Servohydraulik: Verschlei? erkennen & Lebensdauer verl?ngern

Philipp Gebhardt, Baumüller Nürnberg GmbH
2024-08-21T12:42:21+02:00
Antriebstechnik
Baumüller

Smarte Verl?ngerung der Maschinen-Lebensdauer: Verschlei? in der Servohydraulik rechtzeitig erkennen und erfolgreich vorbeugen

Servohydraulische Antriebssysteme werden als energieeffiziente Alternative zur klassischen Hydraulik immer beliebter. Der drehzahlvariable und sehr dynamische Betrieb kann allerdings zur hohen Beanspruchung von Motor und Pumpe führen. Dies muss jedoch nicht zu Lasten von Lebensdauer und Maschinenzuverl?ssigkeit gehen, denn Software hilft, Verschlei? vorzubeugen.

Die Antriebe der Baumüller Servoregler verfügen über verschiedene smarte Funktionalit?ten für servohydraulische Antriebe. Die automatisierte Ermittlung des Pumpenschlupfs und des Sensordrifts erm?glichen es, Rückschlüsse auf den Verschlei?zustand der Komponenten zu ziehen und Pumpenschutzfunktionen zu parametrieren. Pumpenverschlei? kann damit langfristig vorgebeugt werden.

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Sie m?chten Verschlei? in der Servohydraulik erkennen und vorbeugen?

Wie Sie Rückschlüsse auf den Verschlei?zustand der Pumpe ziehen – alle Informationen in unserem Webcast (18 Minuten)!

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Maschinenausfall durch Verschlei?

Eine besch?digte Dichtfl?che kann z.B. schon w?hrend einer fehlerhaften Inbetriebnahme zu einem Pumpenausfall führen
Bild: Baumüller Services

Mit der Zeit treten in jedem System Verschlei?erscheinungen auf. Dies passiert im Normalfall jedoch so langsam, dass es lange unbemerkt bleibt. Einflussfaktoren wie Fehlbedienung oder ?berlastungen k?nnen den Verschlei?vorgang zus?tzlich stark beschleunigen.

Um einen Pumpenschaden und letztendlich einen Maschinenausfall zu vermeiden, geht es darum, den Verschlei? m?glichst frühzeitig zu erkennen. Nur dann ist es m?glich, einen Austausch der betroffenen Komponenten zu veranlassen und einen ungeplanten Maschinenstillstand abzuwenden.

Pumpenleckage: Abweichungen von der Kennlinie

Mit integrierten ?berwachungsfunktionen im Antrieb unterstützt Baumüller bei der Ermittlung von Verschlei?erscheinungen an Pumpe und Drucksensor. Zus?tzliche Pumpenschutzfunktionen verhindern darüber hinaus eine ?berlastung oder Fehlbedienung der Pumpe. Dadurch k?nnen von der Inbetriebnahme bis zur Serienproduktion Besch?digungen der Pumpe vorgebeugt werden.

In der Hydraulikpumpe k?nnen dank der ?berwachungsfunktionen alle Verschlei?zust?nde erkannt werden, die mit einer ?nderung der Pumpenleckage verbunden sind. Unter Pumpenleckage versteht man eine kleine Undichtigkeit innerhalb der Pumpe. Diese wird auch volumetrischer Verlust der Pumpe oder Pumpenschlupf genannt.

Die Leckage ist bei jeder Pumpe vorhanden, jedoch von Pumpe zu Pumpe unterschiedlich stark ausgepr?gt. Sie führt dazu, dass bei hohen Drücken ein Teil des gef?rderten Volumenstromes durch die Pumpe zurückflie?t und dadurch die Effizienz sinkt. D.h. die Drehzahl erh?ht sich bei gleichbleibendem Druck. Bei einer dauerhaft starken Beanspruchung der Pumpe wird auch die Leckage mit der Zeit gr??er.

Mit Hilfe der direkt im Umrichter integrierten Pumpenschutzfunktionen erfolgt eine automatische Schlupfdrehzahlermittlung und -anpassung. Hierbei wird die ermittelte Leckage im Antrieb so lange nachgeregelt bis eine Warngrenze erreicht und eine Warnung ausgegeben wird. Der Betreiber wird automatisch informiert, dass ein Pumpentausch n?tig ist. Die Funktion verl?ngert somit die Verfügbarkeit der Pumpe, verhindert Stillstandzeiten und steigert die Prozessqualit?t.

Automatische Schlupfdrehzahlermittlung und -anpassung: Die Drehzahl im Antrieb wird so lange nachgeregelt bis eine Warngrenze erreicht und eine Warnung ausgegeben wird

Sensordrift: Ungenauigkeit des Drucksensors

Eine weitere Verschlei?erscheinung entsteht am Drucksensor. Die Alterung wird dabei am steigenden Sensordrift, also an einer Ungenauigkeit des Sensors, festgestellt. Dabei handelt es sich um ein Offset im Sensorsignal, der mit dem Alter des Sensors w?chst und so das Sensorsignal zunehmend verf?lscht.

