir uns daher dazu entschieden, dem Problem auf den Grund zu gehen.“ Denn der Verschleiß wird nicht erst zum Problem, wenn die Lager ersetzt werden müssen: Selbst wenn sich die Walze durch Spiel in den Lagern nur minimal verschiebt, leidet die Qualität des Produkts.

Dem Fehler auf der Spur

Motschenbacher holte daher die hauseigenen Experten für derlei Probleme, die Solution Factory am SKF-Standort Schweinfurt, ins Boot. Uwe Säger, der dort für das Projekt verantwortlich war, erläutert die weitere Vorgehensweise: „Wir wollten herausfinden, ob die Kräfte nur in bestimmten Produktionsschritten zu einer Überlastung des Lagers führen oder ob dies dauerhaft auftritt.“ Die Kräfte, die auf das Lager wirken, sollten dabei über den Grad der Verformung eines Druckrings gemessen werden. „Weil wir dafür keine eigene Sensorik haben, waren wir auf der Suche nach einer kosteneffizienten externen Lösung“, erläutert Säger.

SKF entschied sich für Dehnungsmessstreifen des Typs XY31 3/120 samt Messverstärkerplattform PMX von HBM. „Wir haben dann gemeinsam mit den Fachleuten von HBM einen Messaufbau entwickelt und in Betrieb genommen“, so Säger. Dieser bestand aus einem Messring, auf dem vier Dehnungsmessstreifen appliziert wurden. Ihr Vorteil: Sie sind klein genug für den nur 12,5 mm breiten Messring, der zusammen mit dem PMX-System kalibriert wurde. Durch die Messkörpergeometrie bedingte Unlinearitäten konnten dabei über mathematische Funktionen im PMX ausgeglichen werden, wodurch die Messgenauigkeit deutlich erhöht wurde. Aufgrund  des im PMX-System integrierten Webservers war hierzu keine weitere Software nötig. Der kalibrierte Messring wurde schließlich im Einbaustück zwischen Axiallager und Deckelbaustück eingepasst. Die modifizierten Einbaustücke wurden dann bei dem Kunden von SKF zusammen mit den Arbeitswalzen in dem Walzwerk platziert, um dort die real auftretenden Axialkräfte zu messen. 

Störsichere Messdatenerfassung garantiert – mit PMX

Im Test durchlief das Walzwerk dann verschiedene Produktionsprozesse. Die Signale der beiden Messringe wurden vom Messverstärker PMX erfasst und über dessen flexibel skalierbare Analogausgänge als 0-10-Volt-Signale in das Messsystem von SKF übermittelt. „Durch die Datenerfassung im Messverstärker erhalten wir das Signal schon aufbereitet in einem Format und in einer Qualität, mit denen wir sofort arbeiten können“, erläutert Säger. Dabei sorgen eine Abtastrate von bis zu 19.200 Messwerten/s und eine Messwertauflösung von 24 Bit für höchste Präzision bei großer Übertragungsgeschwindigkeit. So wird auch die Erfassung von sehr kleinen Signaländerungen sichergestellt. Der Messverstärker PMX garantierte dabei durch Einsatz von Trägerfrequenzmesstechnik zudem eine störsichere Messdatenerfassung im schwierigen Umfeld des Walzwerks, also ohne von elektromagnetischen Einflüssen gestört zu sein.

Auf dem Weg zur optimierten Produktion

Um Rückschlüsse zu ziehen, kombinierte SKF dieses Lastsignal der Axialkraft dann mit Messdaten zu den Betriebsbedingungen (Walzkraft, Geschwindigkeit der Anlage, Biegekraft der Walze) direkt aus dem Prozessleitsystem des Walzwerks sowie mit von der SKF-Sensorik ermittelten Werten zur Axiallagerverschiebung. Säger: „Zusammen ergaben diese Werte, dass die Kräfte in einigen Produktionsprozessen höher sind als in anderen und dann sogar zur Überlastung der Axiallager führen. Auf dieser Basis entwickeln wir nun gemeinsam mit unserem Kunden eine Lösung, um die Überlastung  zukünftig zu vermeiden und somit die Gebrauchsdauer der Axiallager deutlich zu verlängern.“

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