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Bedarfsgerecht Nachschmieren

Ungeplante Werkzeugmaschinenausfälle vermeiden

| Redakteur: Stefanie Michel

Die Profilschienenlaufwagen sind mit neuer Sensorik ausgestattet, um den Schmierzustand zu erfassen.
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Die Profilschienenlaufwagen sind mit neuer Sensorik ausgestattet, um den Schmierzustand zu erfassen. (Bild: Schaeffler)

Eine bedarfsgerechte Nachschmierung von Wälzkörperumlaufführungen lassen sich ungeplante Maschinenausfälle reduzieren. Basierend auf der Rollenumlaufeinheit stellt Schaeffler nun ein sensorbasiertes System mit automatischem Schmierstoffgeber vor.

Defekte Wälzlager und Linearführungen zählen statistisch gesehen zu einer der häufigsten Ursachen von Werkzeugmaschinenausfällen. Verantwortlich dafür, dass Linearführungen vor dem Ende der zu erwartenden Gebrauchsdauer ungeplant ausfallen, sind hauptsächlich Mangelschmierung, Verschmutzung und Einbaufehler. Mit einer bedarfsgerechten Nachschmierung von Wälzkörperumlaufführungen können nun solche ungeplanten Maschinenausfälle reduziert und die Verfügbarkeit von Werkzeugmaschinen gesteigert werden.

Sensor überwacht Schmierstoff in der Linearführung

Basierend auf der Rollenumlaufeinheit RUE-E 4.0, die als Studie auf der EMO 2015 präsentiert wurde, entwickelten die Schaeffler-Ingenieure nun eine zweite Generation zur Vorserienreife. Ähnlich der RUE-E 4.0 besteht das neue System aus einem Profilschienenlaufwagen mit integrierter Sensorik, einer Auswerteelektronik in einem kleinen Gehäuse und einem automatischen Schmierstoffgeber, wie dem FAG Concept 8. Die neue Auswerteelektronik ermöglicht jetzt die Überwachung von bis zu sechs Laufwagen pro Achse. Größte Herausforderung innerhalb der Entwicklung war es, die Sensorik in den Bauraum der Linearführung zu integrieren. Im Zuge dieser Neuentwicklung wurde ein Sensor speziell für die Erfassung des Schmierzustandes in den Laufwagen und für die Platzverhältnisse an den Umlaufführungen entwickelt.

Die neu entwickelte Linearführung nutzt den Effekt, dass mit alterndem Schmierstoff beziehungsweise kleiner werdender Schmierstoffmenge die Dämpfungswirkung des Schmierstoffs im Wälzkontakt abnimmt. Die Wälzkörper induzieren durch die kleiner werdende Schmierfilmdicke im Wälzkontakt nun mehr Schwingungsenergie in den Tragkörper. Bei Überschreitung eines aus dem Neuzustand (Sollzustand) generierten Schwellenwertes (Schmierindikator) löst das System automatisch einen Nachschmierimpuls am Schmierstoffgeber aus.

Vorteile bedarfsgerechter Nachschmierimpulse

Erfährt eine Achse relativ wenig Wegstrecke und geringe Bearbeitungskräfte wird das System seltener einen Schmierimpuls auslösen, bei starker Beanspruchung entsprechend häufiger. Dringen durch Verschmutzung Fremdkörper in den Laufwagen ein oder wird der Laufwagen mit Kühlschmierstoff kontaminiert, wird dies über den Körperschall sofort detektiert, bewertet und ein Schmierimpuls ausgelöst. Solange der emittierte Körperschall über dem Schwellenwert liegt, werden die Schmierimpulse wiederholt. So wird die Verschmutzung mit dem Schmierstoff aus dem Laufwagen sofort herausgespült. Sinken nach den Schmierimpulsen die Kennwerte wieder auf das normale Niveau, haben die Laufbahnen und Wälzkörper die Kontamination unbeschadet überstanden. Ohne diese Innovation würde die Linearführung bis zum nächsten geplanten Schmierintervall mit dieser Verschmutzung im Wälzkontakt weiter betrieben werden und einen entsprechenden Initialschaden davontragen. Ein vorzeitiger Totalausfall der Linearachse ist vorprogrammiert.

Benefits für Maschinenhersteller und Betreiber

Laut Schaeffler erwarten den Maschinenherstellern und Betreibern folgende Wettbewerbsvorteile:

  • Durch die Überwachung und Aufrechterhaltung des optimalen Schmierzustandes in der Linearführung werde die Gebrauchsdauer deutlich verlängert und in Folge eine konstant hohe Fertigungsqualität aufrechterhalten.
  • Bei geringer Beanspruchung der Linearführung lasse sich der Schmierstoffbedarf um bis zu 30% reduzieren.
  • Bei einer Kontamination des Laufwageninneren sollen durch den Ausspüleffekt Beschädigungen an der Linearführung verhindert werden.
  • Folglich sinke die Zahl der Maschinenausfälle und die Verfügbarkeit der Werkzeugmaschine steigt.

Nächster Entwicklungsschritt: Indikator für die Restgebrauchsdauer

Neben der verlängerten Gebrauchsdauer von Linearführungen wird die Überwachung des Schmierungszustandes über die integrierte Sensorik die Grundlage für weitere Anwendungsmöglichkeiten sein, die Schaeffler dann über digitale Services zur Verfügung stellt. So ermöglicht zum Beispiel die Analyse der zeitlichen Abstände der Nachschmierzyklen eine Vorhersage der Restgebrauchsdauer von Wälzkörper-Linearführungen. Damit werden, so der Hersteller, eine geplante und bedarfsorientierte Instandhaltung realisierbar.

Schaeffler auf der EMO Hannover 2017: Halle 7, Stand C42

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