End-of-Line-Prüfung: Antriebslösungen für fahrerlose Transportsysteme

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In fahrerlosen Transportsystemen arbeiten Antriebssysteme nahezu rund um die Uhr. Jeder noch so kleine Fehler im Getriebe könnte zu Ausfallzeiten führen. Daher ist es für einen Getriebehersteller wie SPN von entscheidender Bedeutung, dass sich kleinste Fehler und Defekte im Antriebssystem bereits vor der Auslieferung an den Kunden erkennen und beheben lassen.

End-of-Line-Prüfung automatisieren: Die Antriebsdesigner von SPN Schwaben Präzision konstruierten 2020 für ein weltweit renommiertes Unternehmen im Maschinen- und Anlagenbau einen Lenk-Fahrantrieb für die spezifischen Anforderungen von Automated Guided Vehicles (AGVs, deutsch: FTS), die in der Intralogistik großer Unternehmen zum Einsatz kommen. Die Entwicklungsarbeit war dabei auf eine maximale Präzisierung der Fahreigenschaften ausgerichtet. Dieses hohe Maß an Präzision ist für den logistischen Einsatz unbedingt erforderlich: Nur so können die transportierten Bauteile koordinatengetreu am vorgesehenen Zielort platziert werden. Ähnlich wie bei einem Stirnradgetriebe hat man hier die Bauform so kompakt wie möglich konzipiert. So lassen sich die anfallenden Transportlasten auch auf schmalen Paletten mitführen.

End-of-Line-Prüfung: Automatisierte Auswertung

Für die Sicherstellung der höchsten Qualität der entwickelten und gefertigten Antriebssysteme hat SPN Schwaben Präzision einen speziellen Prüfstand für das End-of-Line-Testing von Fahr-Lenk-Antrieben und eine komplexe Messdatenanalyse für die automatisierte Auswertung einer Prüfung entwickelt. Der Begriff End-of-Line-Test (EOL) beschreibt die Qualitätssicherungsaufgabe, die am Ende eines Herstellungsprozesses durchgeführt wird. Hierbei steht vor allem die Prüfung der einwandfreien Funktionalität des hergestellten Produktes im Fokus. Darüber hinaus lassen sich zusätzliche, selbst definierte Kriterien prüfen, zum Beispiel das Geräuschverhalten.

Getriebequalität messbar machen

Eine zentrale Herausforderung bei der Entwicklung von End-of-Line-Prüfständen für komplexe Antriebslösungen ist die Messbarmachung der Getriebequalität.

SPN Schwaben Präzision betreibt seit Jahrzehnten hausinterne Prüfstände für Funktionstests der entwickelten kundenspezifischen Antriebslösungen. Auf Kundenwunsch lassen sich verschiedenste Getriebetests realisieren und die Antriebe einer eingehenden Prüfung unterziehen. Aufgrund des eigenen Know-hows im Betrieb von Versuchsprüfständen hat sich der Antriebsspezialist für eine Eigenentwicklung von End-of-Line-Prüfständen entschieden. Neben der Konstruktionsentwicklung und der steuerungs- und messtechnischen Umsetzung eines Prüfstandes, stand – und das ist insbesondere bei End-of-Line-Prüfständen notwendig – die vollständig automatisierte Messdatenanalyse und damit die Messbarmachung diverser Qualitätsmerkmale von komplexen Antriebslösungen im Zentrum der Aufgabe.

End-of-Line-Prüfung auf höchstem Niveau

Das primäre Ziel bei der Entwicklung einer automatisierten komplexen Messdatenanalyse war das Detektieren und Identifizieren von möglichen Fehlern und Defekten, um eine End-of-Line-Prüfung auf höchstem Niveau implementieren zu können.

Zusätzlich wurde bei der Entwicklung das Ziel verfolgt, Teile dieser leistungsfähigen Messdatenanalyse in Zukunft auch für getriebespezifische Online-Analysen von Daten aus Monitoring-Systemen einsetzen zu können. Eine vollautomatische Anomalie-Erkennung und die Vorhersage über den nächsten Wartungszyklus (Predictive Maintenance) sowie die Restlaufzeit ist unabdingbar für die Nutzenmaximierung der Monitoring-Systeme der Kunden.

