Condition Monitoring an Werkzeugmaschinen

Die effiziente und präzise Arbeit von Werkzeugmaschinen ist für die moderne Fertigungsindustrie von entscheidender Bedeutung. Condition Monitoring, also die vorbeugende Überwachung von Maschinenzuständen, verhindert Störungen, bevor sie überhaupt auftreten. Die frühzeitige Erkennung möglicher Probleme erlaubt eine bedarfsgerechte, effiziente Wartung und bildet die Grundlage für Predictive Maintenance – die vorausschauende Instandhaltung von Maschinen. Ungeplante Stillstandzeiten oder Schäden können mit diesem Verfahren ebenso vermieden werden wie unnötige Anfahrten des Service-Personals. Voraussetzung dafür sind genaue und präzise Sensordaten, eine zuverlässige Kommunikationstechnologie und eine sichere Cloudumgebung.

Dabei gewinnen Systeme zur Überwachung des Maschinenzustands, wie das Condition Monitoring (CM), zunehmend an Bedeutung. Dieses System ermöglicht es, den Zustand von Maschinenkomponenten kontinuierlich zu überwachen und frühzeitig auf Verschleiß oder Fehlfunktionen hinzuweisen. Eine zentrale Rolle spielt hierbei die Vibrationsüberwachung, die als eine der effektivsten Methoden zur Zustandsüberwachung gilt.

Warum ist Condition Monitoring an Werkzeugmaschinen sinnvoll und wichtig?

Werkzeugmaschinen sind die "Herzen" der Fertigungsindustrie. Sie bilden die Grundlage für die Produktion einer Vielzahl von Bauteilen in unterschiedlichsten Industrien, zum Beispiel in klassische Gewerken wie der Maschinen- und Fahrzeugbau. Aber auch im Bereich der Energietechnik, der kritischen Infrastruktur oder der Konsumgüterwirtschaft sind die Anforderung an Werkzeug- und Zerspanungsmaschinen hoch. Ihre hohe Präzision und Leistungsfähigkeit sind daher entscheidend für die Qualität und Effizienz der Fertigung.

Condition Monitoring ermöglicht es, den Zustand von Maschinen und deren Komponenten in Echtzeit zu überwachen. Ziel ist es, Probleme zu erkennen, bevor sie zu Ausfällen, Störungen im Prozess oder kostspieligen Reparaturen führen. Ein gut funktionierendes Condition Monitoring System sorgt nicht nur für die Minimierung von unvorhergesehenen Ausfällen, sondern trägt auch dazu bei, die Lebensdauer der Anlagen zu verlängern und die Produktionskosten zu senken.

Durch die kontinuierliche Erfassung relevanter Daten direkt an der Maschine können Betreiber Verschleißerscheinungen, Fehlfunktionen oder auch Unregelmäßigkeiten frühzeitig feststellen. So lässt sich eine präventive Wartung durchführen, bevor teure Reparaturen notwendig werden. Darüber hinaus kann die Nutzung von Condition Monitoring helfen, den Betrieb einer Maschine zu optimieren, etwa indem sie übermäßig beanspruchte Komponenten identifiziert und gleichzeitig den Energieverbrauch überwacht.

Ein weiterer Aspekt, der für den Einsatz von Condition Monitoring spricht, ist die steigende Komplexität von Anlagen. Moderne Werkzeugmaschinen bestehen aus einer Vielzahl von Komponenten, die miteinander interagieren und sich gegenseitig beeinflussen können. Die Überwachung jedes Teils der Maschine, insbesondere der kritischeren Komponenten, durch Sensoren und intelligente Systeme bietet die Möglichkeit, Probleme direkt zu erkennen und zu beheben, bevor sie Auswirkungen auf die gesamte Produktion haben.

Die Rolle der Vibrationsüberwachung an Werkzeugmaschinen

Vibrationsüberwachung ist ein zentraler Bestandteil des Condition Monitoring. Sie ist besonders effektiv, weil Schwingungen einen direkten Hinweis auf die Verfassung vieler Maschinenkomponenten liefern. Viele mechanische Probleme wie Unwuchten, defekte Lager, Probleme mit dem Antrieb oder auch Fehlausrichtungen führen zu charakteristischen Schwingungsmustern. Indem die Vibrationen an verschiedenen Punkten der Maschine erfasst werden, können Unregelmäßigkeiten und potenzielle Schäden frühzeitig erkannt werden. Vibrationssensoren können an verschiedenen Stellen der Maschine installiert werden, zum Beispiel an Lagern, Antriebswellen oder Spindeln. Jede dieser Komponenten hat ein charakteristisches Vibrationsmuster, das auf ihren Zustand hinweist. Ein plötzlicher Anstieg der Schwingungsamplitude kann auf einen Defekt oder auf Verschleiß hinweisen und ist oft ein erster Indikator für eine bevorstehende Störung.

