Auch in der Holzernte steigen die Anforderungen an die Sensorik, um den Menschen bei der Arbeit mehr Sicherheit zu bieten.

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Schleifringe als wandlungsfähiges Bindeglied Daten- und Stromfluss in Forstmaschinen und Abfüllanlagen sichern

12.10.2018

Der steigende Automatisierungsgrad, die zunehmende vernetzte Kommunikation sowie der erhöhte Einsatz von Sensoren verlangen alle eine zuverlässige Übertragung elektrischer Ströme und Signale. Kübler bietet hierfür passende Schleifringe für unterschiedliche Applikationen, die den Anforderungen entsprechend ausgelegt sind.

Schleifringe versorgen rotierende Plattformen mit elektrischer Leistung und übertragen Signale und Daten, auch in Kombination mit Flüssigkeiten und Gasen. Sie kommen in der Verpackungsindustrie, im Anlagen- und Maschinenbau wie beispielsweise in Wickelmaschinen oder aber auch in der mobilen Automation zum Einsatz. Diesen Anwendungsgebieten sollen die Schleifringe von Kübler mit Robustheit, Langlebigkeit und Zuverlässigkeit begegnen.

Trend zu mehr Effizienz

Anlagen- und Maschinenhersteller streben stets nach höchster Effizienz. Das Maximum zu erreichen und dabei Ressourcen zu schonen und die Produktionszeiten durch immer effizienter werdende Prozesse zu verkürzen und Stillstandzeiten zu vermeiden, sind hohe Ansprüche an die Gesamtanlage. Hierbei spielt die Datenübertragung eine große Rolle.

Rotierende Plattformen wie etwa Rundtakttische kommen aufgrund ihres vergleichsweise geringen Platzbedarfs häufig dort zum Einsatz, wo es bei Prozessen mit hoher Ausbringung und Effizienz um eine optimale Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Fläche geht. Die Vielzahl an Betriebsdaten einer Anlage müssen sicher und zuverlässig an die Anlagensteuerung übertragen werden.

Neben reinen Betriebsdaten werden immer häufiger auch Umweltdaten wie Temperatur, Feuchte oder aber auch Schock und Vibrationen erfasst, übertragen und verarbeitet. Die Gesamtheit dieser Informationen ermöglicht eine ganzheitliche Zustandsüberwachung der Anlage, welche die Anlagenverfügbarkeit des Endanwenders positiv beeinflusst.

Schleifringe im Zeitalter von Industrie 4.0

Noch nie wurden so viele Daten in Anlagen und Maschinen übertragen. Dadurch steigen auch die Anforderungen an Schleifringe, die als Bindeglied zwischen stationären und rotierenden Anlagenteilen gelten. Mittels spezieller Abschirmtechnologie kann Kübler neben einer Leistungsübertragung bis zu 120 A parallel mehrere Feldbus- und Ethernet-Kanäle störungsfrei und somit zuverlässig zu übertragen. Datenraten von 100 Mbit/s bis hin zu 1 Gbit/s sind möglich.

Um die Zustandsüberwachung im Sinne von Condition Monitoring zu erfüllen, werden die Schleifringe optional mit integrierter Sensorik ausgestattet. Sie erfasst unterschiedliche Messwerte wie beispielsweise die Lebensdauer der schleifenden Kontakte. Dies wird heute je nach Applikation schon teilweise per LED als Erkennung in der Gesamtanlage umgesetzt.

Zukünftig sollen die Schleifringe nicht nur als passive Komponente agieren, sondern auch durch Elektronik den Gerätezustand erfassen, auswerten und an die Anlagensteuerung übertragen. Dadurch können planmäßige Wartungsintervalle durchgeführt werden, welche unerwartete Stillstandzeiten reduzieren beziehungsweise die Anlagenverfügbarkeit nicht beeinflussen. Ganz im Sinne von Predictive Maintenance.

Designs gezielt auslegen

Mit der 20-jährigen Erfahrung im Bereich der Übertragungstechnik hat sich Kübler auf einige Technologien spezialisiert und diese in einem Baukasten zusammengefasst. Das Angebot umfasst unter anderem:

  • kontaktierende Übertragung mit Golddraht

  • Metall-Graphit-Bürsten

  • kontaktlose kapazitive, induktive oder optische Übertragung

  • integrierte Sensorik

  • Medien-Durchführungen für Flüssigkeiten und Gase

Das Design jedes Schleifrings wird speziell auf den einzelnen Einsatz angepasst. Dies betrifft die Auswahl geeigneter Kontaktwerkstoffe ebenso wie die Bauform des Schleifrings. Kübler will dadurch für jede Anforderung die passende Lösung bieten.

Funktionsweise bei Abfüllanlagen

In der Verpackungsindustrie ist Kübler ein angesehener Partner bei den Herstellern von Flow-Pack-Maschinen, Abfüllanlagen und Stretch-Verpackungsmaschinen. Der kompakte Schleifring SR060E, der speziell für Flow-Pack-Maschinen konzipiert wurde, stellt sein Können in diesen Applikationen unter Beweis. Lange Lebensdauer, einfache Reinigung und eine hohe Schutzart IP64 sind wesentliche Kennzeichen des SR060E.

Für Abfüllanlagen stellt Kübler unterschiedliche Schleifringe vor, die sich in den verschiedenen Produktionsschritten einer automatisierten Abfüllanlage behaupten konnten. Zum Streckblasen, Abfüllen, Verschließen und Etikettieren werden die Schleifringe SR120, SR160 oder SR250H, welcher bis zu 120 A Strom übertragen kann, eingesetzt. Optional können all diese Schleifringe mit Drehdurchführung zur Übertragung flüssiger und gasförmiger Medien kombiniert werden.