Analog zur Pumpenleckage wird auch hier, durch eine regelm??ige Abgleichroutine der Sensordrift überwacht. Die Sensorwerte werden dann zun?chst optimiert. Bei steigender Ungenauigkeit und dem ?berschreiten eines Grenzwertes wird der Verschlei? erkannt und ein notwendiger Sensortausch angezeigt.

Sensordrift-?berwachung: Der Sensorwert wird bei Abweichungen automatisch optimiert

Maschinen-Dashboard: Die Kennlinien auf einen Blick

Die Maschinen haben neben der Hydraulikpumpe und dem Drucksensor noch weitere Antriebsparameter, die es w?hrend der Produktion im Auge zu behalten gilt. Mit der Steuerungsplattform b maXX PLC IoT von Baumüller kann über ein Fernwartungstool visuell auf die Maschinendaten zugegriffen werden

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Mit Hilfe der IoT-Schnittstelle kann ein Servohydraulik-Dashboard erstellt werden, das in Echtzeit über verschiedene Zust?nde und die Auslastung der Maschine informiert. Angezeigt werden Daten wie Motor- und ?ltemperatur, Drehzahl und Druck sowie die Pumpenauslastung. Die Werte entsprechen jeweils den aktuellen Ist-Gr??en.

Alles im Blick: Ein Servohydraulik-Dashboard visualisiert in Echtzeit die verschiedene Zust?nde und die Auslastung der Maschine

Ist ein Netzwerkanschluss vorhanden, k?nnen die Maschinendaten auch online genutzt und zum Beispiel in einer Cloud abgespeichert werden.

Verschlei? erkannt – Verschlei? gebannt

Um den Verschlei? zu vermeiden noch bevor er entsteht, sind bei Baumüller die Schutzfunktionen direkt im Servoantrieb integriert.

So werden bei kritischen Betriebszust?nden rechtzeitig Fehler oder Warnungen erzeugt, oder sogar Sollwertvorgaben optimiert. Da die Pumpenspezifikationen bereits im Vorfeld überprüft und die Sollwerte angepasst werden, wird der Verschlei?bildung frühzeitig vorgebeugt.

So wird zum Beispiel ein Trockenlaufen der Pumpe, anhand eines fehlenden Druckanstieges beim Anlauf der Pumpe, erkannt. Au?erdem entdeckt die Pumpenschutzfunktion anhand des Drucksignals Kabelbrüche oder defekte Sensoren und schützt so das System im Fehlerfall vor ?berlastungen.

Einige Schutzfunktionen haben zudem die Aufgabe, Zust?nde gar nicht erst kritisch werden zu lassen. So gibt es eine Beschleunigungsbegrenzung, welche die Pumpe vor zu schnellen Drehzahl?nderungen schützt. Hierbei werden die Drehzahl- Sollwertkurven automatisch abgeflacht, bevor diese vom Regler umgesetzt wird.

Die Idle-Funktion ist ein weiterer vorbeugender Schutz. W?hrend Pausenzeiten werden dabei die Sollwerte optimiert, um einen drucklosen ?l-Umlauf zu erzielen und die Pumpe vor h?ufigen Anl?ufen zu schützen.

Besonders interessant ist der thermische Pumpenschutz. Thermische ?berlast droht insbesondere bei langen Druckhaltezeiten w?hrend des Maschinenzyklus. Dies erh?ht den Verschlei? und kann zu einem vorzeitigen Ausfall der Pumpe führen. ?ber ein Temperaturmodell wird deshalb die thermische Pumpenauslastung berechnet. Wird dabei ein Schwellenwert erreicht, werden hydraulische Byp?sse zur Entlastung der Pumpe zugeschaltet. Die Pumpe wird gespült und Sch?den durch Hei?laufen verhindert.

Bei dem thermischen Pumpenschutz wird die Pumpe rechtzeitig vor dem Hei?laufen gespült und dadurch aus dem kritischen Bereich geschoben

Darüber hinaus erkennen die integrierten Schutzfunktionen auch massive St?rungen und schalten im Notfall den Antrieb ab, um das hydraulische System zu schützen.

Inbetriebnahme leicht gemacht

Für die Inbetriebnahme der Servopumpe sind keine speziellen Kenntnisse erforderlich. Lediglich Druck und Volumensollwert müssen von der Maschinensteuerung vorgegeben werden.?

Ein sog. Wizard führt den Nutzer unkompliziert und schnell durch die einzelnen Schritte der Inbetriebnahme. Detaillierte Servopumpen-Fachkenntnisse zur Basisinbetriebnahme sind nicht notwendig. Der Zugriff auf eine Motor- und Umrichterdatenbank macht die Eingabe einzelner Parameter überflüssig. Es muss lediglich eine bestimmte Motor-/Umrichter-Kombination ausgew?hlt werden. Durch die schrittweise Führung durch das Programm kann keine Eingabe vergessen werden.

Der Wizard greift auf eine Motor- und Umrichterdatenbank zu und führt den Nutzer unkompliziert und schnell durch die einzelnen Schritte der Inbetriebnahme

Einen Vergleich von klassischen hydraulischen Antrieben mit servohydraulischen Systemen und einige Anwendungsbeispiele

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Philipp Gebhardt
Applikationsingenieur