Getriebe Wie die smarten Getriebe von Wittenstein funktionieren

Trägt ein Getriebe von Wittenstein zusätzlich die Bezeichnung „cynapse“, ist es in der Lage seine Betriebsdaten zu erfassen, zu speichern und zu verarbeiten. Welche Möglichkeiten sich daraus ergeben, zeigen wir hier.

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Um das Industrial Internet of Things (IIoT) umsetzen zu können, sind unter anderem smarte Komponenten erforderlich, die Daten eigenständig erfassen, logisch auswerten, intern speichern und über standardisierte Schnittstellen und Protokolle kommunizieren können. Möglich ist dies dank sensorischer, dezentraler Intelligenz. Wittenstein hat solch ein smartes System für seine Getriebe entwickelt und bündelt die Gesamtheit dieser Ausstattungsmerkmale und Funktionalitäten mit der ergänzenden Getriebebezeichnung „cynapse“. Somit wird die bislang rein mechanische Antriebskomponente „Getriebe“ digital.

Getriebebaureihe mit Sensorik ausgestattet

Die Alpha Premium Line ist die erste Getriebebaureihe des Unternehmens, die mit „cynapse“-Funktionalität ausgestattet wurde. Physisch umgesetzt wird diese durch ein Modul mit folgender Ausstattung:

• einem Temperatursensor,

• einem 3-Achs-Beschleunigungssensor,

• einem Mikrocontroller sowie

• einer IO-Link-Schnittstelle.

Das Modul ist formschlüssig und industriegerecht in das Getriebe integriert – das heißt, es gibt kein außen aufgestecktes Bauteil und somit auch kein Risiko von Beschädigungen im eingebauten Zustand. Dadurch gibt es auch äußerlich keinen für die Maschinenintegration relevanten Unterschied zwischen den Alpha-Premium-Line-Getrieben mit und ohne „cynapse“. Bestehende Konstruktionslösungen können unverändert erhalten bleiben, da die Getriebe in ihrer Bauform, Größe und der Kontur identisch sind.

Dynamische und statische Informationen

Konnten Getriebe bislang nicht kommunizieren, haben sie jetzt erstmals „etwas zu sagen“. Die smarten Getriebe mit „cynapse“ können Einflussgrößen aus dem Prozess sowie dem Einsatzumfeld identifizieren, messen, an die Maschinensteuerung senden sowie mit Applikationen auf IIoT-Plattformen austauschen. Dynamische Produktinformationen wie Lebens- und Betriebszeit, Temperatur, Beschleunigung, Vibrationen oder Einbaulage liefern Einblicke in den aktuellen Betriebsstatus und gewährleisten eine durchgängige Transparenz im Antriebsstrang bis zum Abtrieb des Getriebes.

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Möglicherweise problematische Zustandsdaten wie eine falsche Einbaulage oder unzulässige Temperaturen können dadurch frühzeitig erkannt und behoben werden, bevor es zu einem Schadensfall kommt.

Darüber hinaus speichern und kommunizieren die Getriebe auch statische Informationen der Produktidentität, beispielsweise die Seriennummer. Dies hilft im Servicefall, wenn ein außen aufgebrachtes Typenschild nicht mehr lesbar oder nicht mehr vorhanden sein sollte.

Getriebe überwachen sich dank dezentraler Logik selbst

Einen wichtigen Teil der „cynapse“-Intelligenz bilden die integrierten Logikfunktionen. Sie ermöglichen es den Getrieben in Eigenregie intelligente Überwachungsaufgaben auszuführen und Ereignisse zu zählen, zu interpretieren oder definierte Schwellwerte zu überwachen.

• Sind Vibrationen im Rahmen des Prozesses noch zulässig, oder lässt eine Überschreitung des Grenzwertes auf Probleme im Antriebsstrang oder der Applikationen schließen?

• Ist eine Erwärmung über eine bestimmte Temperatur hinaus tolerierbar, oder muss sie beispielsweise in Lebensmittel verarbeitenden Prozessen vermieden werden?

• Darf ein Schneckengetriebe in der aktuellen Einbaulage betrieben werden, oder ist die eingefüllte Ölmenge zu gering, um eine ausreichende Schmierung zu gewährleisten?

Solche Fragen können smarte Getriebe eigenständig beantworten, in dem sie die sensorischen Informationen intern auswerten, die Ergebnisse melden und beispielsweise das Anlaufen eines falsch eingebauten Getriebes verhindern oder eine Wartung anfordern.

Mögliche Ausfallursachen vorab erkennen

Mögliche Ausfallursachen wie Überhitzungen, Überlastbetrieb, Lagerschäden oder Einbaufehler lassen sich so im Rahmen einer zustandsorientierten, vorbeugenden Instandhaltung erkennen. Dies soll eine verbesserte Verfügbarkeit des Antriebsstranges sicherstellen, zur optimalen Verfügbarkeit und Produktivität der Maschine beitragen und mögliche Folgeschäden im Antriebsstrang oder in der Maschine vermeiden.

Darüber hinaus sind die Daten auch zur Lebenszyklusanalyse des Getriebes nutzbar – das smarte Getriebe legt sie hierfür per Datenlogger im internen Eventspeicher ab und erstellt zudem eine jederzeit abruf- und auswertbare Ereignis-Historie.

Sensorik direkt in Getriebe integriert

Die Prozessdaten kommen bei Getrieben mit „cynapse“ zum ersten Mal direkt aus der Achse und werden unmittelbar vom Getriebe selbst erfasst – und nicht von zusätzlicher externer Sensorik oder dem Gebersystem im elektrischen Antrieb.

Im Zusammenspiel mit digitalen Motorfeedback-Systemen eröffnet die Sensorik im Getriebe interessante Möglichkeiten: So werden grundsätzlich durch die gleichzeitige Datenerfassung im Motor und im intelligenten Getriebe redundante Überwachungen möglich. Weichen beispielsweise die Temperaturwerte des Getriebes signifikant von denen im Motor ab, kann dies ein Hinweis auf die Überlastung des Motors sein – die sich eventuell auf eine falsche Auslegung zurückführen lässt. Verändern sich während der Betriebsdauer miteinander korrelierende Daten des Getriebes und des Motors, zeigt dies unter Umständen funktionsrelevante Veränderungen in einer der beiden Komponenten. Solche und andere Plausibilitätsbetrachtungen können die Transparenz im Servoantrieb – und damit dessen Verfügbarkeit – weiter verbessern.

Intelligenten Antriebstechnik für das IIoT

Bei Wittenstein werden mechanische Standardkomponenten smart – das Unternehmen digitalisiert nach und nach die eigene Produktwelt. Beispiele sind:

• das sensorisierte Galaxie-Antriebssystem,

• die Servoantriebslösung ITAS mit Webserver für fahrerlose Transportfahrzeuge und

• ein smartes Antriebssystem, das Wittenstein für den Einsatz in Schwerlast-Abschaltschraubern entwickelt und umgesetzt hat.

Die neuen Getriebe mit „cynapse“-Funktionalität stellen nun eine weitere Entwicklung auf dem Weg in die digitale Zukunft der Antriebstechnik und im Maschinenbau dar. Auch die künftigen Antriebslösungen des Unternehmens werden mit smarten Eigenschaften ausgestattet. Zusätzlich wird das gesamte Portfolio der intelligenten Antriebstechnik für das Internet der Dinge und die Cloud um geeignete digitale Services ergänzt.

SPS 2019: Halle 4, Stand 221

Getriebe

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* Michael Herkert ist Produktmanager bei der Wittenstein alpha GmbH in Igersheim.

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