Integrierte Sensorik macht die Kupplung intelligent

Die Vernetzung von Mensch, Maschine und Produkt ist die Herausforderung der Zukunft. Somit gehört es zu den Zielen des Industrial Internet of Things (IIoT), die betriebliche Effizienz zu steigern. Doch im Bereich der Antriebstechnik kann die Erhebung der erforderlichen Daten aufwendig sein. Genaue Messungen von Drehmoment, Drehzahl, Vibration und Axialkräften stellen unter Umständen eine große Herausforderung dar. In einem rotierenden Antriebsstrang ist die Aufnahme von Messdaten erschwert, da keine direkte Vernetzung durch ein Kabel möglich ist oder der benötigte Bauraum fehlt.

Genau hier setzt die intelligente Kupplung von R+W an: Die integrierte Sensorik funktioniert kabellos als bedienerfreundliche und vielseitig einsetzbare Hard- und Softwarelösung. Sie erhebt alle genannten Messdaten direkt im Antriebsstrang und überträgt sie nahezu in Echtzeit auf das kundenseitige Smartphone, Tablet, Computer, oder direkt in die Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS). Mit einem Blick auf das Handy oder Tablet hat der Bediener sämtliche dynamische Parameter und die für eine ununterbrochene Anlagenverfügbarkeit relevanten Daten jederzeit im Blick. Dahinter verbirgt sich eine smarte Serienkupplung, welche durch eine integrierte Sensorik zusätzliche Messfunktionen bietet. Die Intelligente Kupplung lässt sich, wie die rein mechanische Baureihe, einfach und flexibel in den Antriebsstrang integrieren. Die Einbaumöglichkeiten werden dabei nicht durch eine permanente Kabelverbindung eingeschränkt.

Der Einsatz auf engstem Raum oder in Verbindung mit mobilen Endgeräten wird durch eine Stromversorgung über einen integrierten Akku ermöglicht. Durch anwendungsspezifisch wählbare Datenübertragungen wird der Energiebedarf reduziert, mit dem Ziel eine möglichst lange Nutzung bis zum erneuten Aufladen zu ermöglichen. Falls eine konstante Datenmessung erforderlich ist, kann die intelligente Kupplung alternativ auch mit einer induktiven Stromversorgung eingebaut werden. Diese stationäre Variante verwendet eine kleine, ans Stromnetz angeschlossene Box, welche berührungslos mehrere Millimeter unter die Kupplung fest montiert wird. Über die integrierten Spulen und nach dem Prinzip der Nahfeld-Telemetrie findet die erforderliche Energieübertragung statt. Die intelligente Sensorik ermöglicht Datenmessungen, ohne dass ein externer Messverstärker verwendet werden muss. Die Sensoren messen Drehmoment, Drehzahl, Vibration, sowie Zug- und Druckkräfte mit einer Abtastrate von 500 Hertz. Diese Daten werden direkt in der internen Elektronik verarbeitet und zeitgleich über Bluetooth auf ein drahtlos verbundenes System übertragen.

Die Messgrößen können auf einem Mobilgerät über die R+W-eigene App komfortabel angezeigt werden. Die Multiboard-Ansicht organisiert die Daten tabellarisch mit Mittel-, Minimal- und Maximalwert. Über verschiedene skalierbare Diagrammtypen lässt sich der detaillierte Verlauf der Messgrößen verfolgen. Im Multi-Graph lassen sich zum Beispiel zwei Messgrößen einer Kupplung übereinander in einem Diagramm darstellen, um mögliche Korrelationen einfach zu erkennen. Weiterhin wurde zur Frequenzanalyse ein FFT-Algorithmus implementiert. Dieser ermöglicht es, gemessene Drehmomente, Kräfte und Schwingungen von einem zeitdiskreten Signal in seine Frequenzanteile zu zerlegen. Damit lassen sich Amplituden und Frequenzen in einer übersichtlichen Form darstellen und analysieren. In Planung ist auch die Darstellung von Lastkollektiven aus dem Bereich der Betriebsfestigkeit. Hierbei wird in der App ein Zeitraum von Messdaten ausgewählt und die Häufigkeit von für die Applikation schädigenden Drehmomentamplituden ausgewertet und dargestellt.In der App können auch Messdaten von mehreren intelligenten Kupplungen gleichzeitig und übersichtlich in einem Diagramm veranschaulicht werden. Für weitere Analysezwecke lassen sich die Messdaten als CSV-Datei speichern und auf einem Computer in Excel importieren.

Neben der App kann die Intelligente Kupplung auch mit dem R+W-Gateway verbunden werden. Das Gateway hat eine USB-UART-Schnittstelle, acht digitale und acht analoge Ausgänge. Per USB-Kabel lässt sich eine direkte Computerverbindung herstellen. Mit Softwareprogrammen von Drittanbietern, wie zum Beispiel mit Serial Port Plotter, Matlab oder LabView, lassen sich die Messwerte auf dem PC darstellen. Eine SPS-Anbindung kann über die analogen und digitalen Schnittstellen realisiert werden, wobei letztere als Ausgang für Events, wie Überlastdetektion, dienen. Durch diese universelle Anbindung sind alle gängigen Industriestandards im Bereich der Speicherprogrammierbaren Steuerungen kompatibel. Neben den etablierten Systemen sind auch neue Marktlösungen wie IO-Link, Umati oder Cloudlösungen umsetzbar. Auch Datensicherheit spielte eine wichtige Rolle bei der Software-Entwicklung. Mit der R+W-App, sowie dem R+W-Gateway in Verbindung mit einem externen Rechner oder anderen Cloudlösungen kann der Abgleich mit vorhandenen Daten auch außerhalb des Firmennetzwerks stattfinden. Die intelligente Kupplung ist ein entscheidender Schritt in Richtung Predictive Maintenance, mit der sich die Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit von Anlagen erhöhen lässt.