MTx : Blaue „Black Box“ für Werkzeugmaschinen

In der Industrie wird immer mehr Produktivität, Maschinenverfügbarkeit, Präzision und Zuverlässigkeit verlangt. Dazu kann der SKF Machine Tool Observer MTx beitragen: Das eigenständige Gerät zur Datenerfassung und Erkennung von Spindelschäden bei Werkzeugmaschinen und -spindeln bietet sowohl Erstausrüstern als auch Endanwendern viele Vorteile.

Der MTx lässt sich leicht in neue Maschinen integrieren bzw. einfach nachrüsten. Er sammelt die Daten verschiedenster Sensoren (z.B. Schwingungen, Drehzahlen, Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Wirbelstrom, Schmierung). Sobald ein Sensorwert außerhalb vorgegebener Grenzen liegt, erhalten Benutzer und Maschinensteuerung einen Alarm. Zudem werden außergewöhnliche Sensorwerte mit einem präzisen Zeitstempel versehen und in einem permanenten Flash-Speicher protokolliert. Das Gerät ermöglicht eine kontinuierliche Datenerfassung über 10 Jahre. Erkennt der MTx einen akuten „Notfall“, kann die Werkzeugmaschine dank Hochgeschwindigkeitsrelaisausgängen in Millisekunden gestoppt werden. Gleichzeitig erhält der Maschinenführer eine Warnung per E-Mail und wird dadurch in die Lage versetzt, bei weniger schweren Störungen entsprechende Gegenmaßnahmen zu ergreifen.

Das System besteht aus einer mikrocontrollerbasierten, elektronischen Baugruppe mit internem Datenspeicher und einer Echtzeituhr. Die Signalprozessoren ermöglichen eine schnelle Datenerfassung im Bereich von 200 kHz. Dies bedeutet, dass alle 5 μs die Eingänge gelesen und Daten gesammelt werden. Alle 10 ms speichern die Prozessoren die Daten im Speicher ab, damit das System abweichende Betriebsbedingungen erfassen kann.

Der MTx erlaubt den parallelen Anschluss von bis zu 14 Sensoren unterschiedlichster Art. Jeder Eingang darf unterschiedlich konfiguriert sein, und für jeden Sensor lässt sich ein unabhängiger Grenzwert vorgeben. Die Sensoren können nach unterschiedlichen Ausgangssignalen und ihren physikalischen Einheiten unterteilt werden:

Schwingungen in drei Achsen mit einem speziellen triaxialen Beschleunigungssensor oder einem Standard-Beschleunigungssensor

Drehzahlsensor für die Spindel (5 V, 24 V oder 1 V pp)

Spannungssensoren (0 bis max. 24 V, einstellbare Spannungswerte)

Stromsensoren (4 mA bis max. 20 mA, einstellbare Stromwerte)

Temperatursensoren (Pt 100 und KTY 84 sind vorgegeben; weitere Temperatursensoren können vorgesehen werden)

logische Sensoren (Binärschalter, Näherungsschalter).

Das System hat auch zwei digitale Relaisausgänge für „Alarm“ bzw. „Notstopp“ mit frei programmierbaren Grenzwerten auf Basis von zwei unabhängigen Kanälen. Dieselben Grenzwerte werden auch zur Übermittlung von Daten- und Statusberichten an beliebige E-Mail-Adressen verwendet. Die grüne LED an der Elektronik zeigt den Betriebsstatus an; die rote LED aufgezeichnete Ereignisse.

Der SKF MTx sollte im Schaltschrank der Werkzeugmaschine eingebaut werden, während der triaxiale Sensor möglichst nahe am Spindelkopf anzubringen ist. Die maximal unterstützte Kabellänge zwischen dem MTx und dem Beschleunigungssensor beträgt zwölf Meter.

Dank der intelligenten Eingangsschaltung können bereits vorhandene Sensoren parallel angeschlossen und für die langfristige Datenerfassung und Schadenserkennung per MTx genutzt werden.

Die Analyse- und Datenpräsentation erfolgt mit der Server- und Client-Software für eine Standard-Ethernet (LAN)-Schnittstelle mit DHCP/IP-Protokoll. Die IP-Adressen werden automatisch vom DHCP-Server im Netzwerk generiert.

Mit dem Server- und Client-Softwarepaket können mehrere MTx-Geräte vom PC oder Netzwerk aus sowie via Internet verwaltet und betrieben werden. Jeder angeschlossene, konfigurierte Sensor lässt sich auch online überwachen. Dank des Server- und Client-Systems sind mehrere aktive Client-Sitzungen via Ethernet parallel möglich.

Die Software unterstützt verschiedene Zugriffsebenen. Jede Anwendung ist im globalen Netzwerk über eine benutzerdefinierte Zeichenfolge leicht identifizierbar.

Sämtliche Sensorsignale können in einer frei konfigurierbaren, maximal dreidimensionalen Matrix abgespeichert werden:

X-Achse: Acht automatisch skalierte Beschleunigungsklassen (z.B. 0 bis 5 g)

Y-Achse: Sechs automatisch skalierte Drehzahlklassen (z.B. 0 bis 8.000 min-1)

Z-Achse: Akkumulierte Spindelbetriebszeit in Tagen, Stunden, Minuten, Sekunden und Millisekunden; Mindest-, Höchst- und Durchschnittswert einer Temperatur in °C.

Insgesamt fünf verschiedene Schichten (Matrizen) aus allen angeschlossenen und konfigurierten Sensorsignalen werden, falls erforderlich, parallel unterstützt und aufgezeichnet. Die Nutzungsdauer einer Matrix entscheidet darüber, wie lange Daten in einer Matrix gespeichert werden, bevor eine neue erstellt wird. Die Nutzungsdauer jeder erfassten Matrix lässt sich je nach Anwendung zwischen einem Tag und 400 Tagen einstellen. Pro Schicht werden maximal 15 Matrizen unterstützt.

Die Matrixdaten lassen sich im CSV-Format exportieren. Sobald die maximal zulässige Anzahl erfasster Matrixzellen erreicht ist, werden die Matrixzellen zusammen erfasst. Wenn ein gemessener X-Achsenwert nicht in die Matrix passt, wird ein Ereignis mit Extrazellen einschließlich detaillierter Spindel-Historik mit exaktem Datum und Zeitstempel des Eintritts aufgezeichnet, damit die Garantiebedingungen für die Spindel überprüft werden können. Sobald die maximal 15 Ereignisse bzw. 25 Extrazellen aufgezeichnet sind, wird die X-Achse der Matrix geändert, und das Ereignis mit dem kleinsten X-Wert kommt in die Matrix. Wenn ein Y-Achsenwert nicht in die aktuelle Matrix passt, wird die Y-Achse geändert. Der Export von Ereignissen und Extrazellen in Dateien im CSV-Format wird unterstützt. Wenn ein erfasster Sensorwert einen Grenzwert überschreitet, wird auf dem Datenlogger-Bildschirm ein Logging-Ereignis (max. 250 Einträge) aufgezeichnet.

Eine weitere leistungsfähige Funktion ist die Erfassung von Roh- oder Sensordaten. Die Server-Software des SKF Machine Tool Observer MTx unterstützt die vollautomatische Erfassung und Aufzeichnung sämtlicher Sensorsignale auf dem Server. So können Maschinensignale minütlich über Monate oder Jahre aufgezeichnet werden. Diese Funktion ist sehr hilfreich, um Langzeittrends und -diagramme zum Zustand der Werkzeugmaschine zu erstellen. So kann der MTx als Tool zur Unterstützung vorbeugender und präventiver Instandhaltungssysteme eingesetzt werden.