19. März 2008, VVD Dresden

Aus der Praxis – Angewandte Diagnose für erhöhte Prozesssicherheit und

Maschinenverfügbarkeit von Verpackungsmaschinen

Dipl.-Ing. Peter Hahn (Ing.-büro Hahn)

Dipl.-Ing. Gerrit Pohlmann (WZL der RWTH Aachen)

Gliederung

Vorstellung des Projektes ZuPack1

Riemendiagnose an der BB600 Kuvertiermaschine2

Diagnosen und Feldtest der VCI 180 Schlauchbeutelma schine3

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Übersicht ZuPack: Ziele, Arbeitspakete, Partner

Analyse der Systemanforderungen

Entwicklung von Über-wachungsmethoden

und -strategien

Entwicklung einer Systemplattform

Erhöhung der Verfügbarkeit von Verpackungsmaschinen durch ein kostengünstiges

Zustandsüberwachungssystem für hochbelastete Komponenten und ihr

Zusammenspiel

Strategische Zielvorstellung:

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Umsetzung der Überwachungsmethoden und -strategien

Systemerprobung und -optimierung

Projektmanagement

1. Differenzierung durch Innovation2. Konzentration auf die technische

Basis (� Komponenten)3. Kostensenkung mit Fokus auf den

Gesamtlebenszyklus Aktuell

Kennwert Anforderungen Maschinenhersteller und Anw ender

Image, Anlagenaufwertung (nur MH)

Neue Geschäftsmodelle (nur MH)

Kennwert MH

Kennwert EU

Arbeitspaket 1: Analyse der Systemanforderungen

Neue Geschäftsmodelle

Image,Anlagenaufwertung

Anlageninbetriebnahme

Garantie

Maschinen-hersteller

Anwender

Ergebnisse des Fragebogens:� Derzeit Austausch oft ausfallorientiert oder

zeitlich präventiv� Sehr lange Laufzeit der Anlage (> 10 Jahre) mit

hoher (> 60%) bis höchster (3 Schicht) Auslastung

Ziele des Fragebogens:� Erfassung der gängigen Instandhaltungspraxis und –wirtschaftlichkeit� Anforderungen der Maschinenhersteller und Endanwender erfassen� Identifikation der kritischen Komponenten und Anlagenzustände� Schaffung einer Ausgangsbasis für die Entwicklung der Systemplattform

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0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0

Schnelle Fehlerlokalisierung (im Fa lle einerStörung)

Trendaussage

Erhöhung der Anlagenverfügbarkeit (nur EU)

Betriebskostenreduktion (nur EU)

Wichtigkeit

Betriebskostenreduktion

Anlagenverfügbarkeit

Trendaussage

Schnelle Fehlerlokalisierung(im Falle einer Störung)

Garantie

Sicherheitserhöhung

Langfristige Daten

Exakte Fehleridentifikation

hoher (> 60%) bis höchster (3 Schicht) Auslastung � Hauptproblem bei Ausfällen: Prozeßfolgekosten� Einfaches, modulares Überwachungs-

system mit Standardschnittstellen gefordert� Größter Nutzen: Erhöhung Anlagenverfügbarkeit� 3-10% Mehrkosten (bezogen auf Anlagenwert)

werden bei entsprechendem Nutzen akzeptiert� Kritische Teile: Riemen (Antrieb, Transport),

Führungen, Getriebe, Lager, Pneumatik

Arbeitspaket 2 - Stand Februar 2009: Umgesetzte Einzeldiagnosen an den Demonstratoren

Riemen,

Ketten

(WZL)

Pneumatik

(Festo)

Vibration

(epro)

Antrieb

(Siemens)

ePS-Client

(ePS)

Lauffähig lauffähig lauffähig lauffähig Lauffähig

Lauffähig - Lauffähig lauffähig Lauffähig

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(Buhrs)

Lauffähig - Lauffähig

(ohne HMI-Anbindung)

lauffähig Lauffähig

Nicht geplant

(Ketten-analyse)

Lauffähig Lauffähig

(ohne HMI-

Anbindung)

- Maintenance

Manager

(Optima)

- Diagnose parallel zum Steuerungsprogramm

- Einfache Abhängigkeitenund Kombinationen

- Langzeitauswertung- Ferndiagnose- Weitere Verdichtung

Arbeitspaket 3: Systemplattform zur Integration

VirtuellerCM-Slave

PLC/ CM-Master (z.B. Simotion)

MES / ERPVisualisierung

CM Master SystemExterner Server

z.B. ePS,

Internet

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- Diagnose für Komponen-ten

- Leistungsfähige Algorith-men

- Datenverdichtung

- Virtuelle Slaves

CM-SlavePneumatik

CM-SlaveE-Drive

CM-SlaveVibration

CM-SlaveRiemen

Subsyst. 1

Subsystem n

Subsyst. 1

Subsystem n

Subsyst. 1

Subsystem n

Subsyst. 1

Subsystem n

Feldbusse, EthernetProfibus

Gliederung

Vorstellung des Projektes ZuPack1

Riemendiagnose an der BB600 Kuvertiermaschine2

Diagnosen und Feldtest der VCI 180 Schlauchbeutelma schine3

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Schließstrecke

Ablageband

Prozessfehler und Maschinendefekte durch zu niedrig e oder zu hohe Riemenspannung an der Kuvertiermaschine BB600

Hauptwellenbruch – Mech. Defekt� Ausfall von Teilfunktionen

z. B. Stopper und Einschubfinger

� Defekte Welle nicht direkt einsehbar für Bediener

� Mechanische Überlastungdurch überhöhte Riemen-spannung oder Fremd-körper im Zahneingriff

