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Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur zustandsorientierten Instandhaltung einer Nadelmaschine zum Vernadeln einer Faserbahn mit mindestens einem an einem Maschinenrahmen oder Maschinengestell angeordneten und in seinem aktiven Betriebszustand auf und ab schwingenden Nadelbalken oder Nadelbrett, wobei mit einem am Maschinenrahmen oder Maschinengestell angeordneten Schwingungssensor mit zugeordneter Auswerte- und/oder Speicher- und/oder Steuereinheit während des aktiven Schwingungsbetriebszustandes des mindestens einen oszillierend auf und ab schwingenden Nadelbalkens oder Nadelbretts unabhängig von dessen Schwingungsfrequenz kontinuierlich ein Maschinenvibrationsmesswert ermittelt sowie angezeigt und/oder aufgezeichnet wird.
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Im Bereich der Herstellung von Vliesstoffen ist es üblich, Nadelmaschinen zur mechanischen Verfestigung einer Faserbahn durch Vernadeln zu verwenden. Beim Vernadeln einer Faserbahn werden eine Vielzahl von in einem Nadelbrett oder einem Nadelbalken ausgebildeten Nadeln in einer oszillierenden Auf-und-Ab-Bewegung des Nadelbretts oder Nadelbalkens in, vorzugsweise durch, das Fasermaterial der zu nadelnden Faserbahn gestoßen. Die Nadelbalken oder Nadelbretter werden mittels eines oszillierenden Antriebs in eine entsprechende Auf-und-Ab-Bewegung gebracht. Diese Auf-und-Ab-Bewegung eines jeden Nadelbalkens oder Nadelbretts sowie die dabei bewegte Masse verursachen, dass die Nadelmaschine und/oder der einen jeweiligen Nadelbalken oder ein jeweiliges Nadelbrett haltende Maschinenrahmen in Schwingung und Vibration versetzt werden.
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Bei längerer Laufzeit der Nadelmaschine verschmutzen die Nadelbalken oder Nadelbretter. Mit steigendem Verschmutzungsgrad verändert sich das Massenträgheitsmoment des jeweiligen Nadelbretts oder Nadelbalkens. Folglich werden die auf die Nadelmaschine einwirkenden Kräfte mit steigendem Verschmutzungsgrad größer. Dies macht sich dadurch bemerkbar, dass die Nadelmaschine stärker vibriert und mehr Schall emittiert wird – die Maschine also lauter wird – und/oder dass die Nadelmaschine mehr Strom aufnimmt. Ferner ändert sich in Abhängigkeit von der Laufzeit und dem Verschmutzungsgrad eines Nadelbalkens oder Nadelbretts das mit diesem in einer jeweils zu nadelnden Faserbahn ausgebildete Nadelbild nachteilig.
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Um diese negativen Einflüsse zu vermeiden, müssen die Nadelbalken oder Nadelbretter einer Nadelmaschine regelmäßig gewechselt werden. Bisher wird der Zeitpunkt für den Wechsel eines Nadelbalkens oder Nadelbretts anhand einer subjektiven Einschätzung eines Maschinenführers bestimmt, wobei dieser auf Basis der Geräuschentwicklung und feststellbaren Vibrationen der Nadelmaschine subjektiv aufgrund seiner empirischen Erfahrungswerte den Zeitpunkt für einen Wechsel des Nadelbalkens oder Nadelbretts bestimmt.
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Diese Vorgehensweise birgt Nachteile. Bestimmt der Maschinenführer den Zeitpunkt des Nadelbrettwechsels zu spät, so kann es aufgrund zu großer Kräfte und auftretender Vibrationen zu Schäden an der Maschine kommen. Wird der Zeitpunkt des Nadelbrettwechsels zu früh gewählt, kommt es zu einem unnötigen Maschinenstillstand und einer Verringerung der Anlagenverfügbarkeit der Nadelmaschine. Außerdem erfolgt ein Nadelbalken- oder Nadelbrettwechsel ausschließlich auf Basis subjektiver persönlicher Erfahrungswerte eines jeweiligen Maschinenführers ohne objektivierte Basis.
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Aus
EP 1 811 072 A1 ist eine Verformungssensoren aufweisende Nadelmaschine bekannt. Die Verformungssensoren dienen zum Erfassen einer momentanen Verformung des Tragrahmens der Nadelmaschine. Anhand der gemessenen Verformung sollen Fehlfunktionen an der Nadelmaschine erkannt werden. Dies erfolgt anhand eines Vergleichs der gemessenen Verformungswerte mit bestimmten Schwellenwerten. Hierbei werden drei Schwellenwerte definiert. Wird eine erste Schwelle überschritten, so wird festgestellt dass die Nadelmaschine in einem Bereich einer unerwünschten Nadelgeschwindigkeit arbeitet und wird automatisch ein Alarm ausgelöst. Wird eine zweite Schwelle überschritten, so erfolgt ein synchroner Stopp der Maschine und ein Alarm für den Bediener der Maschine wird ausgelöst. Wird eine dritte Schwelle überschritten, so erfolgt ein sofortiger Nothalt der Nadelmaschine. Ferner ist die vorbekannte Nadelmaschine dazu ausgestaltet, im Falle des Überschreitens bestimmter Schwellenwerte verbotene Drehzahlbereiche der Nadelmaschine zu definieren und diese im Betrieb zu vermeiden um Schäden an der Nadelmaschine abzuwenden. Mit dieser bekannten Nadelmaschine lässt sich somit lediglich der Betrieb der Nadelmaschine vorteilhaft steuern und können bestimmte Drehzahlbereiche vermieden werden, um Schäden von der Nadelmaschine fernzuhalten.