Die Vibrationsanalyse ist eine der einfachsten und kostengünstigsten Methoden, um die Verfassung einer Werkzeugmaschine zu überwachen. Sie bietet eine direkte Rückmeldung über die Funktionsweise der Maschine. Moderne Vibrationssensoren können hochpräzise Messwerte liefern, die sowohl die Frequenz als auch die Amplitude der Schwingungen messen. Anhand dieser Daten lassen sich Fehlerquellen zuverlässig diagnostizieren und klassifizieren.

Und das auch remote, unabhängig davon, wo sich die Maschine befindet. Eine routinemäßige Kontrolle vor Ort ist nicht erforderlich, die Informationen stehen Berechtigten jederzeit und überall zur Verfügung. Vor allem bei großen oder dezentralen Anlagen spart das erhebliche personelle und finanzielle Ressourcen und verringert durch die Vermeidung unnötiger Anfahrten den CO2-Footprint. Maschinenbetreiber haben den Zustand ihrer Assets jederzeit im Blick, Service-Unternehmen und Maschinenhersteller können auf Basis der Daten ihr Leistungsportfolio ausbauen.

Grundsätzlich eignet sich Condition Monitoring für alle Maschinen. Aber je höher die mechanische Belastung, desto wichtiger werden Echtzeit-Einblicke. Das IIoT bietet dafür schon heute alle Möglichkeiten – viele Anwendungen der Industrie 4.0 wären ohne aber auch nicht möglich. Daher ist jetzt der richtige Zeitpunkt einzusteigen.

Intelligente Zustandsanalysen in der Cloud

Die Basis dafür bilden Sensordaten, die an der Maschine erfasst und in die Cloud übertragen werden. Dort werden die Maschinendaten analysiert und ausgewertet. Jede Abweichung von einem festgelegten Sollwert ist ein möglicher Hinweis auf eine Störung. Komplexere Systeme nutzen intelligente, KI-basierte Datenanalysen und Machine Learning, um einen Blick in die Zukunft zu werfen: Wann ist der optimale Zeitpunkt für die nächste Wartung, wann erreicht ein Bauteil das Ende seiner Lebensdauer? Antworten auf diese Fragen liefern in der Regel Schwingungssensoren, Temperatursensoren und Drehzahlsensoren, aber auch andere Typen und Kombinationen sind möglich. Die Sensordaten werden über ein Gateway in eine sichere Cloudumgebung übertragen und ausgewertet, um den Zustand der Anlage zu überwachen und mögliche Störungen vorherzusagen. So ist das Schwingungsmonitoring eine bewährte und zuverlässige Methode für rotierende Maschinenkomponenten. Durch die Analyse der Schwingungsmuster können mögliche Schäden frühzeitig erkannt werden. Hohe Schwingungen können auf Unwuchten, Lagerprobleme oder Fehlausrichtungen zurückzuführen sein. Diese können sich negativ auf die Leistung der Anlagen auswirken und im schlimmsten Fall zu Ausfällen führen.

Klein, integriert und autark: die richtige Technologie

Um die Potenziale des Condition Monitorings voll und an jedem Ort, an jeder Maschine ausschöpfen zu können, benötigen Sie eine Lösung, die über eine unabhängige Energieversorgung, eine kompakte Bauform und eine integrierte Konnektivität verfügt. Der IoT-Sensor minion ist so eine flexible, wartungsfreie und autarke Lösung. Er benötigt keine externe Stromquelle, keine Netzwerkinfrastruktur, keine separate Cloudlösung und fast keinen Platz. Er ist einfach und schnell zu installieren, selbst unter ungünstigen baulichen Bedingungen. Eine Cloudlösung wird direkt mit angeboten. Dank dieser Eigenschaften können Sie jede ihre Maschinen schnell und kostengünstig mit Sensoren auszustatten, um wichtige Betriebsdaten zu sammeln, auch ohne umfangreiches Fachwissen oder IT-Kenntnisse.

Vorteile von Condition Monitoring und Vibrationsmonitoring an Werkzeugmaschinen

Die Implementierung von Condition Monitoring bringt – die richtige Technologie voraussgesetzt – bei überschaubaren Aufwand große Effekte für Ihr Unternehmen.

Kleine Sensoren, großer Effekt: Vorteile auf einen Blick

Zu den wichtigsten Vorteilen zählen:

• Reibungsloser Betrieb und geringere Stillstandszeiten
• Höhere Maschinenauslastung und Produktivität
• Schutz der wertvollen Assets, längere Lebensdauer der Maschinen
• Effektives Wartungsmanagement
• Wertvolle Einblicke für komplexere Analysen

Besondere Herausforderungen bei der Zustandsüberwachung und Schwingungsüberwachung an Werkzeugmaschinen

Trotz der vielen Vorteile gibt es auch verschiedene Herausforderungen bei der Implementierung von Condition Monitoring und Vibrationsüberwachung in der Praxis.

