Presswalzen-Barring: online Verfolgung und gezielte Ursachenanalyse

Im Rahmen einer studentischen Arbeit wurde bei Munksjö Dettingen 2022 ein Pilotprojekt zur Wälzlagerüberwachung per IoT-Sensorplattform gestartet. An den beiden im Werk befindlichen Papiermaschinen wurden zunächst 26 Sensoreinheiten installiert und in Betrieb genommen.

Ziel des Projekts war es, den Wartungsprozess durch eine vorausschauende Komponente zu erweitern. Die installierten Sensoreinheiten, welche speziell für das Retrofitting von Bestandsanlagen entwickelt wurden, agieren drahtlos. Durch verbaute Energy-Harvesting-Technologien arbeiten die Sensoreinheiten mithilfe der vorhandenen Maschinenwärme energieautark. Durch die Sensoreinheit werden Beschleunigungs-, Vibrations- und Temperaturdaten an der Überwachungsstelle gemessen.

Im Gegensatz zu den klassischen Methoden der Schwingungsanalyse werden die aufgenommenen Sensordaten direkt in der Sensoreinheit vorverarbeitet und auf wenige Merkmale reduziert, welche per Low Power Funk an ein Gateway übertragen werden. Die dort vorhandene künstliche Intelligenz (KI) erstellt in einem Einlernprozess die zu erwartbaren und als unkritisch eingestuften Betriebszustände der Überwachungsstelle als einen sogenannten Indikatorwert dar. Dieser wird im weiteren Verlauf der Überwachung mit dem aktuellen Betriebszustand abgeglichen und sorgt so für die Erkennung von Veränderungen. In einem Webportal werden die Messwerte und der Indikatorwert anwenderfreundlich visualisiert.

An einer Presswalze am Standort Dettingen bilden sich im Zeitraum von 2-3 Monaten Querstreifen auf der Walzenoberfläche. Dieses, auch Barring genannte, Phänomen macht einen Walzenwechsel weit vor der gewünschten Standzeit nötig, um Qualitätseinbußen am Produkt zu vermeiden. Durch die Schwingungsüberwachung der Wälzlager der Presswalze mithilfe der IoT-Sensorplattform konnte erstmals ein Trend über die Entwicklung der Vibrationen visualisiert werden. Eine zuvor durchgeführte, klassische Schwingungsanalyse konnte zwar als Punktaufnahme das Fehlerbild genau beschreiben, lies aber keine Rückschlüsse auf den Ausbildungsprozess der Querstreifen zu. Der durch die drahtlosen Sensoreinheiten dargestellte Trend zeigte verschieden schnelle Veränderungen der Vibrationen an der Presswalze in unterschiedlichen Zeitabschnitten. Diese Zeitabschnitte korrelierten mit der Produktion von verschiedenen Papiersorten. Die Überwachung der Presswalze mithilfe der IoT-Sensorplattform liefert wichtige Hinweise zur Untersuchung der Pressenparameter während der Produktion einer bestimmten Papiersorte und deren Einfluss auf die Entstehung von Barring an dieser Position.