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Eine Nadelmaschine, bei welcher mittels eines Schwingungssensors die durch eine oszillierende Auf-und-Ab-Bewegung eines Nadelbretts oder Nadelbalkens verursachte Vibration oder Schwingung des Maschinenrahmens oder -gestells ermittelt wird, ist aus der
EP 2 119 818 A1 sowie der
EP 1 860 221 A2 bekannt. Hier wird mittels eines Schwingungsaktors eine die Rahmenschwingungen verändernd beeinflussende Einwirkung auf die Rahmenschwingungen genommen.
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In dem Aufsatz von HOEPP, Hans Detlef: Messen und Regeln in der Nadelfilzindustrie, in Melliand Textilberichte, 1971, Heft 2, S. 155–164, ist ein Mess- und Regelungsprozess bei der Nadelvliesherstellung zur Bestimmung der Vibrationen, die während des Betriebs einer Nadelvliesmaschine auftreten, beschrieben. Um das Ausmaß der Vibrationen zu bestimmen, wird ein Vibrationsmessgerät verwendet und es werden fortlaufend Messwerte aufgezeichnet, wobei das Vibrationsmessgerät zu Regelzwecken verwendet werden kann. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu schaffen, die es ermöglicht, die aufgrund eines Nadelbalken- oder Nadelbrettwechsels erforderlichen Maschinenstillstandszeiten zu vermindern und/oder zu optimieren, zumindest zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur zustandsorientierten Instandhaltung einer Nadelmaschine zum Vernadeln einer Faserbahn nach Anspruch 1 gelöst.
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Zweckmäßige Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
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Die vorstehende Aufgabe wird also gelöst durch ein Verfahren zur zustandsorientierten Instandhaltung einer Nadelmaschine zum Vernadeln einer Faserbahn mit mindestens einem an einem Maschinenrahmen oder Maschinengestell angeordneten und in seinem aktiven Betriebszustand auf und ab schwingenden Nadelbalken oder Nadelbrett, wobei mit einem am Maschinenrahmen oder Maschinengestell angeordneten Schwingungssensor mit zugeordneter Auswerte- und/oder Speicher- und/oder Steuereinheit während des aktiven Schwingungsbetriebszustandes des mindestens einen oszillierend auf und ab schwingenden Nadelbalkens oder Nadelbretts unabhängig von dessen Schwingungsfrequenz kontinuierlich ein Maschinenvibrationsmesswert ermittelt sowie angezeigt und/oder aufgezeichnet sowie automatisch kontinuierlich mit einem empirisch festgelegten und in dem Schwingungssensor mit zugeordneter Auswerte- und/oder Speicher- und/oder Steuereinheit hinterlegten zulässigen Grenzwert verglichen wird und wobei bei Erreichen oder Überschreiten des zulässigen Grenzwertes und/oder eines diesem zugeordneten Toleranzbereiches von dem Schwingungssensor mit zugeordneter Auswerte- und/oder Speicher- und Steuereinheit ein vorzunehmender Nadelbalken- oder Nadelbrettwechsel angezeigt und/oder die Nadelmaschine angehalten wird. Zunächst werden über einen definierten Zeitraum die Maschinenvibrationsmesswerte kontinuierlich ermittelt sowie aufgezeichnet und es wird daraus ein produktunabhängiger anlagentypischer Mittelwert berechnet, der als arithmetisches Mittel aus solchen ermittelten Maschinenvibrationsmesswerten errechnet wird, denen während des definierten Zeitraums jeweils ein Nadelbalken- oder Nadelbrettwechsel zugeordnet ist, wobei ein Nadelbalken- oder Nadelbrettwechsel jeweils aufgrund empirischer Erfahrungswerte, die mit unzulässigen Vibrations- und/oder Lautstärkewerten der Nadelmaschine korrelieren, ausgelöst und veranlasst wird. Dieser anlagentypische Mittelwert oder ein daraus abgeleiteter Wert wird als zulässiger Grenzwert festgelegt und in dem Schwingungssensor mit zugeordneter Auswerte- und/oder Speicher- und/oder Steuereinheit hinterlegt. In nachfolgenden Zeiträumen mit aktivem Schwingungsbetriebszustand des mindestens einen oszillierend auf und ab schwingenden Nadelbalkens oder Nadelbretts werden mittels des Schwingungssensors mit zugeordneter Auswerte- und/oder Speicher- und/oder Steuereinheit wiederum jeweils über eine definierte, vorzugsweise mindestens einen Nadelhub umfassende Zeitspanne aus Echtzeitwerten von Maschinenvibrationswerten gemittelte Maschinenvibrationsmesswerte kontinuierlich ermittelt sowie automatisch mit dem festgelegten und hinterlegten zulässigen Grenzwert verglichen, und es wird bei Erreichen oder Überschreiten des zulässigen Grenzwertes und/oder eines diesem zugeordneten Toleranzbereiches von dem Schwingungssensor mit zugeordneter Auswerte- und/oder Speicher- und Steuereinheit ein vorzunehmender Nadelbalken- oder Nadelbrettwechsel angezeigt und/oder die Nadelmaschine angehalten.
