Fallstudie
ELIN Motoren GmbH
Von Konrad Schweiger, Beratung und Verkauf, Dewesoft GmbH, Österreich

Das österreichische Unternehmen ELIN Motoren GmbH nimmt im Rahmen der Endkontrolle an jeder produzierten Maschine (Motor oder Generator) Schwingungsmessungen vor. Bei der Suche nach einem geeigneten DAQ-System galt es, dieses portabel zu halten, Schwingungen und elektrische Leistung mit nur einem System (Rohdaten) zu messen und die Daten bereits während dem Test an den Kristl Seibt Tornado-Prüfstand weiter zu geben. Dewesoft lieferte die passende Lösung.KS Tornado Prüfstand

Vor einigen Jahren hat sich ELIN Motoren im Rahmen ihrer Digitalisierungsstrategie entschieden, bei der Auslieferung von jedem Motor und Generator ein Schwingungsprofil zu erstellen. Ziel war es, die Produktqualität zu verifizieren und Referenzdaten für den Fall zu haben, dass später Probleme beim Kunden auftreten.

elin motoren logo

 

ELIN Motoren mit Hauptsitz in Österreich ist ein High-Tech-Unternehmen, das rotierende elektrische Maschinen – Motoren und Generatoren – herstellt, die weltweit eingesetzt werden. Das Unternehmen hat 125 Jahre Erfahrung, insgesamt 1000 Mitarbeiter und einen Jahresumsatz von 120 Millionen Euro. Seit Ende 2019 gehört ELIN Motoren zu 70 % dem globalen Technologieunternehmen Voith Group.

Überwiegend werden elektrische Maschinen, Motoren im Nieder- und Mittel-, aber auch im Hochspannungsbereich hergestellt. So werden maßgeschneiderte Lösungen für folgende Märkte entwickelt und produziert:

  • Wind,
  • Bergbau, 
  • Kunststoffe,
  • Kraftwerke, 
  • Marine, und
  • Öl und Gas. 

Elin Generatoren werden insbesondere für Windenergie und dezentrale Energieerzeugung eingesetzt.

Versuchsaufbau im hauseigenen Testbereich bei ELIN Motoren
Abbildung 1. Versuchsaufbau im hauseigenen Testbereich bei ELIN Motoren

Vorstellung: ELIN Motoren

Die Prüfstände bei Elin Motoren werden von KS Engineers geliefert, einem führenden Anbieter von Prüfständen für die Automobil- und Motorenindustrie. Die Produktlinie von KS umfasst Test- und Simulationssysteme für die Entwicklung und Tests an Batterien und Brennstoffzellen. Auch im Bereich Elektromobilität bietet KS Lösungen für die Abstimmung von Antriebssystemen.

KS Engineers oder Kristl, Seibt & Co. GmbH ist ein inhabergeführtes Unternehmen mit Sitz in Graz in den Bereichen Automobil-Tests, Industrieautomation, und technische Gebäudetechnik. KS Engineers verfügt über gebündeltes Wissen aus den Bereichen Maschinenbau, Elektrotechnik, Regelungstechnik, Elektronik und Informatik. Die Prüfstände werden mit der Automatisierungssoftware Tornado betrieben. Dieses Softwarepaket mit grafischer Oberfläche bietet Mess-, Steuer- und Berichtsfunktionen für Prüfstände. Es ist optimiert für Motor- und Rollenprüfstände, Antriebsstrangprüfstände und Fahrzeugkomponentenprüfstände.

Prüfstand – Integration der Datenerfassung (DAQ)

Die KS-Prüfstandssoftware Tornado steuert den Prüfling (DUT), startet zB einen Motorhochlauf oder -auslauf, stellt die Drehzahl ein usw. Der DUT sendet Informationen wie Temperaturen oder Betriebszustand zurück.

Die Anforderung von ELIN Motoren war, während der Messung kontinuierlich die Schwingungsdaten von Dewesoft Hard- und Software in die Tornado Software zu übertragen. Diese Kommunikation wird über TCP/IP von einem Dewesoft-Plugin, dem Testbed Modul, abgewickelt.

Das Dewesoft-Prüfstandsmodul ist eine Schnittstelle zwischen der DewesoftX-Datenerfassungssoftware und Prüfstandssteuerungssystemen. Es verwendet das Request/Response-Arbeitsprinzip und kann unabhängig von DewesoftX voreingestellt und verwendet werden. Auf diese Weise wird es nur durch das Master-System gesteuert, welches bestimmte Daten vom Prüfstands-Modul anfordert, und die Antwort an das Master-System zurückgibt. 

