antriebstechnik 11/2018

Drehmoment [Nm]
GETRIEBE UND GETRIEBEMOTOREN
01 Die Zustandsüberwachung
zielt darauf ab, die Vorspannung
der Mutter auf der Spindelwelle
durchgehend zu überwachen
03
Gemeinsam mit ifm wurde das Technologiekonzept
„Guard Plus“ zur Überwachung des Zustands von
Kugelgewindetrieben entwickelt
02 Die Auswerteelektronik
von ifm wandelt und analysiert
das Messsignal und kommuniziert
mit der Steuerung
Technologiekonzept
Systemprinzip
➂
➀
04
werten, daraus dann jedoch objektive Vorhersagen über den Zeitpunkt
des Ausfalls oder über die Restlaufzeit des Kugelgewindetriebs
zu treffen, sei äußerst schwierig und unzuverlässig, ergänzte
der Entwicklungsleiter.
Die Idee der Steinmeyer-Ingenieure war es nun, eine Messung
der Vorspannung im Betrieb nahe an der Kontaktzone zwischen
Kugel und Mutter durchzuführen, da direkt in diesem Bereich der
Verschleiß des Kugelgewindetriebs stattfindet.
Reproduzierbare Ergebnisse
➁
Drehmoment gemittelt
2
1,5
1
0,5
0
–0,5
–1
–1,5
–2
Versuch mit einer in drei Stufen unterschiedlich tief
geschliffenen Spindel zur Auswertung des Signalhubs
–75
125,0
325,0
525,0
725,0
925,0
1.125,0
Weg [mm]
1.325,0
1.525,0
1.725,0
1.925,0
2.125,0
2.325,0
Mehrere Grundlagenversuche konnten diesen Ansatz verifizieren.
Dafür fertigte Steinmeyer spezielle Spindelwellen, bei denen das
Spindelgewinde in drei unterschiedlichen Tiefen eingebracht wurde.
Anschließend wurde das Leerlauf-Drehmoment der Mutter zur Erfassung
der Vorspannung gemessen. Es ergaben sich dabei drei
deutlich abgegrenzte Stufen.
Die Erkenntnisse aus diesen Vergleichsmessungen waren eindeutig
und reproduzierbar: „Die Auswertung des Sensorsignals
korreliert eindeutig mit den Vorspannungsstufen aus der Messung
des Leerlauf-Drehmoments“, sagt Entwicklungsleiter Klöblen.
Erfolgreiche Zusammenarbeit
Aus diesen Erkenntnissen entwickelten die Steinmeyer-Ingenieure
anschließend gemeinsam mit der Firma ifm Electronic ein
entsprechendes Technologiekonzept. Dabei überwachen Sensoren
des Messtechnik-Spezialisten im Kugelgewindetrieb von
Steinmeyer die Vorspannung und Temperatur direkt an der
Wälzkontaktzone. Somit erfassen sie die aktuell wirkende Kraft,
mit der die Kugel in der Laufbahn anliegt. Änderungen der Vorspannung
im Betrieb sind bis nahezu in den spielbehafteten Bereich
messbar.
Die Auswerteelektronik von ifm wandelt und analysiert dieses
Messsignal und kommuniziert mit der Steuerung. Die Grenzwerte
für die Warnmeldungen hängen von dem jeweiligen Anwendungsgebiet
– wie z. B. die Hochpräzisionsbearbeitung oder die Schwerzerspanung
– sowie dem Belastungskollektiv der Werkzeugmaschine
ab.
Die Maschinensteuerung verfügt über eine Ampelanzeige und
die Möglichkeit, Warnmeldung auszugeben. Sie empfiehlt dem Bediener
bzw. über eine Serververbindung direkt dem Maschinenhersteller
einen anstehenden Austausch des Kugelgewindetriebes und
macht diesen somit planbar. „Mit dieser Lösung ist die Messung sogar
von überlagerten oder außergewöhnlichen Betriebskräften, beispielsweise
bei einer Überlastfahrt oder einem Crash, problemlos
möglich“, sagt Klöblen. Eine Historienaufzeichnung ermöglicht es,
Rückschlüsse auf eine Überlastung der Maschine zu ziehen. Und
schließlich hilft das Zustandsüberwachungssystem, die Schmierung
auf die speziellen Erfordernisse durch anwendungsspezi fische
Belastungskollektive zu optimieren.
Mit dem neuen Zustandsüberwachungssystem lässt sich in der
Praxis dank der Planbarkeit von Serviceeinsätzen eine hohe Kostenersparnis
erreichen – besonders in der Serienfertigung. Die Mehrkosten
eines Kugelgewindetriebes sind im Vergleich zum
Einsparpotenzial dabei gering.
Fotos: 03: ifm Electronic; sonst.: Steinmeyer
www.steinmeyer.com
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