In der digitalen Arbeitswelt von Industrie 4.0, in der alles mit allem verknüpft ist, spielt die vorausschauende Wartung und Instandhaltung eine entscheidende Rolle. In dieser Welt müssen selbst rein mechanische Produkte wie beispielsweise Energieführungsketten Auskunft über ihren Zustand geben können. Speziell zu diesem Zweck bietet Tsubaki Kabelschlepp für seine Energieketten ein Condition Monitoring System (CMS). Mit seiner Hilfe haben Anwender den Zustand ihrer Energieführungen stets im Blick. Werden zulässige Grenzwerte für den Verschleiß oder der bei langen Verfahrwegen auftretenden Schub- und Zugkräfte überschritten, löst das System einen Alarm aus und stoppt den Prozess. Auf diese Weise lässt sich die Lebensdauer eines Energiekettensystems vollständig ausnutzen. Ein frühzeitiger Austausch wird verhindert und die Anlagen sind vor Beschädigungen und ungeplanten Ausfällen geschützt. Die Funktionsweise des CMS sieht wie folgt aus: Zustandssensoren im Führungskanal oder im Mitnehmerschlitten messen den Verschleißgrad der Gleitschuhe sowie die Schub- und Zugkräfte an den Mitnehmern von Energieketten prozentgenau. Weil jede Maschine verschieden ist, können Anwender das System für unterschiedliche Einsatzfälle programmieren und die Grenzwerte individuell einstellen. Freie Schaltausgänge zur Anbindung an die eigene Maschinen- und Anlagensteuerung sind ebenfalls vorhanden. Damit eignet sich das CMS vor allem für prozesskritische Maschinen und Anlagen, bei denen eine hohe Verfügbarkeit gewährleistet sein muss. Dazu zählen beispielsweise Fertigungslinien oder Krane in Stahlwerken oder Schüttgutanlagen. Bei der Entwicklung des CMS stand dem Anbieter von Energieführungen die Firma Bopla Gehäusesysteme zur Seite.
Hohe Anforderungen an die Hard- und Software
Zum Zeitpunkt der Kontaktaufnahme gab es seitens Tsubaki Kabelschlepp nur ein grobes Lastenheft. Erst im Laufe der Gespräche mit Bopla kristallisierten sich konkrete Spezifikationen für die Hard- und Software heraus. So musste sich das Gerät problemlos beim Kunden im Schaltschrank installieren und intuitiv bedienen lassen und seine Funktion selbst unter rauen Umgebungsbedingungen einwandfrei erfüllen. Zugleich sollte die Bedienoberfläche individuell gestaltet werden können und das Gehäusedesign die Corporate Identity von Tsubaki Kabelschlepp widerspiegeln. Besonders hoch waren die Anforderungen an die Elektronik. Sie musste extrem reaktionsschnell sein, um die teilweise nur wenige Millisekunden anliegenden Sensorsignale erfassen, auswerten und darauf reagieren zu können. „Da wir bisher keine Erfahrungen auf diesem Gebiet besaßen, war es für uns von großem Vorteil, dass Bopla uns eine vollständige Beratung zur Hard- und Software anbieten konnte und alle Anforderungen an Gehäuse, Folientastatur und Elektronik in einem Pflichtenheft zusammenfasste“, sagt Daniel Berger. Der Gehäusespezialist schlug als schützende Hülle für das CMS ein CombiNorm-Classic-Gehäuse vor. Die lichtgrauen Tragschienengehäuse dieser Serie sind 75 Millimeter tief, 109,5 Millimeter hoch und in fünf verschiedenen Breiten (22,5 mm,45 mm, 55 mm, 70 mm, 100 mm) lieferbar. Sie erfüllen die DIN EN 60715 TH 35, bieten eine individuell gestaltbare Bedienoberfläche, lassen sich dank umfassendem Zubehör unkompliziert in herkömmlichen Schaltschränken installieren und besitzen auch sonst alle von Tsubaki Kabelschlepp gewünschten Eigenschaften. „Zu Beginn des Projektes hatten wir eine schmale Variante des Gehäuses in der Auswahl. Doch im Verlauf der Beratung stiegen unsere Anforderungen an die Hardware noch einmal. Glücklicherweise konnten diese leicht durch das größere CombiNorm-Classic-Gehäuse CN 100 AK erfüllt werden“, erinnert sich Daniel Berger.
Elektronik- und Softwareentwicklung vom Spezialisten
Nachdem die Frage nach dem passenden Gehäuse, den erforderlichen Anschlüssen sowie der Anordnung von Folientastatur, Display und Beschriftung geklärt war, wurde die Schwesterfirma Kundisch mit der Entwicklungsleitung bis hin zur Bemusterung betraut. Das Unternehmen aus Villingen-Schwenningen ist auf die Entwicklung und Fertigung individueller Folientastaturen und Touch-Systeme inklusive der erforderlichen Elektronik und Software spezialisiert und erarbeitet neben eigenen auch gemeinsam mit Bopla kundenindividuelle Systemlösungen wie das CMS von Tsubaki Kabelschlepp. „Ein solches Gerät bzw. die erforderliche Elektronik und Software gab es in dieser Form auf dem Markt noch nicht“, sagt Gero Jantzen, Leiter Elektronik bei Kundisch, der mit seinem Team zunächst einen Prototyp des Zug- und Druckkraftmessgeräts entwickelte, und mit dem Tsubaki Kabelschlepp erste Tests durchführte. Erforderliche Änderungen an Hard- und Software flossen in das Pflichtenheft und die weitere Entwicklung des Geräts mit ein. Ein entscheidendes Element im CMS ist der Näherungsschalter, der die Abnutzung der Energiekette ermittelt und einen Alarm ausgibt, sobald ein vom Anwender vorgegebener Grenzwert erreicht wird. Dabei visualisiert das CMS kontinuierlich den von diesem Grenzwert bereits erreichten Prozentsatz. Neben den stark schwankenden Messwerten stellte insbesondere das nur für einen Bruchteil einer Sekunde zur Verfügung stehende Signal des Näherungsschalters eine große Herausforderung für die Entwickler dar. „Die Energieführungskette streift den Sensor nur ganz kurz. Dadurch entstehen Peaks, die die Software herausrechnen muss, um zum tatsächlichen Messergebnis zu kommen“, erklärt Gero Jantzen. Neben der Visualisierung des momentanen Status und Messwertes über das Display sowie externe Signalgeber, können diese zur Dokumentation und Auswertung beispielsweise im Servicefall auch per USB ausgelesen werden.
Fazit und Ausblick
Die erste Version des CMS ist gerade erst auf dem Markt. Doch Tsubaki Kabelschlepp hat bereits Pläne für die nächste Generation. Dann soll die Software erweitert werden. „Gehäuse und Elektronik sind schon so weit vorbereitet. Hier ist also keine Modifikation mehr erforderlich“, sagt Gero Jantzen.