Kontext
Die von einem Elektrozylinder aufgebrachte Kraft wirkt letztlich vollständig als Axialkraft auf die Kugelgewindespindel und deren Lager. Beim Einpressen, Verschrauben und Pressen ist diese Kraft der Prozess selbst: Sie entscheidet über die Qualität des Bauteils. Zugleich ist sie die Größe, in der sich Verschleiß und nachlassende Schmierung zuerst zeigen.
Der Einbau einer Kraftmessdose in eine Serienmaschine ist jedoch kaum realisierbar: Kosten und Bauraum sprechen in den meisten Konstruktionen dagegen. Was am Prüfstand direkt gemessen werden kann, bleibt an der Anlage im Betrieb verborgen. Als Ersatzgröße dient üblicherweise der Motorstrom. Der Strom folgt jedoch dem Drehmoment, und zwischen Drehmoment und Axialkraft liegen die Trägheit und die Nachgiebigkeit des Mechanismus. Ein konstanter Umrechnungsfaktor zwischen den beiden Größen existiert nicht.
Was wir untersucht haben
Wir haben ein Modell entwickelt, das die Axialkraft ausschließlich aus Signalen schätzt, die im Servoantrieb bereits vorliegen: den einzelnen Phasenströmen, dem Wirkstrom und der Geschwindigkeit. An der Maschine wurde nichts nachgerüstet. Das Modell basiert auf der Klasse leichtgewichtiger Machine-Learning-Verfahren (Reservoir Computing), mit der wir projektübergreifend arbeiten.
Die Validierung erfolgte anhand eines öffentlichen Datensatzes, in dem Elektrozylinder im Dauerbetrieb bis zum Ausfall gefahren und dabei sämtliche Sensoren über die gesamte Laufzeit aufgezeichnet wurden. Dasselbe Vorgehen haben wir auf drei Zylinder desselben Typs angewendet. Trainiert wurde jedes Modell ausschließlich auf dem Anfang der Lebensdauer des jeweiligen Zylinders, ohne die Daten der drei Zylinder zusammenzuführen. Die Genauigkeit wurde auf einem späteren Abschnitt gemessen, der weder für das Training noch für die Parameterwahl verwendet wurde.
Was sich gezeigt hat
Der Verlauf der Axialkraft ließ sich auf dem nicht zum Training verwendeten Abschnitt reproduzieren, und zwar bei allen drei Zylindern auf gleichem Niveau: Die Größe ist ohne Kraftmessdose in der Maschine zugänglich.
Das zugehörige Modell bleibt unter einem Kilobyte und läuft unverändert auf der vorhandenen Steuerung. Keine GPU, keine Cloud-Anbindung.
Dies könnte auf Ihre Anlagen zutreffen
Wenn die Presskraft über die Bauteilqualität oder Ihre Wartungsintervalle entscheidet, der Einbau einer Kraftmessdose aber nicht in Frage kommt, lohnt sich der Ansatz möglicherweise: Elektrozylinder, elektrische Pressen, Einpress- und Schraubstationen, Transfer- und Positionierachsen. Die benötigten Signale liefert Ihr Servoantrieb bereits. Ein kurzes Gespräch genügt in der Regel, um festzustellen, ob Ihr Fall für diesen Ansatz geeignet ist.
Der umgekehrte Ansatz, bei dem die Kraft herausgelöst wird, die der Bewegungsvorgabe nicht zuzuordnen ist, ist auf der Seite Drehmomentschätzung einer Servoachse beschrieben.