Metallspäneabtrag bei Zellenradschleusen

Dipl.-Ing. Thomas Braase

Die konkrete Bedarfsanfrage eines Nahrungsmittelkonzerns führte in eineinhalbjähriger Entwicklungszeit zu einem Meßsystem für die Erkennung von Anstreifvorgängen in Zellenradschleusen. Aufgrund des hohen Qualitätsstandards in der Produktion des Lebensmitteherstellers wollte man sich nicht alleine auf Metalldetektoren verlassen, sondern möglichst frühzeitig im Verarbeitungsprozeß einen Späneeintrag erkennen. Das Problem bei den Zellenradschleusen gestaltete sich wie folgt. Sobald sich der Läufer einer Zellenradschleuse axial oder radial über seine Toleranzgrenzen bewegt – dies kann verschiedene Ursachen haben – streift der Läufer an dem Gehäuse. Materialabtrag ist die Folge und kleinste Metallspäne gelangen in das Produkt. Sie werden aufgrund ihrer Größe nicht unbedingt von Metalldetektoren erkannt.

Das Meßprinzip beruht im wesentlichen auf der Tatsache, daß Anstreifvorgänge ein ganz bestimmtes Geräuschmuster verursachen. Wichtig hierbei ist, daß das Meßsystem Hintergrundgeräusche und normale Produktionsgeräusche der Zellenradschleuse sicher von Anstreifvorgängen unterscheiden kann. Zur Erfassung des Geräusches wurden dauerhaft Körperschallaufnehmer an der Zellenradschleuse installiert. Für eine optimale Überwachung sind zwei Aufnehmer notwendig. Ein sehr schnelles Meßsystem erfaßt die Signale dieser Aufnehmer. Es vergleicht das für die Zellenradschleuse typische Anstreif-Signalmuster mit dem ankommenden Signalmuster. Sollte es bei diesem Vergleich zu Übereinstimmungen kommen, so liegt ein Anstreifvorgang vor.

In Abbildung 1 sind die Ergebnisse verschiedener Anstreifvorgänge dargestellt. Das jeweils am Anfang und am Ende vorhandene niedrige Niveau zeigt eine freilaufende Schleuse an. Dazwischen kommt es zu Anstreifvorgängen mit unterschiedlicher Intensität. Die beiden übereinander angeordneten Signalverläufe unterscheiden sich durch eine unterschiedlich eingestellte Empfindlichkeit.

Das Meßsystem besteht in der Regel aus zwei Körperschallaufnehmern (Abb. 2) und einem Einplatinen-Hochleistungsrechner. Dieser Rechner wurde speziell für diese Aufgabe entwickelt. Damit das System überhaupt funktionieren kann, müssen die Geräuschmuster in sehr kurzer Zeit verglichen und bewertet werden. Um diese hohe Rechengeschwindigkeit zu gewährleisten, wurde ein digitaler Signal-Prozessor (DSP) in den Rechner integriert. Das Ergebnis des Signalmustervergleichs wird skaliert über die Ausgänge des Rechners ausgegeben. Diese Ausgänge sind im Industriestandard 4bis20mA und 0bis10V ausgeführt. Dadurch läßt sich der Rechner problemlos in eine bestehende Prozeßüberwachungsanlage integrieren. Die Energieversorgung der Körperschallaufnehmer erfolgt direkt vom Meßsystem aus. Die Kabellängen zwischen Aufnehmer und Meßsystem können bis zu 100m betragen. Die notwendige Konfiguration und Inbetriebnahme erfolgt über eine RS232-Schnittstelle und eine spezifische Bedienungssoftware. Das Meßsystem überwacht sich selbst, so daß ein Rechnerausfall sicher erkannt wird. Die zusätzlichen Ein- und Ausgänge des Rechners ermöglichen durch Softwareanpassung die Berücksichtigung besonderer meßtechnischer Anforderungen.

Neben der Überwachung von Späneabtrag in Zellenradschleusen, kann dieses Überwachungssystem auch bei anderen Förderanlagen, zum Beispiel Pumpen und Gleitrichtdichtungen, eingesetzt werden.

Weitere Informationen dei 207