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Mit seinen voluminösen Schaufeln räumt ein Minenbagger in Sekunden Mengen ab, für die ein Mensch viele Wochen mit der Schaufel benötigen würde. Ungeplante Stillstände sind für den Betreiber sehr teuer. Deswegen investiert er hohe Summen, um einen Ausfall zu vermeiden. Mit intelligenten Wartungskonzepten lassen sich diese Kosten jedoch deutlich reduzieren.

Sie stehen am anderen Ende der Welt, weit entfernt von jeglicher Zivilisation. Die Rede ist von gigantischen Minenbaggern. Der größte Tieflöffelbagger der Welt ist 24 Meter lang, 8,8 Meter breit und elf Meter hoch. 800.000 Kilogramm wiegt der Koloss. Der Baggerfahrer sitzt in zehn Meter Höhe. Per Joystick schaufelt er in den rund 47 Kubikmeter fassenden Löffel etwa 80 Tonnen Abraum in 20 Sekunden. „Fällt ein solcher Minenbagger unvorhergesehen aus, muss nicht nur der Minenbetreiber mit immensen finanziellen Einbußen rechnen, auch die Logistikkette dahinter ist davon betroffen“, sagt Stefan Taxer, Produktmanager Mobile Automation bei B&R.

Dass ein Minenbagger ungeplant ausfällt, darf also erst gar nicht passieren. Daher sind heute bei diesen Giganten in der Regel alle rotierenden Maschinenkomponenten wie etwa Hydraulikpumpen, Motoren und Getriebe überdimensioniert oder sie werden bei Service-Intervallen präventiv getauscht. Damit auch ungeplante Stillstände schnell behoben werden können, lagern Minenbetreiber Ersatzteile in einer der Mine nahegelegenen Lagerhalle. Für Taxer sind das „alles Lösungen, die zusätzliches Geld kosten.“ Diese Kosten lassen sich mit modernen Analyse- und Wartungsmethoden reduzieren.

Die modular aufgebaute X90-Steuerung bietet B&R optional mit einer Platine für Condition Monitoring an. Vibrationssensoren lassen sich direkt anschließen und deren Daten in der Steuerung auswerten.

Schäden vorhersagen

Rotierende Maschinenkomponenten nutzen sich im Lauf der Zeit ab, was oft akustisch wahrnehmbar ist. „Bei einem defekten Radlager am Auto zum Beispiel ist gut zu hören, wenn die Laufruhe gestört ist“, sagt Taxer. Minenbagger sind jedoch so laut, dass kein außergewöhnliches Geräusch mehr herausgehört werden kann. „An dieser Stelle kommt das vibrationsbasierte Condition Monitoring ins Spiel.“

Vibrationen sind nichts Anderes als Schwingungen, die in einem bestimmten Frequenzbereich auftreten. Steigt in einem spezifischen Frequenzbereich eine Amplitude an, ist das bei richtiger Parametrierung des Condition-Monitoring-Systems ein Hinweis auf einen sich anbahnenden Defekt. Die Höhe der Spitze lässt Rückschlüsse auf den Fortschritt des Schadens zu. Vibrationen erzeugen also Informationen, die darauf hinweisen, wann ein Teil ausgetauscht werden sollte.

Die Daten der Vibrationsanalyse geben Hinweise darauf, innerhalb welcher Zeitspanne der Maschinenbetreiber bestimmte Komponenten tauschen sollte.

Vibrationsdaten nutzen

„Zur Auswertung der Vibrationsinformationen sind zwei grundlegende Dinge notwendig“, erwähnt Taxer. Zum einen bedarf es einer leistungsfähigen Hardware, die Daten mit einer ausreichend hohen Frequenz erfassen kann. Zum anderen ist eine intelligente Software nötig, die aus der großen Datenmenge auffällige Abweichungen herausfiltert.

„Als Hardwareplattform bietet sich unser modulares Steuerungs- und I/O-System X90 an“, sagt Taxer. Das Herzstück des Systems ist die X90-Steuerung mit einem leistungsstarken ARM-Prozessor und bis zu 48 Multifunktions-I/Os. Die Steuerung ist modular aufgebaut und lässt sich je nach Bedarf mit Optionsplatinen, zum Beispiel für Condition Monitoring, zusätzliche I/Os oder Interfaces ausbauen.

