Mit vernetzten Sensoren und KI zu neuen Geschäftsmodellen
Mit Smarten Maschinenkomponenten verlässliche Anlagenanalysen ermöglichen
Was in 2013 mit universitärer Forschung an der Technischen Universität Darmstadt begann, ist inzwischen im vierten Jahr als mehrfach prämiertes Start-Up erfolgreich am Wachsen (z.B. Hermes Award 2021 auf der Hannover Messe).
„Wir bringen Ihren Maschinenelementen das Fühlen bei“ – So der Unternehmensslogan der core sensing GmbH aus Darmstadt, welche auf die Erfassung, Analyse und Interpretation von Messdaten aus dem Inneren von Maschinen und Nutzfahrzeugen spezialisiert ist.
Fühlende Maschinenkomponenten – was steckt genau dahinter?
Herzstück der core sensing Technologie ist der integrierte Sensorkörper coreIN, der vor seiner Montage mit Dehnmessstreifen bestückt und anschließend mittels patentiertem Fügeverfahren in das zu überwachende Bauteil eingebracht wird. Die Integration der Sensorik kann flexibel in den Fertigungsprozess einer Maschinenkomponente eingebunden werden, so dass die mit „Intelligenz“ veredelten Bauteile auch nach der Sensorintegration noch weiterberarbeitet werden können, z.B. durch Schweißen, Fräsen oder Oberflächenbehandlung.
Die Messung erfolgt daher direkt im Innern des Bauteils und zwar direkt am Ort der Belastung. Die erforderliche Energieversorgungsart ist nach Kundenwunsch möglich. Es stehen eine Akku-Variante (Laufzeiten von bis zu 2 Jahren), ein Rotations-Energy-Harvester oder eine induktive Energieübertragung zur Verfügung.
Die Messelektronik wird ebenfalls im Bauteil eingebracht, so dass diese vor schädigenden Einflüssen von außen geschützt ist. Die integrierte Elektronik besitzt neben einem 2-Kanal-DMS Messverstärker auch einen leistungsstarken Mikrocontroller zur Datenverarbeitung und zum Speichern der Messdaten, sowie ein Funkmodul. Durch eine Reduktion und Vorverarbeitung der Daten werden nur relevante Ereignisse sowie die akkumulierten Lastkollektive und Schadenswerte lokal abgespeichert und bei Bedarf in reduzierter Form übertragen. So kann ein smartes Maschinenelement auch autark Daten aufnehmen, die dann zu einem späteren Zeitpunkt ausgelesen werden können. Zusätzlich enthält die Elektronik weitere Sensoren wie einen 3-Achs-Beschleunigungssensor, einen Drehzahl- sowie einen Temperatursensor.
Für die Übertragung der Messergebnisse in die Steuerung einer Maschine oder Anlage empfängt das Gateway coreGATE die drahtlos übertragenen Messewerte und leitet diese kabelgebunden als Analog- oder Digitalsignale an die bestehenden Mess- und Steuersysteme weiter (Abb. 1). Für eine schnelle Auswertung über Tablet oder Smartphone erfolgt die Anzeige und Auswertung von Messdaten über die App coreVIEWER.
Online Zustandsüberwachung durch integrierte Intelligenz
Die Kombination aus verfügbaren Messdaten verschiedener Sensoren, Rechenkapazität und integrierten Speichern macht eine vollumfängliche, intelligente Überwachung von Lasten und aktuellen Zuständen möglich.
Zur Überwachung von Komponenten und Systemen sowie zur Planung von Wartungen kommt die Software-Toolbox coreINSIGHT zum Einsatz. Hierbei werden Lastkollektive aus den kontinuierlichen Messwerten erzeugt und daraus eine Schadenssumme berechnet. Dadurch kann eine Prognose über die Restlebensdauer des Bauteils getroffen werden. Dies ermöglicht ein sichereres Planen von Wartungsintervallen nicht anhand von Betriebsstunden, sondern anhand der berechneten Restlebensdauer der Bauteile. Und das nicht nur bei der Komponente selbst, sondern auch von weiteren Bauteilen und Systemen im Lastpfad.
Durch die Erfassung von tatsächlichen Nutzungsdaten und den daraus generierten Einblicken werden den OEMs neue Geschäftsmodelle ermöglicht. Dadurch begeben sich OEMs in eine günstigere Lage, um neben dem Maschinenverkauf auch optimierte Service-Leistung anbieten zu können.
Innovative Nutzenpotentiale für Maschinen- und Anlagenbetreiber
Neben erfolgreichen Implementierungen der core sensing Technologie in Gelenkwellen von ELBE, Kupplungen von R+W, Gewindespindeln von Bornemann befinden sich inzwischen Anwendungen zur Viskositätsüberwachung, Ventilsteuerung und weitere Use Cases in der Realisierungsphase.
Noch interessanter wird der technologische Ansatz und die inzwischen erweiterte Produktpalette von core sensing für pay-per-X Geschäftsmodelle, die OEMs neue Wege der Ertrags- und Effizienzsteigerung ermöglichen und dadurch in der Lage sein werden neue IoT-basierte Geschäftsmodelle realisieren zu können. In diesem Bereich werden sich wahrscheinlich die größten Potentiale ergeben, wenn man „Maschinenelementen das Fühlen“ beigebracht hat. Insbesondere wenn ein Unternehmen mit dem hoch motivierten und agilen Team von core sensing den Einstieg in diese neue Maschinenbauwelt geht.
Die Experten von core sensing werten nicht mit irgendeinen AI-Algorithmus eine große Datenwolke aus, sondern sie sind als Ingenieure nicht nur am Puls und Blutdruck des Bauteils sondern verstehen insbesondere die Mechanik hinter den Belastungszuständen.