Aufgrund der hohen Komplexität solcher Abfüllanlagen sind Datenübertragungsraten bis 1 Gbit/s erforderlich. Das Aluminium- oder Edelstahlgehäuse, die effizienten Dichtungen sowie die hohe Schutzart bis zu IP67 der Kübler-Schleifringe sollen den hohen hygienischen Ansprüchen in diesen Produktionsanlagen gerecht werden. Durch das modulare Baukastensystem entsteht für jeden Prozessschritt der passende Schleifring, der sich schnell und einfach installieren lässt und für einen langen und wartungsfreien Einsatz steht.

Wichtige Komponenten in Converting-Anlagen

Converting-Anlagen, auch Folien-Verarbeitungsmaschinen genannt, sind dynamische Anlagen, die hohe Ansprüche an Präzision, Leistung und Datenübertragung haben. Hier werden Trägermaterialien aus Folie, Karton oder Papier verarbeitet, die in diversen Branchen zum Einsatz kommen. Je nach Komplexität der Anlagen kommen zahlreiche elektrisch angetriebene Walzen zum Einsatz. Die Positions- und Drehzahlerfassung erfolgt hierbei über einen Drehgeber.

Die Leistungs- und Datenübertragung der Wicklereinheiten übernehmen Schleifringe. Durch die hohe Dynamik der Anlage entstehen beachtliche Vibrationen und Schocks, die für alle Anlagenteile eine Herausforderung darstellen, auch für die Schleifringe. In Zusammenarbeit mit einem Leitkunden hat Kübler deshalb Schleifringe entwickelt, die eine besonders hohe EMV-Beständigkeit aufweisen und parallel viele unterschiedliche Feldbus- und Ethernet-Protokolle übertragen, beispielsweise Profinet und DriveCliQ. Die Antriebe in solchen Wicklern müssen mit elektrischen Strömen bis 120 A versorgt werden.

Für Anlagenhersteller und Endanwender ist nicht zuletzt die hohe Anlagenverfügbarkeit enorm wichtig. Integrierte Sensoren sind als Option im Schleifring verbaut, um Umgebungsparameter wie die Temperatur zu erfassen und an die Anlagensteuerung weiterzugeben. Auch die Integration von Kübler-Drehgebern ist möglich. Dadurch werden Zusatzinformationen wie die Position des Rollenwechslers erfasst und übertragen.

360-Grad-Lösung für Forstmaschinen

Die mobile Automation ist breit gefächert und es gibt etliche Anwendungen, bei denen Sensoren wie Drehgeber, Seilzuggeber, Neigungssensoren oder aber auch Schleifringe eingesetzt werden können. Kübler fokussiert sich hierbei auf wesentliche Applikationen wie beispielsweise Holzernte-Maschinen, auch als Harvester bezeichnet.

Die steigenden Sicherheitsanforderungen machen auch in dieser Branche keinen Halt. Immer mehr Sensoren werden eingesetzt, um den Menschen bei der Arbeit mehr Sicherheit zu bieten. Eine zuverlässige Datenübertragung zwischen Sensorik und Steuerung ist hier essenziell. Ebenso spielt hier die Übertragung elektrischer Lasten eine wichtige Rolle. Und nicht zuletzt fordert diese Branche kostenoptimierte Lösungen, bestenfalls noch kompakt und somit platzsparend.

Kübler hat sich dieser Aufgabe gestellt und bietet spezielle Schleifringe für die mobile Automation an. Holzernte-Maschinen fällen Bäume im Minutentakt und müssen in allen Umgebungen zuverlässig eingesetzt werden können. Der Harvesterkopf beziehungsweise Greifer ist das Kernstück dieser Maschine. Er fällt nicht nur den Baum, sondern verarbeitet auch die unterschiedlich großen Holzstämme weiter. Bis dato wird der Greifer häufig mittels Schleppkabeln mit elektrischer Leistung versorgt. Die Schleppkabel dienen auch der Übertragung der Feldbus-Signale. Dies bringt aber im Arbeitsalltag wesentliche Einschränkungen hinsichtlich Drehbarkeit mit sich.

Schleifringe stellen hierfür eine 360-Grad-Lösung dar. Durch deren Einsatz verläuft die Last- und Datenübertragung über den Schleifring. Der Greifer kann sich somit unbegrenzt um die eigene Achse drehen. Aber nicht nur im Bereich des Harvesterkopfes werden Schleifringe von Kübler eingesetzt, sondern auch in der Fahrerkabine. Die Vielzahl an elektrischen Verbrauchern müssen mit Last versorgt werden, und auch die Daten- und Steuersignalübertragung muss hier zuverlässig funktionieren. Kübler bietet dazu eine besonders kompakte Lösung an, die zwei ineinander gekapselte Schleifringe beinhaltet, um somit den Anforderungen an Einsparung von Platz gerecht zu werden.

Bildergalerie

  • Der SR250-Schleifring für Leistungs-, Signal- und Datenübertragung bis zu 80 A. Auch die parallele Übertragung von Feldbus- und Ethernet-Kommunikation ist möglich.

    Bild: Kübler

  • Der für die Verpackungsindustrie konzipierte Schleifring SR060E ist wartungsarm und langlebig.

    Bild: Kübler

  • Der modular aufgebaute SR160-Schleifring überträgt Datenraten bis zu 100 Mbit/s.

    Bild: Kübler

  • Der Schleifring SR120 von Kübler.

    Bild: Kübler

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