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Durch die Erfindung wird ein Verfahren zur zustandsorientierten Instandhaltung einer Nadelmaschine geschaffen, bereitgestellt und genutzt, mit welchem es möglich ist, die Instandhaltungsmaßnahme eines Nadelbalken- oder Nadelbrettwechsels nur noch dann vorzunehmen, wenn von dem Schwingungssensor mit zugeordneter Auswerte- und/oder Speicher- und/oder Steuereinheit eine entsprechende Empfehlung zu einer solchen Maßnahme angezeigt wird oder ein Nothalt der Nadelmaschine initiiert wird. Hierdurch werden unnötige, allein aufgrund subjektiver Erfahrungswerte eines Maschinenführers beruhende Stillstände der Nadelmaschine vermieden und werden die Instandhaltungskosten der Nadelmaschine reduziert. Insbesondere lässt sich aufgrund der rechtzeitig erfolgenden und am Zustand der zu wechselnden Nadelbalken oder Nadelbretter orientierten Anzeige eines bevorstehenden notwendigen Nadelbalken- oder Nadelbrettwechsels dieser Wechsel planbarer gestalten und zu einem günstigen Zeitpunkt durchführen. Insgesamt lassen sich dadurch die aufgrund eines Nadelbalken- oder Nadelbrettwechsels erforderlichen Maschinenstillstandszeiten vermindern und/oder optimieren, zumindest aber verbessern.
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In einer besonders zweckmäßigen und vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens sieht die Erfindung vor, dass mit dem am Maschinenrahmen oder Maschinengestell angeordneten Schwingungssensor mit zugeordneter Auswerte- und/oder Speicher- und/oder Steuereinheit während des aktiven Schwingungsbetriebszustandes des mindestens einen oszillierend auf und ab schwingenden Nadelbalkens oder Nadelbretts unabhängig von dessen Schwingungsfrequenz kontinuierlich die durch die Schwingungen oder Vibrationen des Maschinenrahmens oder Maschinengestells verursachten aktuellen Maschinenvibrationswerte in Echtzeit ermittelt, über eine definierte, vorzugsweise mindestens einen Nadelhub umfassende Zeitspanne zu dem Maschinenvibrationsmesswert arithmetisch gemittelt werden und der gemittelte Maschinenvibrationsmesswert kontinuierlich angezeigt und/oder aufgezeichnet wird. Auf diese Art und Weise lässt sich in vorteilhafter Weise aus den Zeitpunkten von zunächst allein aufgrund subjektiver empirischer Einschätzungen vorgenommener Instandhaltungsmaßnahmen (Nadelbalken- oder Nadelbrettwechsel) durch Zuordnung eines objektiv gemessenen Wertes und eines daraus über einen längeren Zeitraum gemittelten anlagentypischen Messwertes (Maschinenvibrationsmesswert M) ein vorteilhaftes Anzeige- und Indikationssystem sowie Anzeige- und Indikationsverfahren ableiten, das zu einer Optimierung, zumindest Verbesserung, der Planung und Durchführung dieser Instandhaltungsmaßnahmen (Nadelbalken- oder Nadelbrettwechsel) führt.
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Für die Ermittlung des zulässigen Grenzwertes hat es sich als vorteilhaft erwiesen, diesen dadurch zu ermitteln, dass er als arithmetischer Mittelwert aus Maschinenvibrationsmesswerten zuzüglich der Standardabweichung des/eines Einzelmaschinenvibrationsmesswertes errechnet und festgelegt wird.
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Um dem Grenzwert eine Vorwarnstufe vorzuschalten, schlägt die Erfindung schließlich in weiterer Ausgestaltung auch vor, dass dem zulässigen Grenzwert ein Warnwert zugeordnet wird, der als arithmetischer Mittelwert aus Maschinenvibrationsmesswerten +/– der Standardabweichung des/eines Einzelmaschinenvibrationsmesswertes errechnet und festgelegt wird.
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Bevorzugt kann der Maschinenvibrationsmesswert eine Beschleunigung oder eine Geschwindigkeit sein. In vorteilhafter Weise kann der Grenzwert anhand des aktuellen Produktionsprogramms festgelegt werden. Dabei kann der Grenzwert in Abhängigkeit von einer Hubfrequenz der Nadelmaschine festgelegt werden. Ferner kann es vorteilhaft sein, wenn der Grenzwert anhand der jeweiligen Faserbahn, insbesondere des Materials der Faserbahn, der Einstichdichte der Nadeln des Nadelbretts, der Bahngeschwindigkeit der Faserbahn, der Bahnbreite der Faserbahn und/oder der Einstichtiefe des Nadelbretts festgelegt wird.
