Anlagenstillstände können durch rechtzeitige Schadenserkennung vermieden werden.

Bild: iStock, ismagilov

Zustandsüberwachung von Kabeln Die Schleppkette wird intelligent

15.03.2019

Schleppkettenkabel sind die Lebensadern einer modernen Fertigung. Um kostenintensive Anlagenstillstände zu vermeiden, ist es wichtig, Verschleiß oder Beschädigungen an den Kabeln rechtzeitig zu erkennen. Eine intelligente Zustandsüberwachung macht genau das möglich und ermöglicht es, präzise Voraussagen über den Wartungsbedarf zu treffen.

In einer einzigen Stunde einige hunderttausend Euro an Kosten einsparen: Bei so einer großen Zahl würde jeder Fertigungsleiter wohl von seinem Vorgesetzten umarmt werden. Denn in den Produktionslinien der Industrie können solche Summen genau dann entstehen, wenn eine Anlage wegen eines plötzlichen Defekts ungeplant stillsteht. Je nach Anwendungsfall und Branche kann ein Produktionsstillstand nicht nur zu Material- und Energieverlusten führen, auch die Personalressourcen bleiben in der Produktion ungenutzt. Darüber hinaus entstehen zusätzliche Kosten für spezialisierte Notfallteams und Dienstleister, die den Fehler beheben müssen. Zusätzlich können Pönale innerhalb der erweiterten Wertschöpfungskette drohen, welche bei solchen Ausfällen in der eng getakteten Zulieferindustrie mit einhergehen können.

Eine Ursache für ungeplante Produktionsstillstände können fehlerhafte Daten- und Energiekabel in Schleppketten sein, die unter hohen Belastungen stehen und zeitgleich die Lebensadern von Industrieanlagen darstellen. Verbesserungen in der Overall Equipment Effectiveness (OEE) stehen im Fokus der weltweiten Industrie. Hierbei kann die Technologie LEONiQ eine wichtige Rolle spielen, Produktionsprozesse effizienter zu gestalten: Der Kabelhersteller Leoni arbeitet seit einiger Zeit an intelligenten, digitalen Kabellösungen, die ihren eigenen Zustand überwachen, interpretieren und übermitteln können. Erklärtes Ziel ist es, ungeplante Stillstände in Fertigungsprozessen und Investitionsgütern aufgrund von Problemen in der Energie- und Datenversorgung weiter zu reduzieren beziehungsweise gänzlich zu vermeiden und so die Anlagenverfügbarkeit deutlich zu steigern.

Daten- und Energiekabel unter Dauerbelastung

Schleppketten kommen an vielen Stellen in der Produktion zum Einsatz. Darin werden Daten- und Energiekabel für Werkzeugmaschinen, Portalkräne oder komplexe Produktionsanlagen geführt. Hier sind die Belastungen, die auf diese Kabel einwirken, sehr hoch. So müssen Schleppkettenkabel beispielsweise während ihrer Laufzeit mehreren Millionen Biegezyklen standhalten und sind dabei maximalen translatorischen Beschleunigungen bis zu einem Vielfachen der Erdbeschleunigung ausgesetzt. Hinzu kommen hohe Verfahrgeschwindigkeiten und sehr lange Verfahrwege der Schleppketten.

Neben den mechanischen Belastungen, müssen die Kabel gegenüber Ölen und anderen aggressiven Medien sowie gegen außerordentlich hohe Temperaturen resistent sein. Die schnellen Bewegungsabläufe und restriktiven Bauraumvorgaben erfordern überdies eine kompakte Kabelführung. Die Anforderungen an die elektromagnetische Abschirmung steigen durch diese Bauraumvorgaben stetig; gerade hier ist die Auslegung und eben Überwachung des Schirms von besonderer Bedeutung. Vor diesem Hintergrund sind hybride Leitungen, in denen Daten- und Energieübertragung in einem einzigen Kabel realisiert werden, besonders praktisch.

