Wat sensoren in draadspindels kunnen doen
Smart threads zijn bedoeld om kracht- en koppelmeettechniek in systemen en machines met draadspindels overbodig te maken – Bornemann laat zien hoe dit werkt.
Het idee is even voor de hand liggend als slim: waarom zouden draadspindels niet gewoon zelf sensoren kunnen worden? Met een dergelijke oplossing kunnen fabrieks- en machinefabrikanten in de toekomst afzien van de omslachtige en dure integratie van externe kracht- en koppelmeettechnologie. Dat is tenminste het idee van het ontwikkelingsteam van Bornemann Gewindetechnik GmbH. Het familiebedrijf in de buurt van Hildesheim ontwikkelt, ontwerpt en produceert nu op maat gemaakte schroefdraadcomponenten met intelligente sensortechnologie. Dit betekent dat fabrikanten en operators van systemen of machines met schroefdraadspindels niet langer afhankelijk zijn van drukmeetcellen uit Research & Development.
De sensortechnologie is rechtstreeks in de draadspindel geïntegreerd en registreert elke interactie van het onderdeel met zijn omgeving. Hierdoor kunnen verschillende meetgegevens worden verzameld, gekoppeld en opgeslagen binnen het onderdeel met behulp van geminiaturiseerde sensorelektronica. De gegevens worden draadloos verzonden naar een app of de eigen netwerken van het bedrijf. De slimme draden maken het dus mogelijk om waardevolle conclusies te trekken over de belasting van componenten. De sensoren in de schroefdraad meten spanning of druk, torsie, rotatie, positie (X, Y, Z) of temperatuur.
Gebruik verschillende sensortypen in de draadspindel
Fabrikanten schrijven vaak specifieke smeermiddelen voor om hun systemen of machines goed te laten werken.
- Torsiesensoren kunnen bijvoorbeeld het losbreekmoment van een belaste draadmoer meten. De verzamelde torsiegegevens kunnen ook worden gebruikt om te bepalen welk smeermiddel is gebruikt. Zo kan een operator een verkeerd gebruikt smeermiddel vervangen door het smeermiddel dat voldoet aan de voorschriften van de fabrikant en zo zijn processen optimaliseren. Torsiesensoren kunnen ook worden gebruikt om conclusies te trekken over bedieningsfouten op systemen.
- Andere sensoren meten de spanning of druk en dus de belasting. Op deze manier kunnen de slimme componenten van Bornemann Gewindetechnik worden gebruikt voor wegingen, met name voor het herkennen van overbelastingen. Voor fabrikanten van zware hefsystemen worden draden met geïntegreerde trek- en druksensoren aanbevolen als intelligent alternatief voor kostenintensieve krachtopnemers. Bovendien kunnen slimme draden met trek- en druksensoren de mogelijkheid bieden om het betreffende model te identificeren via het specifieke belastingsprofiel in hefsystemen met meerdere hefbokken (bijv. in hefsystemen voor locomotieven en wagons).
- Positiesensoren geïntegreerd in draadspindels maken het ook mogelijk om conclusies te trekken over de toestand of slijtage van een systeem, bijvoorbeeld door de kleinste trillingen te meten.
- Informatie over overbelasting of slijtage kan ook worden geleverd door temperatuursensoren.
Draadloze gegevensoverdracht mogelijk
De meetgegevens worden rechtstreeks in het onderdeel opgenomen, samengevoegd, opgeslagen en draadloos verzonden. Dit gebeurt via Bluetooth naar een op maat gemaakte app van de fabrikant, zodat gebruikers alle meetwaarden op hun smartphone of tablet kunnen bekijken. De signalen kunnen ook worden ontvangen en voorbewerkt met een industriële gateway en vervolgens via industriële bussystemen worden doorgestuurd naar bovenliggende meetsystemen of controllers. Dit zorgt ervoor dat de slimme draden compatibel zijn met bestaande systemen.
Bornemann Gewindetechnik ontwikkelt deze “gevoelscomponenten” voor fabrikanten of exploitanten in de installatie- en machinebouwsector, waar draadspindels of schroeftransporteurs worden gebruikt. Een van de doelmarkten zijn fabrikanten en exploitanten van hefsystemen die zware lasten moeten opvangen, bijv. hefsystemen voor treinen, vrachtwagens, theatertrappen en schepen. Een ander toepassingsgebied zijn grote schuifafsluiters of schotten voor hydraulische staalconstructies.
Langdurig verzamelde meetgegevens kunnen worden geëvalueerd en gebruikt om conclusies te trekken voor procesoptimalisatie. De informatie helpt onder andere bij het initiëren van voorspellend onderhoud en het voorkomen van onnodige systeemonderbrekingen.
Moritz von Soden, algemeen directeur Bornemann Gewindetechnik GmbH & Co. KG.
Gebruikers van slimme draadspindels profiteren van belangrijke extra informatie over hun componenten en processen. Meetgegevens die over een langere periode zijn verzameld, kunnen worden geëvalueerd en gebruikt om conclusies te trekken voor procesoptimalisatie. De informatie helpt onder andere om voorspellend onderhoud te initiëren en onnodige systeemonderbrekingen te voorkomen. Foutenbronnen en bedieningsfouten kunnen gemakkelijker worden geïdentificeerd. Daarnaast kunnen de gegevens en afgeleide verklaringen worden gebruikt om het ontwerp van componenten te verbeteren en de energie-efficiëntie van machines of systemen te verhogen.
Van prototype tot kleine serie tot eindproduct
Als een machinefabrikant bijvoorbeeld een slimme draad bestelt, is de eerste stap het produceren van een prototype dat bestaat uit een licht aangepast mechanisch product van de fabrikant en een gestandaardiseerd sensorsysteem plus software.
In het verdere verloop van het project gebruikt de machinefabrikant al kleine series schroefdraad en een app die speciaal voor zijn bedrijf is gemaakt. Dit stelt hem in staat om belangrijke feedback van zijn klanten te krijgen over de machines en systemen die zijn uitgerust met het garen. Deze feedback wordt gebruikt om de software verder te ontwikkelen en toepassingsspecifieke functies te implementeren. Er kunnen ook intelligente algoritmen worden geïmplementeerd om de eindgebruiker aanzienlijke voordelen te bieden in vergelijking met het conventionele product.
Zwakke punten van eerdere oplossingen voor kracht- en koppelmeettechnologie
Volgens het team van Bornemann Gewindetechnik hebben de tot nu toe op de markt beschikbare oplossingen voor kracht- en koppelmeettechniek duidelijke zwakke punten: omslachtige integratie, hoge aanschafkosten, complexe meetkettingen – Industrie 4.0 en de bijbehorende eisen kunnen op deze manier nauwelijks worden geïmplementeerd. Slimme schroefdraadcomponenten zijn ontworpen met het oog op de toekomst en zijn bedoeld om deze problemen op te lossen. De nieuwe draden van Bornemann Gewindetechnik digitaliseren verschillende machines en systemen en maken ze slim. Ze fungeren als een geïntegreerde interface voor het Internet of Things en professionaliseren het totale systeem van installaties en processen.
Bron:
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/