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Dem Grenzwert kann der Warnwert zugeordnet sein, wobei bei Überschreiten des Warnwertes durch den Maschinenvibrationsmesswert eine Instandhaltungsmaßnahme, insbesondere ein Nadelbrettwechsel geplant, aber nicht unmittelbar vorgenommen wird.
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Ferner kann der Grenzwert eine kritische Schwelle sein, bei deren Überschreiten eine Instandhaltungsmaßnahme, insbesondere ein Nadelbrettwechsel, unmittelbar vorgenommen wird.
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In vorteilhafter Weise kann ferner ein Anstieg des Maschinenvibrationsmesswerts über die Zeit bestimmt werden und in Abhängigkeit von der Stärke des Anstiegs ein Zeitpunkt prognostiziert werden, zu welchem der Maschinenvibrationsmesswert den Grenzwert überschreiten wird, sodass der Zeitpunkt der Instandhaltungsmaßnahme in Abhängigkeit vom Anstieg des Messwerts vorausschauend bestimmt werden kann. Ist die elektronische Steuerung mit einer Anzeigevorrichtung verbunden, kann diese in vorteilhafter Weise die Instandhaltungsmaßnahme und den Zeitpunkt der nächsten durchzuführenden Instandhaltungsmaßnahme (Nadelbalken- oder Nadelbrettwechsel) der Nadelmaschine anzeigen.
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Die Erfindung ist nachstehend anhand einer Zeichnung beispielhaft näher erläutert.
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Diese zeigt in
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1 in schematischer Darstellung eine Seitenansicht eine Nadelmaschine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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2 in schematischer Darstellung eine Vorderansicht der Nadelmaschine nach 1,
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3 in schematischer Darstellung den Bereich des Niederhalters der Nadelmaschine nach 1 und 2 und in
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4 in schematischer Darstellung den zeitlichen Verlauf von Maschinenvibrationsmesswerten M.
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1 und 2 zeigen in schematischer Darstellung eine Seiten- und eine Vorderansicht einer Nadelmaschine 1 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Nadelmaschine 1 umfasst einen Maschinenrahmen 2 sowie zumindest ein Nadelbrett 3. Das Nadelbrett 3 wird mittels eines Antriebs 4 über eine Pleuelstange 5 angetrieben, so dass das Nadelbrett 3 in seinem aktiven Betriebszustand mit einer Vielzahl von Nadeln 15 eine oszillierende Auf und Ab-Bewegung ausführt. Diese Bewegung kann Bewegungskomponenten in vertikaler und/oder in horizontaler Bewegungsrichtung umfassen. Ferner sind dem Nadelbrett 3 ein Niederhalter 6 und eine Bettplanke 7 zugeordnet. Zudem weist die Nadelmaschine 1 eine in üblicher Weise ausgebildete, insgesamt mit 16 bezeichnete Vorrichtung zur Zufuhr einer Faserbahn 8 und eine insgesamt mit 17 bezeichnete Vorrichtung zu Abfuhr der genadelten Faserbahn 9 auf. Die zugeführte Faserbahn 8 besteht aus Baumwollfasern und/oder Synthetikfasern aus Polyester sowie gegebenenfalls Polypropylenfasern als thermoplastischem Binder. Es ist aber auch möglich, dass die Faserbahn 8 aus Mischungsvarianten ausgebildet ist, die vorzugsweise ergänzend Bast-, Glas- und/oder Karbonfasern umfassen.
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Die 3 zeigt schematisch den Bereich des zumindest einen Nadelbretts 3 der Nadelmaschine 1 in Seitenansicht. Ein Schwingungssensor 10 ist vorzugsweise formschlüssig an einem Steg 18 des Niederhalters 6 befestigt. Im aktiven Betriebszustand verursacht das mindestens eine auf und ab bewegte Nadelbrett 3 Rahmenschwingungen, die sich auch im Niederhalter 6 zeigen. Insofern stellt das mindestens eine auf und ab bewegte Nadelbrett 3 eine Vibrationsquelle dar. Der Schwingungssensor 10 ist somit in geringer Entfernung zu dieser Vibrationsquelle angeordnet. Die Entfernung des Schwingungssensors 10 von der Vibrationsquelle hat Einfluss auf die Amplitude der gemessenen Schwingung.
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Der Schwingungssensor 10 umfasst bevorzugt einen Beschleunigungsaufnehmer, der dazu ausgebildet und in der Lage ist, Beschleunigungen in allen drei translatorischen Freiheitsgraden zu messen. Hierzu kann der Beschleunigungsaufnehmer beispielsweise als piezoelektrischer Beschleunigungsaufnehmer ausgeführt sein. Alternativ können auf einem anderen physikalischen Messprinzip basierende Beschleunigungsaufnehmer verwendet.
