Co potrafią czujniki we wrzecionach gwintowanych
Inteligentne gwinty mają sprawić, że technologia pomiaru siły i momentu obrotowego w systemach i maszynach z gwintowanymi wrzecionami stanie się zbędna – Bornemann pokazuje, jak to działa.
Pomysł jest równie oczywisty, co sprytny: dlaczego gwintowane wrzeciona nie miałyby po prostu same stać się czujnikami? Dzięki takiemu rozwiązaniu producenci instalacji i maszyn mogliby w przyszłości zrezygnować z kłopotliwej i kosztownej integracji zewnętrznej technologii pomiaru siły i momentu obrotowego. Przynajmniej taka jest idea zespołu rozwojowego w Bornemann Gewindetechnik GmbH. Ta rodzinna firma w pobliżu Hildesheim opracowuje, projektuje i produkuje niestandardowe komponenty gwintów z inteligentną technologią czujników. Oznacza to, że producenci i operatorzy systemów lub maszyn z gwintowanymi wrzecionami nie będą już musieli polegać na ciśnieniowych czujnikach wagowych z działu badań i rozwoju.
Technologia czujników jest zintegrowana bezpośrednio z wrzecionem gwintowanym i rejestruje każdą interakcję komponentu z jego otoczeniem. Umożliwia to gromadzenie, łączenie i przechowywanie różnych danych pomiarowych w komponencie za pomocą zminiaturyzowanej elektroniki czujnika. Dane są przesyłane bezprzewodowo do aplikacji lub własnych sieci firmy. Inteligentne nici pozwalają zatem na wyciąganie cennych wniosków na temat obciążenia komponentów. Czujniki zainstalowane wewnątrz gwintu mierzą naprężenie lub ciśnienie, skręcanie, obrót, położenie (X, Y, Z) lub temperaturę.
Używanie różnych typów czujników we wrzecionie gwintowanym
Producenci często zalecają określone środki smarne do prawidłowego działania swoich systemów lub maszyn.
- Czujniki skręcania mogą na przykład mierzyć moment zrywający obciążonej nakrętki gwintowanej. Zebrane dane dotyczące skręcania mogą być również wykorzystane do określenia, jaki środek smarny został użyty. Pozwala to operatorowi zastąpić nieprawidłowo użyty środek smarny środkiem zgodnym z zaleceniami producenta, a tym samym zoptymalizować procesy. Czujniki skręcania mogą być również wykorzystywane do wyciągania wniosków na temat błędów operacyjnych w systemach.
- Inne czujniki mierzą naprężenie lub ciśnienie, a tym samym obciążenia. W ten sposób inteligentne komponenty Bornemann Gewindetechnik mogą być wykorzystywane do ważenia, zwłaszcza do rozpoznawania przeciążeń. Dla producentów ciężkich systemów podnoszenia, gwinty ze zintegrowanymi czujnikami naprężenia i ciśnienia są zalecane jako inteligentna alternatywa dla kosztownych ogniw obciążnikowych. Ponadto inteligentne gwinty z czujnikami naprężenia i ciśnienia mogą oferować opcję identyfikacji odpowiedniego modelu za pomocą określonego profilu obciążenia w systemach podnoszenia z kilkoma podnośnikami (np. w systemach podnoszenia lokomotyw i wagonów).
- Czujniki położenia zintegrowane z wrzecionami gwintowanymi umożliwiają również wyciąganie wniosków na temat stanu lub zużycia systemu, np. poprzez pomiar najmniejszych drgań.
- Informacje o przeciążeniu lub zużyciu mogą być również dostarczane przez czujniki temperatury.
