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Vernetzte und sensorgestützte Komponenten

Kupplungssystem für das Industrial IoT

Auf dem Weg zur Industrie 4.0 werden traditionell analog ausgelegte Fabriksysteme digital anschlussfähig. Kupplungslösungen können eine wesentliche Rolle übernehmen, etwa bei der Überwachung und Steuerung von Maschinen und Prozessen.

Elektronisch überwachte Clean-Break-Kupplung mit RFID-Sensor, Stiftkodierung und Näherungsinitiator (Serie CN). (Bild: Carl Kurt Walther GmbH & Co. KG)

Elektronisch überwachte Clean-Break-Kupplung mit RFID-Sensor, Stiftkodierung und Näherungsinitiator (Serie CN). (Bild: Carl Kurt Walther GmbH & Co. KG)

Kupplungssysteme verbinden und trennen Leitungen in automatisierten Industrieprozessen und versorgen Maschinen und Anlagen mit gasförmigen oder fluiden Medien und auch elektrisch. Durch die Einheitlichkeit der Systeme und das automatisierte Kuppeln und Entkuppeln sind Kupplungen flexibel einsetzbar. Sie erlauben Anschluss und Wechsel von Anlagen- und Maschinenmodulen, wobei Wartung und Reparatur ohne zusätzliches Werkzeug möglich sind. Vor technologischen Bewegungen im Kontext von Industrie 4.0, dem Internet of Things oder auch der Smart Factory ergeben sich neue Anforderungen an hydraulische und pneumatische Kupplungssysteme – etwa bei Prozesskontrolle und der Modularität der Systeme.

Zur selbststeuernden Fertigung

Viele Produktionsprozesse sind durch die zunehmende Digitalisierung geprägt: Digitale Lösungen ersetzen Schritt für Schritt analoge Techniken, von der Produktentwicklung bis hin zu Logistik und Versand. Der vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) initiierte Arbeitskreis Industrie 4.0 definiert diese als ‚eine Vernetzung von autonomen, sich situativ selbst steuernden, sich selbst konfigurierenden, wissensbasierten, sensorgestützten und räumlich verteilten Produktionsressourcen (Produktionsmaschinen, Roboter, Förder- und Lagersysteme, Betriebsmittel) inklusive deren Planungs- und Steuerungssysteme.‘ Dabei sind Maschinen meist nur so intelligent wie deren Komponenten. Bauteile mit Sensoren erheben und liefern Daten, verarbeiten sie teils, um bestimmte Produktionsprozesse zu optimieren. Auf diese Weise ist die vorbeugende Wartung (Preventive Maintenance), vorausschauende Wartung (Predictive Maintenance) und Maschinenzustandsüberwachung (Condition Monitoring) in verschiedenen elektrischen und mechanischen Anwendungen möglich, um Maschinen instand zu halten. Bei der dafür erforderlichen Datenerhebung können Kupplungssysteme eine Schlüsselfunktion einnehmen.

Clean-Break-Kupplung für Hochtemperatur-Hochdruck Anwendungen. (Bild: Carl Kurt Walther GmbH & Co. KG)

Clean-Break-Kupplung für Hochtemperatur-Hochdruck Anwendungen. (Bild: Carl Kurt Walther GmbH & Co. KG)

Bindeglied der Smart Factory

Mono- oder Multischnellkupplungen, die sich hinsichtlich ihres Verwendungszwecks, der Anschlüsse, Druckverhältnisse, des geförderten Mediums in der Leitung sowie ihrem Verbindungsmechanismus unterscheiden, kommen in unterschiedlichen Industrieprozessen zum Einsatz. Durch die Kombination mit digitalen Technologien können solche Kupplungen eine regelmäßige und permanente Maschinenzustandsüberwachung etwa in einem Antriebsstrang ermöglichen. Mit Sensorik ausgestattet, können sie Funktionen im Bereich der Messtechnik übernehmen und Schwingung, Drehmoment, Drehzahl, Beschleunigung, Rotation oder Lage im Raum erfassen. Aufnahme und Verarbeitung der Messdaten kann nahezu in Echtzeit erfolgen. Darüber hinaus lassen sich Messdaten mehrerer Bauteile im Zusammenspiel analysieren, um Rückschlüsse auf den korrekten Einbau zu erhalten und das dynamische Verhaltens beurteilen zu können. Gerade für sicherheitsrelevante Bauteile könnte der Einbau solcher Sensorik sinnvoll sein, da eine Zustandsüberwachung hier den größten Nutzen verspricht. Mit der digitalen Überwachung der Antriebsteile wäre es künftig vergleichsweise einfach möglich, erforderliche Wartungen automatisch in den Produktionsplan einzutakten.

Eindeutige Überwachung

Sensorgestützte Kupplungen können auch bei Füllvorgängen Daten erheben und den Kuppelvorgang absichern helfen. In sensiblen Branchen wie der Chemie- und Pharmaindustrie, wo diffizile Medien ab- und umgefüllt werden, ist das Interesse besonders groß, den Anschluss falscher Medienleitungen auszuschließen. Bereits vielfach werden mechanische Kodierungen oder elektronische RFID-Transponder zur Überwachung von Kupplungen verwendet. Elektronisch dokumentiert und überwacht dieses System, welche Leitungen oder Medien angeschlossen werden. Die Festhälfte der Kupplung ist dafür mit einer RFID-Antenne, die Loshälfte mit einem RFID-Transponder ausgestattet. Der Durchfluss der Medien wird erst freigegeben, wenn die Verbindung der Kupplungshälften verifiziert ist. Darüber hinaus lassen sich die Verbindungsdaten drahtlos auf den Transponder übertragen und speichern. Neben der Chemie- und Pharmaindustrie ist die Wasserstoffbetankung für Fahrzeuge ein neues Anwendungsgebiet: Die Schnellkupplung begleitet die Steuerung des Tankvorgangs, indem sie die Kommunikation zwischen Tankstelle und Fahrzeug übernimmt.


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