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Anleger 1...n Kuvertierteil

Kuvertzufuhr

Kette + Mitnehmer Saugöffner

Stopper

Riemendiagnose BB600� Erkennung von fehlerhafter Vorspannung

� Erkennung von Fremdkörpern

FV

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Verschmutzung

Maschinenraum BB600 – Riemen M1B

Riemendiagnose: RD-DMS-Sensorik

Riemen M1B � Installation für 3 Riemen: M1A, M1B, M1C

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M1

Riemendiagnose: RD-DMS-Sensorik

� Installation für 3 Riemen: M1A, M1B, M1C

� Messung der Verbiegekraft mittels DMS

Riemen M1B

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DMS

Riemendiagnose: RD-DMS-Sensorik

� Installation für 3 Riemen: M1A, M1B, M1C

� Messung der Verbiegekraft mittels DMS

� Kalibrierung von Kraft zu analoger Spannung

� Berechnung der Vorspannungskraft aus Geometrie und Charakteristik des Sensors

Riemen M1B

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Analyse &Auswertung

Bedienung &Visualisierung

DMS

Kennlinien der Riemenspannung

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Quelle: WZL

� Ab April 2009 erfolgt die Erprobung beim Kunden

Gliederung

Vorstellung des Projektes ZuPack1

Riemendiagnose an der BB600 Kuvertiermaschine2

Diagnosen und Feldtest der VCI 180 Schlauchbeutelma schine3

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� Kunde: Transimpex

� Laufzeit: 10 Stunden am Tag

� Produkt: Reis

� 125 g 120 Beutel pro Minute

� 250 g 80 Beutel pro Minute

� Achsüberwachung

Vorstellung der Feldtestmaschine VCI 180

Folienabzug

Quersiegler

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� Pneumatiküberwachung

� Schwingungsüberwachung geplant

Schnittmesser

Maschinenfunktion „Quersiegler“

1 111 1

1 1 11

Bewegung des Quersieglers:Backen max.OffenBacken max.Offen Backen schließen Backen siegeln / RichtungswechselBacken schließen Backen siegeln / Richtungswechsel

Beschleunigungs-sensor PR-9270

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Federpakete

Excentereinheit

Linearführung

Kugelgelenk

Antrieb

Überwachungsansätze:

Ergebnis:Das Drehmoment liegt am Anfang der Siegelpause bei mehreren Folienlagen zwischen den Siegelbacken (rote Kurve) deutlich über dem Drehmoment bei normal gesiegeltem Beutel (blaue Kurve). Es kommt im Produktionsbetrieb

Antriebsdiagnose zur Überwachung des Quersieglers

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Es kommt im Produktionsbetrieb häufiger vor, dass sich Folienreste auf den Siegelbacken aufbauen. Dies ist detektierbar.

Geeigneter Kennwert:Maximum der Kurve.

Antriebsdiagnose zur Überwachung des Quersieglers

1 1 11 1 11 1 1

Siegelpause Siegelpauserote Kurveblaue Kurvegrüne Kurve

Pneumatische Überwachung des Quersieglers

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Quersiegler

� Achsüberwachung

� Folienschlupf

� Anpresskraft

� Schwingungsüberwachung

� Lagerschaden

Überwachung des Folienabzuges

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� Lagerschaden

� Anpresskraft

� Pneumatische Überwachung

� Riemenreststärke

� Anpresskraft

Ergebnis:Die Geschwindigkeit liegt bei zu niedrigem Anpressdruck (rote Kurve) deutlich über der Geschwindigkeit bei richtig eingestelltem Druck (blaue Kurve), da ein zu niedriger Anpressdruck einen Schlupf zwischen Folie und Transportriemen bewirkt und die Maschine dieses durch eine höhere Geschwindigkeit der Transportriemen

Überwachung des Folienabzuges

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Geschwindigkeit der Transportriemen ausregelt. Schlupf am Folientransport ist detektierbar.

Geeigneter Kennwert:Mittelwert der gesamten Kurve.

Überwachung des Folienabzuges

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Onlineüberwachung

8 bar

6 bar

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110 l

80 l

Bisherige Erfahrungen

� Fehlerhafte Installation der Schnittmesser beim Reinigen– Hohe Schnittzeiten (160 ms) erkannt– Korrektur durch richtiges einsetzen

� Schnittzeit 120 ms

� Zu hoher Luftverbrauch bei zu großen Systemdruck

– Luftverbrauch von 110 l bei 100 Beutel

– Korrektur durch Drosseln des Systemdruckes

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– Korrektur durch Drosseln des Systemdruckes� Luftverbrauch von 80 l bei 100 Beutel

� Anwender Transimpex sieht folgende Vorteile

– Mehr Informationen (auch im Büro) verfügbar

– Ersatzteile sind vorab bestellbar

Quelle:

Danksagung

Dieses Forschungs- und Entwicklungsprojekt wird mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (B MBF) innerhalb des Rahmenkonzeptes „Forschung für die Produktion von morgen“ (Förderkennzeichen 02PG2100) gefördert und vom Projektträger Forschungszentrum Karlsruhe, Bereich Produktion und Fertigungstechnologien (PTKA -PFT), betreut.

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Wir bedanken uns beim BMBF und beim Projektträger PTKA-PFT, insbesondere beim zuständigen Projektbetreuer Herrn Redelstab für die Unterstützung dieses Vorhabens.