Individuelle Systemlösungen für die Zustandsüberwachung

Mit SPN-Drive Monitoring bietet SPN Schwaben Präzision aus Nördlingen für seine Kunden bereits individuelle Systemlösungen für die Zustandsüberwachung (Condition Monitoring) kundenspezifischer SPN-­Getriebelösungen.

Der End-of-Line-Prüfstand für Antriebssysteme von fahrerlosen Transportfahrzeugen (FTF) wurde für einen flexiblen und mobilen Einsatz ausgelegt. Die moderne PC-basierte Steuerungstechnik ermöglicht dynamische Prüfzyklen und Echtzeitanalysen der Messdaten aus der hochpräzisen Messtechnik. Zu den verschiedenen erfassten Messgrößen im entwickelten Prüfstand zählen beispielsweise die Stromaufnahme der Antriebsmotoren, sowie die Getriebeschwingungen, welche sich mit Beschleunigungsaufnehmern hochfrequent erfassen lassen.

Die Stromaufnahme der Antriebsmotoren für die Fahr- und Lenkeinheit ist für die Kunden ein wichtiges Qualitätskriterium. Zum einen soll der Stromverbrauch möglichst niedrig sein, damit sich eine lange Akkulaufzeit und Betriebszeit des fahrerlosen Transportsystems erreichen lässt. Zum anderen ist es auch wichtig, dass alle ausgelieferten Antriebe ähnliche Stromaufnahmen aufweisen.

Der Informationsgehalt des Schwingungssignals für eine detaillierte und präzise Analyse von Getrieben ist höher als bei fast allen anderen Messgrößen. Die Extraktion ist jedoch erheblich schwieriger und erfordert Wissen und Erfahrung auf diesem Gebiet.

End-of-Line-Prüfung: KPIs für die Messdaten-Auswertung

Für die automatische Auswertung der Messdaten hat SPN Schwaben Präzision eigene KPIs (Key Performance Indicators) entwickelt, mit denen sich sowohl die Anomalie-Erkennung für die FTF-Antriebslösung als auch für andere Antriebe realisieren lässt.

Das entwickelte Messdatenanalyseverfahren wird kontinuierlich optimiert und mit Machine-Learning-Methoden ergänzt, wenn die Anzahl an Messdaten für Gut-/Schlecht-Produkte dies im jeweiligen Anwendungsfall zulässt.

Durch den Einsatz des EOL-Prüfstandes für FTF-Antriebe in Kombination mit dem neuen Ansatz der Messdatenanalyse ergeben sich folgende Vorteile:

• Sicherstellen höchster Qualität der Antriebssysteme durch End-of-Line-Testing

• Sammeln von Referenzdaten und Setzen von Benchmarks für Online-Analysen mit Monitoring-Systemen für die Zustandsüberwachung im Feld

• Extraktion von wertvollen Informationen für Getriebeneuauslegungen oder Antriebsoptimierungen

• Erkennen von kleinsten Veränderungen in der Fertigungsqualität zwischen mehreren Getriebe-Chargen durch eine Trendbetrachtung der selbst entwickelten KPIs

Durch die Verknüpfung der Messdatenanalysen aus End-of-Line-Prüfstand und Monitoring-System kann SPN die Antriebslösungen und damit die Maschine des Kunden in das IIoT-Zeitalter (Industrial Internet of Things) bringen und mit den gesammelten digitalen Informationen über das Getriebe den Weg zur Einführung eines digitalen Zwillings beschreiten.

Für die Sicherstellung der Wettbewerbsfähigkeit ist für SPN Schwaben Präzision eine systematische Analyse und Nutzung von Messdaten aller Art jetzt und in Zukunft unabdingbar. Mit der End-of-Line-Prüfung von FTF-Antriebslösungen in Kombination mit einer komplexen Messdatenanalyse beschreitet das Unternehmen neue Wege, um aus Messdaten einen anwendungsübergreifenden Nutzen ziehen zu können. Hierfür setzt SPN Schwaben Präzision, wie bei seinen Antriebslösungen auf präzise individuelle Lösungen.

Der Autor Max Eichmeier arbeitet im Bereich Entwicklung & Testing bei SPN Schwaben Präzision.

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