Aber auch an anderen Stellen in der vollautomatisierten Fabrik kann dieses Prinzip von großem Nutzen sein. Durch die vielfältigen, ständig wiederkehrenden Bewegungsabläufe von Dresspacks, den Energiezuführungen auf Robotern, sind die darin enthaltenen Komponenten hohen Belastungen ausgesetzt. Deswegen müssen sie sehr flexibel und torsionsbeständig sein. Um dem Roboter einen größtmöglichen Bewegungsraum zu erhalten, müssen sie außerdem so eng wie möglich am Roboter geführt werden, damit sie nicht mit den zu bearbeitenden Bauteilen oder anderen Anlagenteilen kollidieren. Beim Hin- und Zurückfahren muss das System ausreichend Längenreserven haben, um translatorische und rotatorische Bewegungen auszugleichen. Die Folge ist, dass die Energiezuführung jedes Roboters auf die jeweiligen Anforderungen hin ausgelegt werden muss – und das betrifft typischerweise mehrere hundert Roboter in einer Produktionsanlage.

Funktionsweise der LEONiQ-Technologie

Ein intelligentes Dresspack mit der integrierten LEONiQ-Technologie, kann hier viele Vorteilen bieten. Ein ins Kabel integrierter Leiter wird in bestimmten Intervallen mittels eines speziellen Signals überprüft. Anhand der Veränderungen dieses Signals können Parameter wie Temperatur, Dichtigkeit und mechanische Belastung entlang des gesamten Kabels überwacht und kritische Stellen lokalisiert werden. Auf diese Weise können Betreiber von Produktionsanlagen nicht nur frühzeitig erkennen, welche Energiezuführung an die Verschleißgrenze kommt, sondern auch das betroffene Kabel und die jeweilige Stelle detektieren.

Mit Hilfe dieser Technologie können nun erstmals eine Vielzahl an Kabelanwendungen im Betrieb überwacht und mit der Cloud verbunden werden – und das auf kommerziell attraktive Weise. Das gilt insbesondere auch im Umfeld von Schleppketten-Technik. Denn die dortigen Belastungen, die auf die Kabel einwirken, sind nicht pauschal vorhersagbar. Abhängig von verschiedenen räumlichen und lokalen Begebenheiten der Installation können lokale Erwärmungen von Schleppketten deutlich unterschiedlich ausfallen; an anderen Stellen können Biegung, Torsion, spanende Fertigungsverfahren oder eindringende Medien wie Öle die Belastung überdurchschnittlich steigern.

Data Analytics für die Wartung

Durch Einsatz von LEONiQ kann der Zustand der Kabel über aktive Datenanalyse nahezu in Echtzeit mittels Cloud-Services überwacht werden. Die zugehörige Visualisierung des Zustands erfolgt zeit- und ortsunabhängig über ein kundenspezifisches Dashboard. Auffällige Stellen werden dabei detektiert und für den User farblich gekennzeichnet und dargestellt. Darauf aufbauend werden einzelne Datenanalysen weiter verfeinert und mathematische Modelle der Kabelsysteme beziehungsweise digitale Zwillinge trainiert und optimiert. Das ermöglicht präzise Voraussagen zu Verschleiß und Wartungsbedarf, so dass das Risiko ungeplanter Produktionsstillstände durch Kabelschäden auf ein Minimum reduziert werden kann. Und dabei kann schon mal einige hunderttausend Euro innerhalb von einer Stunde eingespart werden.

Bildergalerie

  • Schleppketten müssen in ihrer Lebenszeit mehrere Millionen Biegezyklen aushalten.

    Bild: Leoni Special Cables

  • Dank der LEONiQ-Technologie ist es möglich, digitale Zwillinge der Schleppketten zu erzeugen. Mit ihrer Hilfe lässt sich Verschleiß prognostizieren.

    Bild: Leoni Special Cables

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