Bei Inspektionen kommen viele Messmethoden zum Einsatz - auf unserem Symbolbild ist es die Messung mit Ultraschall. Aber nutzen Sie auch die passende? Unser Experte weiß Rat.

Bei Inspektionen kommen viele Messmethoden zum Einsatz - auf unserem Symbolbild ist es die Messung mit Ultraschall. Aber nutzen Sie auch die passende? Unser Experte weiß Rat. - Bild: stock.adobe.com/sakarin14

| von Hans Jörg Maurer

Instandhaltung ohne Inspektion ist wie eine Minestrone ohne Einlage. Dünn und wenig gehaltvoll, eigentlich gar keine Instandhaltung, sondern reine Nahrungsaufnahme in Form von Schadensmeldungen. So stehen wir Schäden an Maschinen gegenüber, wenn wir nicht wissen was los ist. Doch welche Inspektionstechnik hat die informativen Zutaten, die wir benötigen.

Streng physikalisch betrachtet gilt es für jede Art von Schadensbild ein eigenes Verfahren zur Entdeckung zu verwenden. Da sich aber viele Schadensbilder in ihrer grundlegenden Struktur gleichen, kommen dann doch wieder die gleichen Inspektionsverfahren zum Einsatz. In diesem Artikel erfahren Sie mehr über die Grenzen von Thermografie, Schwingungsmessung und Ultraschall und wie man sie überwindet. Es kann sein, dass sie ihre Inspektionsstrategie etwas überdenken müssen. Schließlich wollen Sie ja keine Karotten mit Paprika vergleichen, oder?

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- Messmethoden
- Thermografie
- Ultraschall
- Weitere Methoden für E-Anlagen
- Schwingungsmessung
- KI als Hilfe?
- Andere Ausfallfaktoren

Messmethoden für Signale

Es gibt viele Technologien zur Messung von Signalen, welche zur vorbeugenden Instandhaltung genutzt werden können. In diesem Artikel beschränken wir uns einmal auf die etablierten 3 + 1. Das wären die Thermografie, Ultraschallmessung, Schwingungsmessung und die Öldiagnose.

Diese Faktoren haben Einfluss auf die Lebensdauer eines Bauteils oder einer Maschin
Diese Faktoren haben Einfluss auf die Lebensdauer eines Bauteils oder einer Maschine. - Grafik: Maurer

Letztere ist nicht im Fokus da sich überwiegend nur die Erfassung im eigenen Betrieb abspielt, die Auswertung erfolgt meist in einem externen Labor. Es gibt auch in den anderen Bereichen Konzepte und Lösungen, die eine Teilung der Aufgaben zulässt, doch sind diese erst am Anfang ihrer Karriere und ich werde in einem späteren Artikel darauf eingehen.

Thermografie: Kriterium Temperatur

Betrachten wir zunächst einmal die wichtigsten Merkmale der jeweiligen Inspektionstechnologie. In der Thermografie ist die gemessene Größe die Temperatur. Sie ist zum Beispiel bei einer Elektrothermografie ein Produkt aus der zugrunde liegenden Last, welche wir als Strom messen und einem mehr oder weniger guten Übergangswiderstand an einer elektrischen Verbindung. Sei es eine Klemmstelle, ein Schaltkontakt in einem Schütz oder das Kabel in dem der Strom fließt. In allen Fällen ist der (vorhandene oder fehlende) Stromfluss der entscheidende Faktor um eine Schädigung überhaupt wahrnehmen zu können.

Es genügt bereits wenig Strom, um eine Erwärmung an einem defekten Übergangskontakt festzustellen, sofern er ebenfalls in einer dem Strom angemessenen Größe liegt. Und hier beginnt die Problematik. Ist das Verhältnis zwischen Kontaktfläche und Strom zu groß, ist keine vernünftige Aussage mehr möglich. Zu sehr spielen dann die Fremdeinflüsse wie Reflexion oder Umgebungstemperatur eine Rolle. Aber bereits das Wissen über die Störmöglichkeiten erlaubt uns bereits hier korrigierend in den Messablauf einzugreifen

Bilderstrecke: Wenn coole Thermografen heiße Bilder schießen

Ultraschall - Ionen und Spannungsdifferenz

Bleiben wir im elektrischen Bereich und suchen uns eine weitere Technologie zur Erfassung von Störgrößen. Naheliegend ist hier die Ultraschallmessung. Auch, weil sie unser voriges Beispiel sehr gut ergänzt und wir dadurch schon die erste Komplemtärfunktion haben.

Ultraschall entsteht unter anderem, wenn die Luft ionisiert wird. Dies passiert beispielsweise bei einem Lichtbogen oder bei Kriechströmen, Coronaerscheinungen bleiben erstmal außen vor. Die Temperaturentwicklung ist nicht deutlich genug und auch nicht remanent. Der Strom ist nicht der entscheidende Faktor, es ist die Spannungsdifferenz zwischen dem Medium mit Ladungsträgern (Kabel) und der Erde oder im Fall von Lichtbögen der Kontakt gegenüber und was dazwischen ist (Verschmutzungen, Ablagerungen und so weiter).

Dadurch lassen sich Isolatoren und Kontakte, aber auch viel im elektronischen Bereich messen. Da sich der Schall wie auch der Ultraschall an Oberflächen reflektiert als auch bricht, muss der Messtechniker sehr genau auf die Richtung des Signals achten und ggf. mit Abdeckungen und verschiedenen Messaufbauten der Quelle näherkommen. Das ist zweifelsohne etwas Mehraufwand gegenüber der Thermografie, aber dafür bekommt man auch Aussagen, zu denen die Thermografie keine Daten liefert.