Możliwość bezprzewodowej transmisji danych
Dane pomiarowe są rejestrowane bezpośrednio w komponencie, łączone, zapisywane i przesyłane bezprzewodowo. Odbywa się to przez Bluetooth do dostosowanej aplikacji dostarczonej przez producenta, dzięki czemu użytkownicy mogą przeglądać wszystkie zmierzone wartości na swoim smartfonie lub tablecie. Sygnały mogą być również odbierane i wstępnie przetwarzane za pomocą bramy przemysłowej, a następnie przekazywane do nadrzędnych systemów pomiarowych lub sterowników za pośrednictwem systemów magistrali przemysłowej. Zapewnia to kompatybilność inteligentnych gwintów z istniejącymi systemami.
Bornemann Gewindetechnik opracowuje te „wyczuwalne” komponenty dla producentów lub operatorów w sektorze instalacji i inżynierii mechanicznej, gdzie stosowane są wrzeciona gwintowane lub przenośniki ślimakowe. Jednym z rynków docelowych są producenci i operatorzy systemów podnoszenia, które muszą radzić sobie z dużymi obciążeniami, np. systemy podnoszenia pociągów, ciężarówek, scen teatralnych i statków. Innym obszarem zastosowań są duże zasuwy lub grodzie do hydraulicznych konstrukcji stalowych.
Dane pomiarowe zebrane w długim okresie mogą być oceniane i wykorzystywane do wyciągania wniosków w celu optymalizacji procesu. Informacje te pomagają między innymi zainicjować konserwację zapobiegawczą i uniknąć niepotrzebnych przestojów systemu.
Moritz von Soden, Dyrektor Zarządzający Bornemann Gewindetechnik GmbH & Co. KG.
Użytkownicy inteligentnych wrzecion gwintowanych zyskują ważne dodatkowe informacje o swoich komponentach i procesach. Dane pomiarowe gromadzone przez długi czas mogą być oceniane i wykorzystywane do wyciągania wniosków w celu optymalizacji procesu. Informacje te pomagają między innymi zainicjować konserwację zapobiegawczą i uniknąć niepotrzebnych przestojów systemu. Źródła błędów i błędy operacyjne można łatwiej zidentyfikować. Ponadto dane i wyciągnięte z nich wnioski mogą być wykorzystane do poprawy konstrukcji komponentów i zwiększenia efektywności energetycznej maszyn lub systemów.
Od prototypu, przez małą serię, aż po produkt końcowy
Jeśli na przykład producent maszyny zamawia inteligentny gwint, pierwszym krokiem jest wyprodukowanie prototypu składającego się z nieznacznie zmodyfikowanego produktu mechanicznego producenta i znormalizowanego systemu czujników oraz oprogramowania.
W dalszej części projektu producent maszyn korzysta już z małych serii nici, a także z aplikacji dostosowanej do potrzeb jego firmy. Umożliwia mu to uzyskanie ważnych informacji zwrotnych od swoich klientów na temat maszyn i systemów wyposażonych w nici. Informacje te są wykorzystywane do dalszego rozwoju oprogramowania i wdrażania funkcji specyficznych dla aplikacji. Można również wdrożyć inteligentne algorytmy, aby zaoferować użytkownikowi końcowemu znaczące korzyści w porównaniu z konwencjonalnym produktem.
Słabe strony dotychczasowych rozwiązań w zakresie technologii pomiaru siły i momentu obrotowego
Według zespołu Bornemann Gewindetechnik dotychczasowe rozwiązania w zakresie technologii pomiaru siły i momentu obrotowego dostępne na rynku mają wyraźne słabości: kłopotliwa integracja, wysokie koszty nabycia, złożone łańcuchy pomiarowe – Przemysł 4.0 i jego wymagania trudno wdrożyć w ten sposób. Inteligentne komponenty gwintów zostały zaprojektowane z myślą o przyszłości i mają na celu rozwiązanie tych problemów. Nowe gwinty od Bornemann Gewindetechnik digitalizują różne maszyny i systemy, czyniąc je inteligentnymi. Działają one jako zintegrowany interfejs dla Internetu rzeczy i profesjonalizują cały system instalacji i procesów.
Źródło:
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/