Hydraulik Die Ampel für die „Gesundheit“ des Hydraulikzylinders

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Damit es bei Hydraulikzylindern gar nicht erst zu Leckagen und ungeplanten Stillständen kommt, hat Herbert Hänchen mit Performance Control ein Condition-Monitoring-System entwickelt. Es nutzt die Daten aus den integrierten Messsystemen und generiert daraus Prognosen.

Der schwäbische Maschinenbauer Herbert Hänchen steht für Hydraulikzylinder. Sie werden schon seit Jahrzehnten bei Bedarf mit Sensoren wie zum Beispiel Wegmesssystemen bestückt. Jetzt können sie mit verschiedenen Sensoren so vielfältige Daten liefern, dass eine Zustandsüberwachung und eine Wartungsvorhersage möglich werden.

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„Auch für die Hydraulik gilt: Nur wenn möglichst aussagefähige Daten zur richtigen Zeit zur Verfügung stehen, ist eine Vernetzung sinnvoll“, das betont Klaus Wagner, Bereichsleiter Forschung und Innovation bei der Herbert Hänchen GmbH. Entscheidend für die Datenbereitstellung ist dabei das neue Performance Control System von Hänchen, das jetzt in die Prototypenphase geht.

In die Entwicklung dieser Software floss die über 20-jährige Erfahrung bei der Steuerung und Einbindung von Hydraulikzylindern in Antriebssysteme ein. Durch den Sondermaschinenbau Ratio-Drive bei Hänchen ist tiefes Wissen vom Engineering und der Realisierung kompletter geregelter Antriebssysteme bis hin zu vollständigen Sondermaschinen – also weit über den Zylinder hinaus – vorhanden.

Zustandserfassung durch integrierte Messsysteme

Die Zustandserfassung für Linearantriebe umfasst bei Hänchen das Bewegungsprofil mit Frequenz, Amplitude, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Einsatzzeit und Laufleistung. Hinzu kommen weitere Daten wie zum Beispiel die Temperatur im Zylinder oder die Leckage an der Kolbenstange.

Für diese Aufgabe bietet Hänchen ein durchgängiges Konzept: Es umfasst die Integration der benötigten Messsysteme, wie Positionssensor, Druck- oder Leckagesensor, Temperatursensor sowie Durchflusssensoren bei den Dichtungssystemen Servobear und Servofloat. Gerade der von Hänchen entwickelte neuartige Leckagesensor erschließt dabei als Hardware neue Möglichkeiten in der Überwachung, indem er selbstlernend die Veränderung der Kolbenstangenleckage über die Betriebslaufzeit detektiert und somit eine Aussage über Verschleiß der Dichtungen geben kann. Der Einsatz von Sensoren muss angesichts des Invests allerdings auch sinnvoll sein – beispielsweise zur Überwachung großer Zylinder oder dort, wo die Ausfallkosten riesig sind, wie in der Stahlherstellung.

Über Gateways werden diese Rohdaten aufbereitet und mit der neuen Hänchen-Software Performance Control aufbereitet. Auf einem Dashboard sieht der Anwender neben den aktuellen Betriebsdaten auch eine Langzeitüberwachung der Zylinder und erhält Prognosen zur Zuverlässigkeit. Dies ist zum Beispiel eine Aussage darüber, wann mit einem Dichtungswechsel zu rechnen ist. Diese Daten können vom Anwender vielfältig für die Sicherheit, zur Prozesssteuerung und zur Produktüberwachung verwendet werden.

Datenanalyse und -aufbereitung zur Überwachung

Die Auswertung der Sensordaten erfolgt mit der Software Hänchen Perfomance Control: Die anfallenden Rohdaten werden zunächst mit dem Modul „Calc“ ausgewertet, das dauerhafte Speichern relevanter Informationen erfolgt über das Modul „Date“ in einer Datenbank. Mit dem Modul „Dash“ werden dann die Daten aufbereitet und in einem browserbasierten Dashboard zur Onlineüberwachung dargestellt.

Auf dieser großen Sammlung hochwertiger Daten will Hänchen aufbauen und neue digitale Möglichkeiten schaffen. Auf die online Zustandsüberwachung und die Ermittlung von Langzeittrends können weitere Prognosen folgen:

• Welcher Dichtungsverschleiß ist zu erwarten, etwa weil der Zylinder ständig mit besonders kleinen Hüben oder extremen Geschwindigkeiten gefahren wird?

• Wann ist der nächste Dichtungswechsel fällig?

Mit künstlicher Intelligenz präzise Vorhersagen machen

Künstliche Intelligenz wird die Software dabei so lernfähig machen, dass Wartungszyklen beispielsweise immer präziser definiert werden können – ähnlich wie heute ein Auto auf die nächste Inspektion aufmerksam macht. Darauf kann dann auch eine Ersatzteilanforderung aufbauen – bis hin zur selbständigen Ersatzteilvorbestellung beim Lieferanten. Auch für die Fernanalyse durch Hänchen entstehen neue Möglichkeiten, ohne dass ein Spezialist vor Ort sein muss.

Die Herausforderung bei der Entwicklung des Systems lag laut Wagner vor allem im komplexen Berechnungsalgorithmus, weil sehr viele Einflussfaktoren wie Verfahrgeschwindigkeit, Temperatur, Verfahrlänge oder Last berücksichtigt werden müssen. Fährt die Stange zum Beispiel nur kurze Hübe, verschleißt sie sehr schnell, weil nur eine kleine Stelle belastet wird. An dieser Stelle verringert sich auch die Schmierung. Über ein Monitoringsystem könnte nun die Anweisung kommen, dass der Hub von Zeit zu Zeit für einige Läufe verlängert werden soll, um die Schmierung wieder zu gewährleisten.

Klaus Wagner fasst zusammen: „Im Bereich Hydraulik wollen wir so Industrie 4.0 verwirklichen, die einen maßgeschneiderten Kundennutzen hat.“ Bei ausgewählten Kunden wird das System nun genutzt, um die Algorithmen und Datenaufbereitung zu verfeinern. Mithilfe der Rückmeldungen der Anwender in dieser Protypenphase sol ein praxistaugliches System für die Zukunft realisiert werden.

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