Weitere Messmethoden für elektrische Anlagen

Somit wären wir bei den elektrischen Anlagen schon fast am Ende was die hippen Messtechniken betrifft. Es darf natürlich kein Hinweis auf die klassischen Prüfungen mittels Stromzange, Voltmeter, Netzanalyse und einem Ohmmeter fehlen. Zumindest die Strommessung sollte in jedem Fall bei der Thermografie als Bezuggröße mit erfasst werden. Dadurch werden Vergleiche bei späteren Messungen als Hochrechnungen und Trendanalysen möglich.

Bei der Ultraschallmessung hat sich ein Bezug auf die Leistung des beobachteten Objektes ebenfalls als hilfreich erwiesen. So ist an Hochspannungsanlagen durchaus der Strom mit von Interesse, bei anderen "Black Boxes" wie einem Umrichter ist auch die geregelte Leistung, sprich die Ausgangsfrequenz von Interesse. In jedem Fall lohnt es sich das Signal genauer zu betrachten und sich nicht auf die angezeigten dB-Werte zu verlassen. Diese sind oft durch Fremdeinwirkungen stark beeinträchtigt.

Schwingungsmessung als Hilfe

Auch die Schwingungsmessung kann uns im elektrischen Bereich zahlreiche Informationen liefern. So wird ein elektrischer Fehler in den Windungen oder ein Bruch eines Stabes im Stator in der FFT Analyse sichtbar. Notwendiges Fach- und Sachwissen vorausgesetzt.

Letzteres kann sich zu einem Problem entwickeln, wenn der Antrieb kein Standard ist oder vom Hersteller in den technischen Unterlagen nicht auf konstruktive Merkmale hingewiesen wird. Aber auch das wird der erfahrene Messtechniker umschiffen und sich anhand von mehr oder weniger eindeutigen Signaturen und komplimentären Messungen ein Bild über die Situation machen

Video: FFT Analyse der Schwingungen an einem Elektromotor

Video über eine FFT Analyse an einem Elektromotor mit Lagerschaden. Inhalt: DerNormio

KI als Hilfe bei Messungen

Dieses Gesamtbild ist letztendlich entscheidend, ob und welche Maßnahmen ergriffen werden müssen. Es wird in letzter Zeit viel über künstliche Intelligenz und automatisierter Datenerfassung berichtet und geforscht. Das ist zweifelsohne ein großes und interessantes Gebiet. Zu hinterfragen ist in jedem Fall ob und welche Mängel sich damit erfolgreich erkennen lassen. Dies dürfte zunächst nicht die klassischen Methoden ersetzen, ist es doch das obengenannte Einschätzen der Gesamtsituation, welches doch mitunter ein Bauchgefühl als Ergänzung einem technischen Zahlenwert erfordert.

Zumindest der erfahrene Instandhalter wird sich lieber in seiner Aussage bestätigt fühlen als eine Aussage einer mehr oder weniger künstlichen Intelligenz. Ein Durchbruch ist in den nächsten Jahren zu erwarten, zumindest für standardisierte Anlagen oder Anlagen die in hoher Stückzahl gebaut und automatisch vermessen werden. Langfristig befürchte ich aber, dass die Aussage dahin läuft, ein bestimmtes Teil wie eh und je nach einer bestimmten Laufzeit, so wie es der Instandhalter bisher erledigt hat, vorsorglich zu tauschen. Trau! Schau! Wem?

Weitere Gründe für einen Ausfall

Die Aussage, wann ein Teil ausfällt ist von vielen weichen Faktoren abhängig, die messtechnisch nicht alle erfasst werden (können). Je näher der Ausfall kommt, desto höher wird beispielsweise ein Gesamtpegel an einem Motor. Doch welcher Bestandteil des Signals jetzt das betriebstechnische Ende besiegelt, ist meist nicht bekannt. Es kann auch von Außen kommen und die empirische Erfahrung, welche sich von Anlage zu Anlage unterscheiden kann, lässt uns handeln.

Es gibt zwar Normen, welche uns zulässige Temperaturen, Schwingwerte und so weiter an die Hand geben aber eine Vielzahl der Antriebe läuft auch noch bei massiven Überschreitungen derselben. Die Frage ist, wie  erwähnt, welche Folgen hat es, wenn wir die Anlage hinter diesem Grenzwerthorizont betreiben. Allein diese Tatsache mahnt uns zur Vorsicht und wir sollten alles darauf setzen mit den Anlagen im grünen Bereich zu bleiben.

Als Fazit lässt sich zusammenfassen, dass das regelmäßige Messen mit unterschiedlichen Technologien, einen deutlichen Wissensvorsprung schafft. Diesen Vorsprung gilt es wahrzunehmen, und zwar über die Grenzen der jeweiligen Inspektionstechnik hinaus. Lesen Sie im nächsten Artikel wie Thermografie und Ultraschallmessungen Fehler in einer Energieversorgung eingrenzen und Maßnahmen gezielt eingesetzt werden können.

Über den Autor

Hans Jörg Maurer ist seit über einem viertel Jahrhundert in der technischen Diagnostik tätig. Seit knapp 25 Jahren führt er Inspektionen, Bewertungen und Gutachten an verschiedensten Anlagen durch und unterstützt seine Kunden im Aufbau einer zustandsabhängigen Instandhaltung. Anfangs nur mit der Infrarotkamera und der Stromzange am Weg, hat er das Portfolio mit Ultraschall, Schwingungsmessung und anderen Technologien erweitert, um Zusammenhänge zu erkennen und zu deuten. Seit 15 Jahren bietet er auch Seminare und Workshops an. Sie erreichen ihn per Mail unter hjm@pmeonline.net, Telefon: +49 175 5282919 oder besuchen Sie die Webseite www.pmeonline.net für weitere Informationen.

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