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Der Schwingungssensor 10 erfasst kontinuierlich und fortlaufend die während der aktiven Schwingungsbetriebszustände des mindestens einen oszillierend auf und ab schwingenden Nadelbalkens oder Nadelbretts 3 vom Maschinenrahmen 2 verursachten Maschinenvibrationswerte in Echtzeit. Weiterhin wird mittels des Schwingungssensors 10 und/oder einer zugeordneten Auswerte- und/oder Speicher- und/oder Steuereinheit 12 aus den jeweils über eine definierte, insbesondere kurze, vorzugsweise mindestens einen Nadelhub und maximal zwei Nadelhübe umfassende Zeitspanne gemessenen Maschinenvibrationswerten jeweils ein Maschinenvibrationsmesswert M arithmetisch gemittelt und gespeichert und/oder zeitabhängig aufgezeichnet. Bei den jeweiligen Maschinenvibrationsmesswerten M kann es sich um eine Beschleunigung oder eine Geschwindigkeit handeln. Wird als Maschinenvibrationsmesswert M eine Geschwindigkeit ermittelt, so kann dies analog zu den Vorschriften nach der DIN ISO 10816-1 geschehen. So kann beispielsweise ein Spitze-Spitze Wert oder ein RMS Breitbandwert gemessen und zu dem gemittelten Maschinenvibrationsmesswert M verarbeitet werden. Die Maschinenvibrationsmesswerte M werden frequenzunabhängig ermittelt und aufgezeichnet, so dass die Maschinenvibrationsmesswerte M über eine große Bandbreite gemessen werden. Diese Bandbreite kann bspw. von 0,8 Hz–10 kHz betragen. Im Ausführungsbeispiel ist dem Schwingungssensor 10 ein permanenter elektronischer Speicher 11 zugeordnet, mittels welchem über einen langen Zeitraum die ermittelten Maschinenvibrationsmesswerte M erfassbar und speicherbar sind. Der Schwingungssensor 10 steht zudem mit einer eine elektronische Steuerung umfassenden Auswerte- und/oder Speicher- und/oder Steuereinheit 12 in elektrische Signale und/oder Daten übertragender Leitungsverbindung, mittels welcher sich aus den einzelnen Maschinenvibrationswerten die gemittelten Maschinenvibrationsmesswerte M und deren zeitlicher Verlauf über eine gewünschte Zeitspanne kontinuierlich ermitteln und auswertbar aufzeichnen lässt.
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Die 4 zeigt den zeitlichen Verlauf des gemittelten Maschinenvibrationsmesswertes M über der Zeit t. Auf der X-Achse ist die Zeit t und auf der Y-Achse sind die einzelnen, zu einem Kurvenverlauf verbundenen Maschinenvibrationsmesswerte M in der Geschwindigkeitseinheit mm/s aufgetragen. Die Kurve veranschaulicht den Verlauf der gemittelten Maschinenvibrationsmesswerte M über die Zeit t, beispielsweise über verschiedene Schichten und dies unabhängig davon, welche Produkte in der jeweiligen Schicht verarbeitet werden, beispielsweise aufbereitete Reststoffe, insbesondere sogenanntes Silostreu oder Ballenstreu, vorzugsweise Fasermaterial, und unabhängig davon, welche genadelten Produkte hergestellt werden, d. h. unabhängig davon mit welcher Einstichtiefe und/oder Einstichdichte und/oder Hubzahl das jeweils mindestens eine Nadelbrett 3 betrieben wird und mit welcher Anlagengeschwindigkeit die zu nadelnde Faserbahn 8 unter dem Nadelbrett 3 hindurchbewegt wird. Steigt der Kurvenverlauf an, so nimmt der gemittelte Maschinenvibrationsmesswert M und ebenso die Vibration der Nadelmaschine 1 zu. Fällt die Kurve ab, so nimmt der gemittelte Maschinenvibrationsmesswert M ab und damit auch die Vibration der Nadelmaschine 1 ab. Wenn die Kurve gegen Null läuft, so steht die Nadelmaschine 1 still, d. h. sie befindet sich nicht in einem aktiven Schwingungsbetriebszustand. Fällt die Kurve nahezu senkrecht gegen Null, wird die Nadelmaschine 1 zu diesem Zeitpunkt aus ihrem aktiven Schwingungsbetriebszustand abgeschaltet. Steigt die Kurve anschließend danach fast senkrecht wieder auf den gleichen vorherigen Wert an, so wurde keine die Vibration der Nadelmaschine 1 bzw. des Maschinenrahmens 2 beeinflussende Instandhaltungsmaßnahme durchgeführt. Steigt die Kurve nach dem sie gegen Null ging nur mäßig an, so wurde eine die Entstehung von Vibrationen vermeidende oder verbessernde Instandhaltungsmaßnahme vorgenommen, d. h., in der Regel wurde das mindestens eine Nadelbrett 3 ausgetauscht. Vorzugsweise besteht die Instandhaltungsmaßnahme daher in einem Nadelbrettwechsel.
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Ein jeweiliger Maschinenvibrationsmesswert M zeigt den jeweils aktuellen Zustand des Nadelbretts 3 zum jeweiligen Zeitpunkt t an. Der Maschinenvibrationsmesswert M verändert sich über die Zeit in Abhängigkeit vom Zustand des Nadelbretts 3. Verschmutzt das Nadelbrett 3 beispielsweise, steigt seine Massenträgheit. Die Kräfte, welche auf die Nadelmaschine 1 und insbesondere den Maschinenrahmen 2 einwirken, werden in der Regel größer und die Nadelmaschine gerät stärker in Schwingung. In Folge steigt der Maschinenvibrationsmesswert M an, dessen zeitlicher Verlauf (Kurve M in 4) somit die Entwicklung und den aktuellen Zustand des IST-Zustandes des Nadelbretts 3 abbildet.