Im Fall von ELIN Motoren fordert die Tornado-Software während der Messung die gemessenen Orbit- und Ordnungsanalysedaten in Echtzeit über das AK-Protokoll (sehr kompakter Befehlssatz), von den Dewesoft-Kanälen an.

Das Plugin unterstützt vier spezifische sogenannte Master-Slave-Protokolle:

  • AK-Protokoll,
  • Puma Open,
  • D2T, und 
  • Tornado. 

Alle diese Protokolle sind über RS232- oder TCP/IP möglich.

Es kann mit dem Verbrennungsanalyse-Modul verwendet werden, in dem Winkelbasiertes Speichern und Berechnen verwendet wird. Alternativ kann es auch im Zeitmodus verwendet werden, in dem jeder Kanal oder Wert von DewesoftX gesendet werden kann und die Messzeit für die Triggerung und das Berechnungsintervall verwendet wird.

 

Messung der Gehäuse- und Lagerschwingungen im hauseigenen Prüffeld.Bild 2. Messung der Gehäuse- und Lagerschwingungen im hauseigenen Prüffeld.

Die Lösung

DAQ-Hardware und DAQ-Produkte

  • Zwei SIRIUS R2DB Datenerfassungssysteme
  • SIRIUSi-CUSTOM DualCoreADC Signal Conditioner Slice mit 8 analogen Kanälen: 1xACC+, 5xACC, 2xSTG - für Noise-, Vibrations- und Harshness-Tests (NVH)
  • SIRIUSi-HS Highspeed-Signalaufbereitung mit 8 analogen Eingängen: 2x STG, 3xHV, 3xLV - für Leistung
  • SIRIUSi-HS-4xHV-4xLV Highspeed-Datenerfassungssystem für Leistungsmessungen
  • Datenerfassungssystem SIRIUS-CUSTOM
  • KRYPTONi-8xRTD für RTD-Temperaturmessung
  • DSI-ACC-Adapter für den direkten IEPE-Sensoranschluss
  • DS-TACHO2
  • DS-SHUNT-05

DAQ-Software

  • DewesoftX Datenerfassungssoftware
  • Softwareoption für die dynamische Signalanalyse (DSA) von Dewesoft: FFT-Analysator, Ordnungsanalyse, Modaltest, Humanschwingung, Stoßantwortspektrum, Schallpegel, Torsionsschwingung und Rotorauswuchtung
  • Dewesoft Power-Option
  • Dewesoft Testbed-Plugin

Das Dewesoft-Datenerfassungssystem liefert die Ergebnisse der Schwingungsanalyse an die Tornado-SoftwareAbbildung 3. Das Dewesoft-Datenerfassungssystem liefert die Ergebnisse der Schwingungsanalyse an die Tornado-Software.

Messmodule

Die Messgeräte und Datenlogger sind sehr portabel und damit perfekt für den mobilen Einsatz. Das selbe Gerät kann am Prüfstand aber auch für den Service und die Installation vor Ort verwendet werden. Deshalb haben sich die ELIN Motoren für einen Mix aus SIRIUS R2DB als All-in-One-Datenerfassung und den einzelnen SIRIUS-Modulen zur einfachen Kanalerweiterung entschieden.

Das Dewesoft-Datenerfassungssystem liefert die Ergebnisse der Schwingungsanalyse an die Tornado-Software.

Dewesoft SIRIUS R1DB und R2DB portable All-in-One-Datenerfassungssysteme

Die Entscheidung für den Kauf von Dewesoft wurde auch getroffen, weil keine weiteren Softwarelizenzkosten anfallen, Updates für immer kostenlos sind und die Datendateien für jeden ohne Lizenz zugänglich sind. Elektrische Leistungs- und Schwingungsdaten werden mit dem gleichen System gemessen, Rohdaten werden gespeichert und können neu berechnet werden. 

Messaufbau – auf den R2DB mit SIRIUS-Modulen wird von der Leitstelle aus zugegriffen.Abbildung 4. Messaufbau – auf den R2DB mit SIRIUS-Modulen wird von der Leitstelle aus zugegriffen.

Dewesoft DSI-Adapter

Mit DSI-Adaptern können die Eingänge jederzeit auf neue Messaufgaben anpasst werden. Es handelt sich um TEDS IEEE 1451.4 ausgestattete Sensoradapter, die jeden unserer universellen analogen Eingangsverstärker mit DSUB9-Anschlüssen in einen direkten IEPE-, Ladungs-, Thermoelement-, Shunt-, Spannungs-, LVDT- oder RTD-Eingang verwandeln.

Different DSi adapters

Verschiedene DSi-Adapter

IEEE 1451.4 ist eine Reihe von Schnittstellenstandards für intelligente Wandler, die vom Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) entwickelt wurden. TEDS beschreibt das elektronische Datenblatt für den verwendeten Wandler.

