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Für einen intelligenten Dichtungswechsel bei Hydraulikzylindern hat Hänchen einen Sensor zum Leckagesensor umgebaut.
Foto: Simone Käfer
Für einen intelligenten Dichtungswechsel bei Hydraulikzylindern hat Hänchen einen Sensor zum Leckagesensor umgebaut.

Lineartechnik

Condition Monitoring für Hydraulikzylinder

Sinnvolle, auf die Anwendung abgestimmte Wartungszyklen – das will Hänchen mit Performance Control erreichen. Ein Fokus liegt dabei auf Dichtungswechseln, ein anderer auf kurzen Hüben.

Wenn Öl über die Kolbenstange eines Hydraulikzylinders tröpfelt, sollten dringend die Dichtungsringe im Zylinder ausgetauscht werden. Doch bei mancher Anwendung, besonders wenn dort mit Flüssigkeiten gearbeitet wird, fällt das bisschen Öl nicht sonderlich auf. Manchmal wird es komplett übersehen. Die Folge: Die Kolbenstange wird beschädigt. Ihr Austausch ist kompliziert, die Stange oft eine anwendungsspezifische Komponente. Dabei müsste nur eine Dichtung ausgetauscht werden – aber eben bevor das Öl aus dem Zylinder rinnt.

Die Schwachstelle ist also die Dichtung. In einem Standard-Hydraulikzylinder sind bis zu drei Dichtungen. Die erste Dichtung, jene die am innwertigsten liegt, führt Lecköl gezielt ab. Das sieht man gar nicht. Das hier Öl tröpfelt ist normal, besonders in der Innbetriebnahmezeit. Aber wie merken Anwender, dass ungewöhnlich viel Öl verloren geht?

Die Idee von Hänchen heißt Performance Control und ist noch in der Testphase. Hänchen geht davon aus, dass die Lebensdauer eines Dichtungsrings von der Bewegung des Zylinders abhängig ist. Die Bewegung macht zum einen die Geschwindigkeit, zum anderen die Länge des Verfahrwegs aus. Sensoren, die im Zylinder integriert werden, senden die entsprechenden Messwerte an das Gateway der Maschine. Von dort gelangen sie in die Cloud von Hänchen, werden ausgewertet sowie die für die Instandhaltung entscheidenden Daten aufbereitet und visualisiert.

Entscheidende Daten für Lebensdauerberechnung von Hydraulikzylindern bzw. deren Dichtungen sind Laufzeit, Lastenwechsel und Fahrleistung. Um Aussagen treffen zu können, braucht es einen Datenpool, der sich über mehrere Monate oder sogar Jahre erstreckt. Deswegen plant Hänchen in seiner Cloud die Daten mehrerer Anwender zu vergleichen und über eine künstliche Intelligenz (KI) auszuwerten.

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Ausgewählte Messdaten aus dem Zylinderinneren werden auf einem Dashboard visualisiert. Anwender können sich die Module selbst zusammenstellen.
Foto: Hänchen
Ausgewählte Messdaten aus dem Zylinderinneren werden auf einem Dashboard visualisiert. Anwender können sich die Module selbst zusammenstellen.

Problem Kurzhub

Erfordert die Anwendung sehr kleine Bewegungen des Zylinders, ist die Prognose jedoch sehr ungenau. Denn das Schmieröl wird bei den kaum vorhandenen Verfahrwegen nicht gut verteilt, was der Kolbenstange schadet. Letzteres kann auf recht simple weise verhindert werden, indem man kurz einen längeren Fahrtzyklus einplant. Bisher geht das nur auf gut Glück. Um die Maßnahme sinnvoll zu planen, sieht Hänchen die Option eines Monitorings speziell für Kurzhubanwendungen vor. Diese, zusammen mit den Daten aus den Lastwechseln, soll Anwendern sagen: Es ist an der Zeit, in einen anderen Fahrzyklus zu wechseln.

Leckage direkt im Zylinder messen

Ob im Zylinder Öl ausläuft, kann nur über einen im Zylinder eingebauten Sensor festgestellt werden. Dazu misst ein Leckagesensor am ersten Dichtungsring das auslaufende Öl. Die bloße Erkenntnis, dass Öl ausläuft, ist allerdings nicht hilfreich. Denn besonders in der ersten Inbetriebnahme-Phase tröpfelt hier immer etwas Öl – und das nicht gleichmäßig. Die entscheidende Frage ist: Wie viel nimmt die Leckage zu? Um das zu beantworten, sind Peaks interessant. Aus ihnen wird mit dem Algorithmus von Hänchen ein Index erstellt. Geht aus der Langzeitbetrachtung eine für diesen Zylinder in dieser Anwendung ungewöhnliche Zunahme der Lackage hervor, meldet das System, dass eine Wartung sinnvoll ist.

Einen passenden Sensor, der diese Werte messen kann, gibt es am Markt nicht. Also hat Hänchen ihn selbst entwickelt. Dazu haben sie einen zugekauften Drucksensor um einen hydraulischen Teil mit Ventiltechnik erweitert. Die selbstlernenden Algorithmen zur Auswertung haben Programmierer nach den Angaben von Hänchen erstellt.

Wer ein genaues Condition Monitoring und keine geschätzte Wartungszeit will, muss jeden Hydraulikzylinder mit den Sensoren für die Performance Control ausstatten. Zu einem umfassenden Controlling über Frequenz, Amplitude, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Einsatzzeit, Laufleistung sowie Temperatur und Leckage gehören Positionssenoren, Druck- oder Leckagesensoren, Temperatur- und Durchflusssensoren. Vorhandene Zylinder können nachgerüstet werden.

Um eine schlüssige – und verwertbare – Datengrundlage zu schaffen, arbeitet Hänchen mit Pilotkunden. Ab 2023 geht das Produkt in die Betaphase. Hierfür werden weitere Partner gesucht.

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Grundlage des von Hänchen entwickelten Leckagesensors ist ein Drucksensor von Balluff. 
Foto: Simone Käfer
Grundlage des von Hänchen entwickelten Leckagesensors ist ein Drucksensor von Balluff. 
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