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Um die mit Hilfe des Schwingungssensors 10 wie vorstehend dargelegt ermittelbaren Maschinenvibrationsmesswerte M für eine zustandsorientierte Instandhaltung nutzen zu können, müssen Vergleichswerte, bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Grenzwert V, ermittelt und zur Verfügung gestellt werden. Zweckmäßigerweise ist einem solchen zulässigen Grenzwert V auch noch ein Warnwert V1 zugeordnet, welche in der 2 als gestrichelte oder strichpunktierte Linie eingezeichnet sind.
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Zur Ermittlung des Grenzwertes V werden zunächst über einen definierten Zeitraum die aus den Maschinenvibrationswerten wie vorstehend dargelegt gemittelten Maschinenvibrationsmesswerte M ermittelt und wie in 4 durch die Kurve M dargestellt aufzeichnet. Während dieses definierten Zeitraumes werden auf übliche Art und Weise dann, wenn es angesichts subjektiver empirischer Erfahrungswerte oder anhand vorgegebener Werte, die jeweils mit einem unzulässig hohen Vibrations- und/oder Lautstärkewert der Nadelmaschine 1 oder des Maschinenrahmens 2 korrelieren, subjektiv notwendig ist, auf übliche Art und Weise jeweils Nadelbalken- oder Nadelbrettwechsel vorgenommen. Hierbei werden allerdings die einem jeweiligen Nadelbalken- oder Nadelbrettwechsel zugeordneten Werte des jeweiligen Maschinenvibrationsmesswertes M erfasst und festgehalten. Aus diesen Maschinenvibrationsmesswerten M, denen jeweils ein Nadelbalken oder Nadelbrettwechsel während des definierten Zeitraumes zugeordnet ist, wird dann ein Mittelwert S arithmetisch berechnet. Bei diesem Mittelwert S handelt es sich dann um einen produktunabhängigen, anlagentypischen Mittelwert. Und dieser anlagentypische Mittelwert S wird dann beim Ausführungsbeispiel als Grenzwert V festgelegt und in dem Schwingungssensor 10 mit zugeordneter Auswerte- und/oder Speicher- und/oder Steuereinheit 12 hinterlegt. Anstelle des Mittelwertes S kann auch ein daraus abgeleiteter Wert als zulässiger Grenzwert V festgelegt und hinterlegt werden.
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In den nun nachfolgenden Zeiträumen ist der Schwingungssensor 10 mit zugeordneter Auswerte- und/oder Speicher- und/oder Steuereinheit 12 nunmehr in der Lage, selbsttätig jeweils „automatisch” einen vorzunehmenden Nadelbalken- oder Nadelbrettwechsel anzuzeigen und/oder die Nadelmaschine 1 anzuhalten, da ihm der Grenzwert V als Referenzwert zur Verfügung steht. In diesen nachfolgenden Zeiträumen, in welchen sich der mindestens eine Nadelbalken oder das mindestens eine Nadelbrett 3 in einem aktiven, sich oszillierend auf und ab bewegenden Schwingungsbetriebszustand befindet, werden mittels des Schwingungssensors 10 mit zugeordneter Auswerte- und/oder Speicher- und/oder Steuereinheit 12 wiederum über eine definierte Zeitspanne aus gemessenen Echtzeitwerten gemittelte Maschinenvibrationsmesswerte M ermittelt und mit dem festgelegten und hinterlegten zulässigen Grenzwert V verglichen. Bei Erreichen oder Überschreiten des zulässigen Grenzwertes V oder eines diesem zugeordneten Toleranzbereiches durch einen Maschinenvibrationsmesswert M wird dann unmittelbar von dem Schwingungssensor 10 mit zugeordneter Auswerte- und/oder Speicher- und/oder Steuereinheit 12 ein vorzunehmender Nadelbalken- oder Nadelbrettwechsel angezeigt und/oder wird die Nadelmaschine 1 angehalten. Dies bedeutet, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nun eine zustandsorientierte Instandhaltung der Nadelmaschine 1 insbesondere mit Bezug zu dem mindestens einen Nadelbrett 3 und den dadurch ausgelösten Vibrationen möglich ist. Durch den ermittelten Grenzwert V ist der Zeitpunkt für einen durchzuführenden Nadelbalken- oder Nadelbrettwechsel objektiviert und nicht mehr von subjektiven Erfahrungswerten bzw. subjektiven Maßnahmen eines Maschinenbedieners oder Maschinenführers abhängig.
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Der Grenzwert V wird zweckmäßigerweise als arithmetischer Mittelwert zuzüglich der Standardabweichung eines/des Einzelmaschinenvibrationsmesswertes M errechnet und festgelegt.