Wirbelstromsensoren

Wirbelstromsensoren werden zum Messen der Wellenverschiebung verwendet - Orbit, Wellenmittellinie und Wellenumlaufkurve. Wirbelstromsensoren sind für berührungslose Weg-, Distanz-, Positions-, Schwingungs- und Vibrationsmessungen ausgelegt. Ihr robustes Sensordesign eignet sich für industrielle Messungen, besonders geeignet, wenn hohe Präzision in rauen Umgebungen mit Druck, Schmutz oder extremen Temperaturen erforderlich ist.

Bei ELIN interessieren sich die Ingenieure vor allem für bestimmte Parameter wie:

  • S_0 Spitze-Spitze
  • S_90 Spitze-Spitze und 
  • Smax. 

Die Wirbelstromsensoren sind bereits im Prüfling integriert. Sie müssen präzise montiert werden, da sie eine sehr hohe Empfindlichkeit - 7,87 V/mm - aufweisen müssen, um Verschiebungen im Mikrometerbereich (µm) messen zu können. Außerdem benötigen sie eine spezielle Versorgungsspannung von -19 V welche direkt aus der programmierbaren Sensorversorgung des SIRIUS-STG Modules erfolgt.

Orbitanalyse mit dem Dewesoft Orbit Analyzer

Das Dewesoft Orbit Analyse-Modul ist auf Turbomaschinenanwendungen zugeschnitten und für präzise Rotorbewegungsmessungen und erweiterte Analysen ausgelegt.

Es ist ein Analysewerkzeug für die Untersuchung von Rotorbewegungen und die Bewertung von Beschädigungen, die Schwingungen verursachen, sowie ein Diagnosewerkzeug, das die Erkennung und Vermeidung vieler Arten von potenziellen Fehlern und Maschinenstillständen ermöglicht.

Beispiel für eine Messanzeige der Orbit-Analyse.Abbildung 5. Beispiel für eine Messanzeige der Orbit-Analyse.

IEPE-Beschleunigungsaufnehmer

 

Integrierte elektronische piezoelektrische (IEPE) Beschleunigungsaufnehmer sind der am häufigsten verwendete Beschleunigungs-Sensortyp geworden. IEPE-Beschleunigungsmesser haben einen eingebauten Ladungs- oder Spannungsverstärker. Aus diesem Grund benötigen sie keine spezielle Verkabelung und lassen sich sehr einfach in ein System integrieren.

IEPE-Beschleunigungsaufnehmer benötigen eine konstante Gleichstromquelle, die jedoch in vielen Datenerfassungssystemen enthalten ist. Die mikroelektronische Schaltung in einem IEPE- Beschleunigungsaufnehmer erhöht die Störanfälligkeit in industrieller Umgebung, im Vergleich zu Beschleunigungsmessern im Ladungsmodus. Dennoch haben diese Beschleunigungsmesser oft einen Temperaturbereich von mindestens -40° bis +125°C, was für die meisten Anwendungen ausreichend ist.

ELIN Motoren verwendet IEPE-Beschleunigungsaufnehmer im Spannungsmodus zur Messung von Gehäuse- und Lagerschwingungen für die Dewesoft-Ordnungsanalyse im optionalen Dewesoft-Softwaremodul. Sie können ein Gesamtschwingungsprofil, einen Campbell-Plot definieren und die Daten auch verwenden, um auf Anomalien zu prüfen, zB um festzustellen, ob Oberwellen über den Drehzahlbereich dominant sind.

  Beispiel für eine Messanzeige der Ordnungsanalyse.Abbildung 6. Beispiel für eine Messanzeige der Ordnungsanalyse.

Fazit

Dewesoft bietet eine Lösung, um bereits in Betrieb befindliche KS Tornado-Prüfstände zu erweitern. Sie können leicht mit einer Reihe von Dewesoft-Anwendungslösungen ergänzt werden, wie zum Beispiel:

  • Hochpräzise Leistungsmessung
  • Verbrennungsmotoranalyse
  • Jede andere DewesoftX-Softwareoption/-Plugin wie OPC UA, Modbus, …

Eine solche Kombination bietet allen bestehenden Kristl Seibt-Anwendern große Vorteile, zum Beispiel bei der Motorenentwicklung. Egal ob konventioneller Verbrenner, Elektro oder Hybrid, da alle Module innerhalb der DewesoftX Software kombiniert werden können.

Die Anwender profitieren von Software-Updates ohne jährliche Lizenzkosten, hochwertiger Hardware mit großer Flexibilität und einem ausgezeichneten lokalen Support-Team.