Komplexität und Vielfalt der Maschinen

Werkzeugmaschinen sind in ihrer Bauweise und Funktionalität sehr komplex. Jede Maschine ist einzigartig und hat ihre spezifischen Anforderungen an die Zustandsüberwachung. Es ist daher nicht immer einfach, das passende Überwachungssystem für jede Maschine auszuwählen. Auch die Installation von Sensoren und deren Integration in das bestehende Maschinensteuerungssystem kann eine Herausforderung darstellen. Um aussagekräftige Ergebnisse zu erzielen, müssen Sensoren an den richtigen Stellen der Maschine installiert werden, was insbesondere bei komplexen Maschinen oder bei Maschinen mit mehreren beweglichen Teilen problematisch sein kann. Der IoT-Sensor minion ist ihr kleiner Helfer in allen Einbaulagen und passt zu jeder Maschine. Durch seine platzsparende Bauform kann er auch bei beengten Einbauverhältnissen problemlos eingesetzt werden. Die Montage wird durch passende Adapter so komfortabel wie möglich gestaltet und ein lästiges Verkabeln entfällt ganz.

Datenmenge und Analyse

Ein weiteres Problem ist die riesige Menge an Daten, die bei der kontinuierlichen Überwachung einer Maschine entstehen. Die durch Messung der Vibration gesammelten Daten müssen effizient gespeichert und verarbeitet werden, um sie in Echtzeit auswerten zu können. Dies erfordert leistungsfähige IT-Infrastrukturen und fortschrittliche Analysetools, um aus den Rohdaten fundierte Entscheidungen abzuleiten. Machine Learning-Algorithmen und Künstliche Intelligenz bieten hier neue Ansätze, stellen aber auch neue Anforderungen an die Technologie und das Know-how der Anwender. Oder Sie setzen unseren minion ein und erzielen mit minimalem Aufwand maximale Wirkung: Der minion ist nach Installation sofort einsatzbereit und bringt die erfassten Daten direkt in die autosen.cloud oder über einen MQTT-Broker in die Cloudumgebung Ihrer Wahl. Ganz ohne Eingriff in die IT-Infrastruktur, zusätzliche Analysetools und Programmierkenntnisse.

Kosten für die Implementierung

Die Installation eines Condition Monitoring-Systems, das auf Vibrationsüberwachung basiert, ist mit Anfangsinvestitionen verbunden. Diese beinhalten die Kosten für Sensoren, die Hardware zur Datensammlung und -verarbeitung sowie die Software zur Analyse und Auswertung der Daten. Dazu kommt häufig ein nicht unerheblicher Personalaufwand zur Einrichtung der Soft- und Hardware. Gerade für kleinere Unternehmen, die nicht über ein großes Budget verfügen, können diese Investitionen eine Hürde darstellen. Doch die langfristigen Einsparungen durch reduzierte Wartungskosten und höhere Verfügbarkeit der Maschinen machen diese Investition oftmals wirtschaftlich sinnvoll.

Fazit: eine Frage der Wettbewerbsfähigkeit

In jedem Fertigungsunternehmen hängen die Produktivität, Effizienz und Wirtschaftlichkeit in hohem Maße von der Zuverlässigkeit der eingesetzten Maschinen und einem optimierten technischen Service ab. Der Einsatz von Condition Monitoring bringt Wettbewerbsvorteile hinsichtlich Betriebs-, Lifecycle- und Wartungskosten, Lieferfähigkeit und Leistung. Die Überwachung von Werkzeugmaschinen stellt daher eine große Herausforderung dar – aber auch eine noch viel größere Chance. Je nach Anwendung gehen die Möglichkeiten weit über die reine Überwachung hinaus: von der Planung von Wartungsarbeiten über die Erkennung von Verschleiß bis zur Erfassung und Dokumentation von wichtigen betrieblichen Kennzahlen wie der Overall Equipment Effectiveness (OEE).

Condition Monitoring und insbesondere Vibrationsmonitoring sind unverzichtbare Instrumente in der modernen Fertigungstechnik. Sie ermöglichen eine frühzeitige Fehlererkennung, präventive Wartungsmaßnahmen und eine langfristige Optimierung der Maschinenlaufzeit. Die Vorteile liegen auf der Hand: höhere Maschinenverfügbarkeit, geringere Wartungskosten und verbesserte Produktqualität.

Die Herausforderungen, die mit der Implementierung und Nutzung dieser Systeme verbunden sind, wie die Komplexität der Maschinen und die Analyse der großen Datenmengen, erfordern eine sorgfältige Planung und den Einsatz geeigneter Technologien. Dennoch überwiegen die Vorteile, insbesondere in einer Industrie, die zunehmend auf Automatisierung und Effizienz angewiesen ist.