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Um zu vermeiden, dass die Nadelmaschine 1 unvermittelt in den durch den Grenzwert V bestimmten Abschaltbereich oder Nadelbalken- oder Nadelbrettwechselbereich gelangt, ist dem Grenzwert V ein Warnwert V1 zugeordnet, der bereits eine Annäherung an den Grenzwert V signalisiert. Der Warnwert V1 wird aus dem arithmetischen Mittelwert +/– der Standardabweichung eines/des Einzelmaschinenvibrationsmesswertes M errechnet und festgelegt.
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Vorzugsweise wird der zulässige Grenzwert V als Mittelwert S unabhängig von den während des der Mittelung zugrunde liegenden definierten Zeitraumes bearbeiteten und/oder hergestellten Produkten als anlagentypischer Mittelwert S ermittelt. Es ist aber durchaus möglich, diesem Mittelwert S zur Festlegung des Grenzwertes V einen von den zu verarbeitenden Produkten oder den hergestellten Produkten und damit von den jeweiligen Einstichtiefen und Einstichdichten des mindestens einen Nadelbrettes 3 sowie der Hubzahl des Nadelbrettes 3 und der Anlagengeschwindigkeit, mit welcher die zu nadelnde Faserbahn 8 durch die Nadelmaschine 1 bewegt wird, abhängigen Toleranzbereich zuzuordnen, der dann in Summe mit dem Mittelwert S den Grenzwert V festlegt. In gleicher Weise kann auch der Warnwert V1 in Abhängigkeit von den mit der Nadelmaschine 1 zu verarbeitenden oder herzustellenden Produkten aus dem Mittelwert S zuzüglich eines produktspezifischen Toleranzbereiches ermittelt und festgelegt werden.
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Der Warnwert V1 kann zudem je nach Wunsch und Auswahl in Anhängigkeit vom aktuellen Produktionsprogramm der Nadelmaschine 1 sowie in Abhängigkeit vom Nadelbretthub bzw. von der Hubfrequenz der Nadelmaschine 1 festgelegt werden, wobei die Hubfrequenz der Nadelmaschine 1 die Frequenz des Nadelbretts 3 ist, mit der das Nadelbrett 3 im Wege seiner Auf-und-Ab-Bewegung in die Faserbahn 8 einsticht. Ferner kann der Warnwert V1 In Abhängigkeit von der jeweiligen Faserbahn 8, insbesondere vom Material der Faserbahn 8, der Einstichdichte der Nadeln 15 des Nadelbretts 3, der Bahngeschwindigkeit der Faserbahn 8, der Bahnbreite der Faserbahn 8 und/oder der Einstichtiefe des Nadelbretts 3, festgelegt werden. Typische Werte, mit welchen die Nadelmaschine 1 betrieben wird sind eine Hubzahl oder Hubfrequenz des Nadelbrettes 3 von 1.400–1.600 Hübe/min, eine Einstichtiefe von 12–14 mm und/oder eine Einstichdichte von 90–110 Einstiche/cm2, mit welchen die Nadeln 15 in die vorgelegte Faserbahn 8 einstechen, sowie eine Anlagengeschwindigkeit von 6–8 mm/min, mit welcher die Faserbahn 8 unter dem Niederhalter 6 an dem mindestens einen Nadelbrett 3 vorbeibewegt wird, und eine Warenbreite der Faserbahn 8 von 1.800–2.200 mm.
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Liegen Maschinenvibrationsmesswerte M unterhalb des Warnwertes V1, so wird davon ausgegangen, dass sich das Nadelbrett 3 in einem ordnungsgemäßen Zustand befindet und dass eine Instandhaltungsmaßnahme nicht erforderlich ist.
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Überschreitet ein Maschinenvibrationsmesswert M den Warnwert V1, so liegen stärkere Vibrationen vor. In diesem Fall wird davon ausgegangen, dass sich das Nadelbrett 3 in einem schlechten Zustand befindet, beispielsweise verschmutzt ist. Eine Instandhaltungsmaßnahme ist nicht unmittelbar notwendig, die Nadelmaschine 1 und ihr Zustand sollte aber im Auge behalten werden. Die Nadelmaschine 1 wird aber zunächst ohne Schaden zu nehmen weiterproduzieren. Bei einem nächsten planmäßigen Stillstand der Nadelmaschine 1, beispielsweise bei einer Umrüstung auf ein anderes Produkt, kann dann eine Instandhaltungsmaßnahme, insbesondere ein Nadelbrettwechsel, vorgenommen werden.
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Stellen sich an der Nadelmaschine 1 noch stärkere Vibrationen vor, so überschreitet dann ein Maschinenvibrationsmesswert M irgendwann den Grenzwert V. Wird diese kritische Schwelle V überschritten, ist eine Instandhaltungsmaßnahme, insbesondere ein Nadelbrettwechsel, unmittelbar notwendig. Ferner kann vorgesehen sein, dass bereits bei einem Annähern an die durch den Grenzwert V definierte kritische Schwelle eine Instandhaltungsmaßnahme als notwendig angezeigt wird. Dies kann beispielweise der Fall sein, wenn ein Maschinenvibrationsmesswert M 95% des Grenzwertes V erreicht.