„In Kombination mit unseren mapp-Softwarebausteinen ergibt sich ein sehr leistungsfähiges System, um den Zustand von Maschinen zu überwachen und den Bediener oder Betreiber rechtzeitig zu warnen, bevor Schäden auftreten“, sagt Taxer und erläutert auch gleich die Vorteile der sogenannten mapps: „Die Bausteine werden parametriert und kommunizieren automatisch miteinander. Die klassische Programmierarbeit reduziert sich somit auf ein Minimum.“

Mit der Vibrationsanalyse lassen sich auch kleinste Lagerschäden frühzeitig erkennen.
Wird ein Schaden an einem Lager nicht frühzeitig erkannt, entstehen hohe Kosten für die Instandsetzung.

Maschine schickt eine E-Mail

Ein Beispiel ist das Zusammenspiel des Alarmverwaltungssystems mapp Alarm mit mapp Tweet. „Ich verknüpfe diese Komponenten so, dass bei einem Alarm automatisch eine E-Mail oder eine SMS an den Servicetechniker gesendet wird“, sagt Taxer. Die E-Mail kann dann zum Beispiel darauf hinweisen, dass ein bestimmtes Lager angeschlagen ist und innerhalb einer gewissen Zeitspanne getauscht werden sollte.

„Das Alarmsystem ist einfach einzurichten. Was aber wichtiger ist, es wirkt sich auf die Wartungsstrategie des Betreibers aus“, sagt Taxer. Dementsprechend ist das Einsparpotenzial dem Spezialisten zufolge enorm: Sowohl das vorsorgliche Austauschen teurer Komponenten als auch die Lagerhaltung lassen sich damit merklich reduzieren.

Es besteht auch die Möglichkeit, dem Maschinenbauer bestimmte Daten des Condition Monitorings zur Verfügung zu stellen. „Kennt der Hersteller die Gesundheit all seiner Maschinen, kann er deren Ausfallwahrscheinlichkeit um ein Vielfaches reduzieren“, erwähnt Taxer. Was im Sinne der Betreiber ist.

Zudem lässt sich das Design der Maschinen anhand ausgesuchter Daten optimieren und es bieten sich neue Geschäftsmodelle für den Hersteller der mobilen Maschinen an. Er kann die Überwachung der Maschine als Service anbieten, sodass der Betreiber sich nicht darum kümmern muss. Dieser wird lediglich informiert, wenn ein Ersatzteil geliefert und ausgetauscht wird.

"Mit Condition Monitoring können Hersteller und Betreiber von mobilen Maschinen ihre Kosten deutlich senken."Stefan Taxer, Product Manager Mobile Automation bei B&R

Win-Win-Situation

Taxer hebt noch einen weiteren Aspekt hervor: „Die Überdimensionierung etlicher Komponenten ist nicht mehr notwendig.“ Davon profitieren beide Seiten: Der Hersteller kann günstiger produzieren und der Betreiber muss weniger für die Maschine zahlen. Die X90-Steuerung lässt sich an bestehende CAN-Architekturen anbinden – das Condition Monitoring als Option daher auch in Bestandsmaschinen integrieren. „Damit ist eine schrittweise Umstellung auf ein modernes Echtzeit-Bussystem möglich, welches die anfallenden Datenmengen einer modernen Maschine bewältigen kann."

Bisherige Strategien, einen ungeplanten Stopp von Minenbaggern zu vermeiden, sind aufwendig und kosten viel Geld. Mit dem X90-System und dem vibrationsbasierten Condition Monitoring von B&R hingegen, sind Lösungen möglich, die Betreiber und Hersteller der Minenbagger einen Mehrwert bringen und die Giganten verlässlicher machen.

Autor: Carmen Klingler-Deiseroth, freie Fachjournalistin

Erfahrungen übertragen

B&R hat seit knapp 40 Jahren Erfahrung mit Automatisierungslösungen für verschiedene Industrien und treibt Innovationen voran. Seit Jahren setzt das Unternehmen als leistungsfähiges Bussystem Industrial-Ethernet-Protokolle wie POWERLINK erfolgreich in unterschiedlichen Branchen ein. Diese Erfahrungen lassen sich auf die heutigen Anforderungen mobiler Arbeitsmaschinen übertragen. Mit dem X90-mobile-System investieren Hersteller mobiler Maschinen in eine zukunftssichere Technologie für verlässliche Maschinen.

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