Co umí senzory v závitových vřetenech
Inteligentní závity jsou určeny k tomu, aby se technologie měření síly a krouticího momentu v systémech a strojích se závitovými vřeteny staly zbytečnými – Bornemann ukazuje, jak to funguje.
Myšlenka je stejně zřejmá jako chytrá: proč by se závitová vřetena nemohla jednoduše stát senzory sama o sobě? Díky takovému řešení by se výrobci strojů a zařízení mohli v budoucnu obejít bez těžkopádné a nákladné integrace externí technologie měření síly a točivého momentu. Alespoň taková je myšlenka vývojového týmu společnosti Bornemann Gewindetechnik GmbH. Tato rodinná firma nedaleko Hildesheimu nyní vyvíjí, navrhuje a vyrábí závitové komponenty na míru s inteligentní senzorovou technologií. To znamená, že výrobci a provozovatelé systémů nebo strojů se závitovými vřeteny se již nebudou muset spoléhat na tlakové snímače zatížení z výzkumu a vývoje.
Senzorová technologie je integrována přímo do závitového vřetena a zaznamenává každou interakci součásti s okolím. To umožňuje shromažďovat různá naměřená data, propojovat je a ukládat uvnitř součásti pomocí miniaturizované senzorové elektroniky. Data jsou bezdrátově přenášena do aplikace nebo vlastních sítí společnosti. Chytrá vlákna tak umožňují vyvozovat cenné závěry o zatížení komponent. Senzory instalované uvnitř závitu měří tah nebo tlak, zkrut, rotaci, polohu (X, Y, Z) nebo teplotu.
Použití různých typů snímačů v závitovém vřetenu
Výrobci často předepisují specifická maziva pro správnou funkci svých systémů nebo strojů.
- Snímače kroutícího momentu mohou měřit například krouticí moment zatížené matice se závitem. Získané údaje o kroucení lze také použít k určení použitého maziva. To umožňuje obsluze nahradit nesprávně použité mazivo mazivem odpovídajícím požadavkům výrobce a optimalizovat tak své procesy. Snímače torze lze také použít k vyvození závěrů o provozních chybách systémů.
- Jiné snímače měří tah nebo tlak, a tím i zatížení. Tímto způsobem lze inteligentní komponenty od společnosti Bornemann Gewindetechnik použít k vážení, zejména k rozpoznání přetížení. Výrobcům těžkých zvedacích systémů se doporučují závity s integrovanými snímači tahu a tlaku jako inteligentní alternativa k nákladným snímačům zatížení. Kromě toho mohou inteligentní závity se snímači tahu a tlaku nabízet možnost identifikace příslušného modelu prostřednictvím specifického profilu zatížení ve zvedacích systémech s několika zvedáky (např. ve zvedacích systémech pro lokomotivy a vagony).
- Snímače polohy integrované do závitových vřeten umožňují také vyvozovat závěry o stavu nebo opotřebení systému, např. měřením nejmenších vibrací.
- Informace o přetížení nebo opotřebení mohou poskytnout také teplotní čidla.
Možnost bezdrátového přenosu dat
Naměřená data se zaznamenávají přímo v komponentě, slučují se, ukládají a bezdrátově přenášejí. To se děje prostřednictvím Bluetooth do přizpůsobené aplikace poskytované výrobcem, takže uživatelé mohou zobrazit všechny naměřené hodnoty na svém chytrém telefonu nebo tabletu. Signály lze také přijímat a předzpracovávat pomocí průmyslové brány a následně je předávat měřicím systémům vyšší úrovně nebo řídicím jednotkám prostřednictvím průmyslových sběrnicových systémů. Tím je zajištěna kompatibilita chytrých závitů se stávajícími systémy.
Společnost Bornemann Gewindetechnik vyvíjí tyto „pocitové“ komponenty pro výrobce nebo provozovatele v oblasti strojírenství, kde se používají závitová vřetena nebo šnekové dopravníky. Jedním z cílových trhů jsou výrobci a provozovatelé zvedacích systémů, které musí zvládat těžká břemena, např. zvedací systémy pro vlaky, nákladní automobily, divadelní jeviště a lodě. Další oblastí použití jsou velká šoupátka nebo přepážky pro hydraulické ocelové konstrukce.
Dlouhodobě shromažďované údaje z měření lze vyhodnocovat a vyvozovat z nich závěry pro optimalizaci procesu. Tyto informace mimo jiné pomáhají zahájit prediktivní údržbu a zabránit zbytečným odstávkám systému.
Moritz von Soden, jednatel společnosti Bornemann Gewindetechnik GmbH & Co. KG.
Uživatelé chytrých závitových vřeten získávají důležité dodatečné informace o svých součástech a procesech. Dlouhodobě shromažďované údaje z měření lze vyhodnocovat a vyvozovat z nich závěry pro optimalizaci procesů. Tyto informace mimo jiné pomáhají zahájit prediktivní údržbu a zabránit zbytečným odstávkám systému. Snadněji lze identifikovat zdroje chyb a provozní chyby. Kromě toho lze údaje a odvozené výroky využít ke zlepšení konstrukce součástí a zvýšení energetické účinnosti strojů nebo systémů.
Od prototypu přes malou sérii až po finální výrobek
Pokud si například výrobce stroje objedná inteligentní závit, je prvním krokem výroba prototypu, který se skládá z mírně upraveného mechanického výrobku výrobce a standardizovaného systému senzorů a softwaru.
V dalším průběhu projektu již výrobce strojů používá malé série závitů a také aplikaci přizpůsobenou pro jeho společnost. To mu umožňuje získávat důležitou zpětnou vazbu od zákazníků na stroje a systémy vybavené nití. Tato zpětná vazba slouží k dalšímu cílenému vývoji softwaru a implementaci funkcí specifických pro danou aplikaci. Lze také implementovat inteligentní algoritmy, které koncovému uživateli nabídnou významné výhody ve srovnání s běžným produktem.
Slabiny předchozích řešení technologie měření síly a točivého momentu
Podle týmu společnosti Bornemann Gewindetechnik mají dosavadní řešení pro techniku měření síly a točivého momentu dostupná na trhu jasné nedostatky: těžkopádná integrace, vysoké pořizovací náklady, složité měřicí řetězce – Průmysl 4.0 a jeho požadavky lze takto jen stěží realizovat. Inteligentní závitové komponenty jsou navrženy s ohledem na budoucnost a mají tyto problémy vyřešit. Nové závity od společnosti Bornemann Gewindetechnik digitalizují různé stroje a systémy a činí je chytrými. Fungují jako integrované rozhraní pro internet věcí a profesionalizují celkový systém zařízení a procesů.
Zdroj:
Dipl.-Ing. (FH) Sandra Häuslein (13.10.2021), Was Sensoren in Gewindespindeln bewirken können, https://www.konstruktionspraxis.vogel.de/was-sensoren-in-gewindespindeln-bewirken-koennen-a-1062221/