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Bei ansteigender Messwertkurve M gemäß 4 kann ferner die Steigung der Kurve M ermittelt und daraus eine Prognose abgeleitet werden, zu welchem Zeitpunkt ein Maschinenvibrationsmesswert M voraussichtlich den Grenzwert V erreicht und/oder überschritten haben wird. Auf diese Weise kann der Zeitpunkt einer notwendigen Instandhaltungsmaßnahme vorausschauend ermittelt werden.
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Die Auswerte- und/oder Speicher- und/oder Steuereinheit 12 umfasst weiterhin eine Anzeigevorrichtung 13 oder steht mit einer solchen leitungsmäßig in Verbindung. Die Anzeigevorrichtung 13 kann beispielsweise durch eine CPU der elektronischen Steuerung der Auswerte- und/oder Speicher- und/oder Steuereinheit 12 angesteuert werden. Die Anzeigevorrichtung 13 zeigt an, wenn der Grenzwert V erreicht ist und/oder wenn eine Instandhaltungsmaßnahme notwendigerweise durchzuführen ist.
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Die Anzeigevorrichtung 13 kann beispielsweise als mehrfarbige, mindestens die Farben gelb und rot als Leuchtfelder umfassende Signalleuchte ausgebildet sein. Vorzugsweise handelt es sich um eine dreifarbige Signalleuchte, welche die Farben grün, gelb und rot als Leuchtfelder aufweist. Eine solche Signalleuchte kann einem Maschinenführer eine notwendige Instandhaltungsmaßnahme beispielsweise durch Aufleuchten des roten Leuchtfeldes signalisieren. Dieser kann dann selbstständig in den Produktionsprozess eingreifen. Eine solche Signalleuchte stellt dem Maschinenführer die für eine zustandsorientierte Instandhaltung wesentlich notwendige Informationen zur Verfügung ohne ihn mit unnötig vielen Daten zu überfordern. Die Signalleuchte kann unmittelbar an der Nadelmaschine 1 befestigt sein oder an anderen Positionen im Raum, wo diese für den Maschinenführer gut zu sehen ist. Den verschiedenen Anzeigefarben kommen dabei dann in der Regel unterschiedliche Bedeutungen zu. Grün bedeutet beispielsweise, dass sich das Nadelbrett 3 in einem ordnungsgemäßen Zustand befindet und die Maschinenvibrationsmesswerte M unterhalb des Warnwertes V1 liegen. Eine Instandhaltungsmaßnahme wie beispielsweise ein Nadelbrettwechsel ist nicht notwendig. Gelb bedeutet beispielsweise, dass sich das Nadelbrett 3 in einem schlechten Zustand befindet und ein Maschinenvibrationsmesswert M oberhalb des Warnwertes V1 liegt. Die Nadelmaschine 1 kann zunächst ohne Schaden zu nehmen weiterproduzieren. Eine Instandhaltungsmaßnahme, insbesondere ein Nadelbrettwechsel ist nicht unmittelbar notwendig, sollte aber für den nächsten planmäßigen Stillstand der Nadelmaschine 1 vorgesehen werden. Ein solcher planmäßiger Stillstand kann beispielsweise bei Umstellung des Produktionsprogramms, bei Schichtende/Schichtwechsel oder ähnlichem vorliegen. Rot bedeutet beispielsweise, dass sich das Nadelbrett 3 in einem kritischen Zustand befindet und sich ein Maschinenvibrationsmesswert M oberhalb des Grenzwertes V befindet. Die Nadelmaschine 1 kann nicht ohne Schaden zu nehmen weiterproduzieren. Eine Instandhaltungsmaßnahme, insbesondere ein Nadelbrettwechsel, ist unmittelbar durchzuführen. Ggf. hält die Auswerte- und/oder Speicher- und/oder Steuereinheit 12 die Nadelmaschine 1 aber auch sofort selbständig (automatisch) an und schaltet sie sofort oder zeitverzögert selbständig (automatisch) ab.
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Ferner kann die Auswerte- und/oder Speicher- und/oder Steuereinheit 12 mit einem Computer 14 oder zumindest einer CPU oder einem Microprozessor oder Microcontroller verbunden. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Computer 14 um ein Mobilgerät. Ein solches Mobilgerät kann insbesondere ein tragbarer Computer, beispielsweise ein Notebook oder ein Tablet-Computer, oder ein Mobiltelefon mit Computerfunktionalität, wie beispielsweise ein Smartphone, sein. Der Computer 14 weist ein Computerprogramm auf, das die Anzeige der notwendigen Instandhaltungsmaßnahme der Nadelmaschine 1 und/oder ein Aufleuchten der Signalleuchte und/oder die Veranlassung sonstiger durchzuführender Vorgänge, insbesondere ein Anhalten der Nadelmaschine 1, auslöst.
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Mit der vorstehend beschriebenen Nadelmaschine 1 und dem vorstehend beschriebenen Verfahren lässt sich vorzugsweise eine zustandsorientierte Instandhaltung von Nadelmaschinen durchführen, mit welchen genadelte Faserbahnen bei der Produktion von Vliesstoffen oder ähnlichen Produkte hergestellt werden.
