Defekte Sensoren: Ursachensuche mit dem MSR165 Beschleunigungs-Datenlogger
Autor: Fabian Acklin, Technik Sammelhefter TSH-1, Mechanical Engineer Müller Martini Druckverarbeitungs-Systeme AG
Bei der Produktentwicklung eines neuen Sammelhefters für Zeitschriften stellte die Firma Müller Martini, ein weltweit agierendes Unternehmen im Bereich der Druckweiterverarbeitungsmaschinen, den Ausfall von Sensoren fest. Der Fehler-Ursache kam man mit kleinen MSR Beschleunigungs-Datenloggern auf die Spur.
Bei den fehlerhaft gewordenen Bauteilen im Dreischneider für den neuen Sammelhefter handelte es sich um Kantensensoren, welche die Position der Produkte unmittelbar vor dem Schnitt detektieren. Sie hatten bislang störungsfrei gearbeitet, waren nun aber während der Erprobungsphase bei Kunden ausgefallen. Die Analyse der defekten Sensoren zeigte mechanische Schäden im Sensorelement.
Als Ursache für die Schäden wurden Erschütterungen vermutet. Da aber für diese Problematik bei den sehr dynamischen Bewegungsabläufen in der Maschine viele verschiedene Ursachen in Frage kamen, wurden Wege gesucht, um die vorhandenen Schwingungen am Sensor aufzuzeichnen. Ziel der Messungen war es, möglichst präzise die möglichen Quellen der Störungen zu ermitteln, um anschließend die richtigen Schlüsse daraus zu ziehen. Auch sollten die umgesetzten Maßnahmen rasch auf ihre Wirksamkeit überprüft werden.
Nach kurzer Internetrecherche, der Onlinekonfiguration auf der Website von MSR und einem Telefongespräch mit dem dortigen Berater wurde der Miniatur-Datenlogger der Serie MSR165 als passendes Messgerät definiert.
Auf Fehlersuche: Miniatur-Datenlogger für Schock und Vibration
Der MSR165 Datenlogger für Schock und Vibration ist in der Lage, bis zu fünf Jahre lang 1600 Messungen pro Sekunde durchzuführen. Sein Sensorik-Kernelement ist ein hochauflösendes 3-Achsen-Digital-Accelerometer. Er eignet sich ideal für Vibrationsmessungen und Schocküberwachungen, beispielsweise für Transportüberwachungen, Fehlerdiagnosen und Belastungstests.
Schocküberwachungen sind mit dem MSR165 bis ±15 g bzw. bis ±200 g möglich, 32 Messwerte werden bereits vor dem Ereignis aufgezeichnet. Die Speicherkapazität des Loggers von über zwei Millionen Messwerten reicht zur Aufzeichnung von über 10.000 Stößen aus – wenn nötig, auch über sehr lange Zeiträume hinweg. Mittels microSD-Karte lässt sich die Kapazität gar auf über 1 Milliarde Messwerte erhöhen (10.000.000 Stöße). Sämtliche Daten können via USB oder microSD-Karte schnell auf einen Rechner übertragen werden. Im Lieferumfang des MSR165 enthalten ist eine PC-Software zur Konfiguration und Auswertung der Daten sowie die MSR ShockViewer Software. Die leistungsfähige Auswerte-Software dient der erweiterten Analyse und der grafische Darstellung der im Schock-Modus erfassten Daten sowie der automatischen Report-Erstellung.
Messungen und Ergebnisse der Untersuchungen
Der Datenlogger wurde mit doppelseitigem Klebeband am betroffenen Sensor der neuen Maschine aufgeklebt (Bild 2). Im Betrieb wurden in der x-Achse Beschleunigungen bis 218 g gemessen (Bild 3). Bei Vergleichsmessungen mit dem Datenlogger an der alten Maschine (Bild 4) zeigten die Ergebnisse nur etwa 35 g Beschleunigung (Bild 5). Somit ist verständlich, weshalb die Sensoren an der neuen Maschine beschädigt wurden.
Durch Ausschalten einzelner Teilsysteme konnte schnell festgestellt werden, dass die massiven Beschleunigungen von den pneumatischen Anschlägen verursacht werden. Diese Anschläge wurden nun detaillierter analysiert und alle Unterschiede aufgelistet.
Bild 2
Bild 3
Bild 4
Bild 5
Fehlerursache konnte rasch beseitigt werden
Die Schlauchlänge zwischen Ventil und Anschlag machte den Unterschied aus. Mit derselben Schlauchlänge wie bei der alten Maschine liegen die Beschleunigungen jetzt wieder in vergleichbarer Größenordnung. Parallel dazu optimierte der Sensorhersteller den Sensor für die immer noch vorhandenen, relativ hohen Beschleunigungen. Seither ist kein Sensor mehr ausgefallen.
Fazit
Die Ursache für den Ausfall der Sensoren an der neuen Maschine hätte ohne die Datenlogger nicht innerhalb eines Arbeitstages gefunden werden können. Daraus ist zu erkennen, dass diese Logger bei mechanischen Problemen mit Stößen, Vibration und Beschleunigungen an Maschinenelementen eine optimale und vor allem zeitsparende Hilfe bei der Fehlerdiagnose sind.