Precision Maintenance: FLAB steigert Profitabilität

Precision Maintenance ist die wichtigste Art der Instandhaltung, wenn die mechanische Anlagenzuverlässigkeit schnell und signifikant erhöht werden soll. Dies bedeutet mit Blick auf rotierende Anlagenteile, dass Energie in gewollte Bewegungen umgewandelt und nicht zur Ursache ungewollter Vibrationen aufgrund fehlerhafter oder ungenügender Befestigungen, falscher Equipment-Ausrichtung oder Auswuchtungen wird.

Dabei muss sichergestellt werden, dass mechanische Systeme mit den richtigen Ölen, in der notwendigen Menge und Reinheit versehen werden. Zudem müssen die zu bewegenden Teile richtig ausgewuchtet und die gesamte Anlage ausreichend befestigt sein.

Dieser Precision Maintenance Fokus ergibt zusammengenommen eine Methode, die Maximilian Tan von der internationalen Managementberatung T.A. Cook als FLAB bezeichnet. FLAB, ein Akronym, steht für Fastening, Lubrication, Alignment und Balance.

Die Anwendung dieser Methode führt seiner Meinung nach zu einer signifikant erhöhten Zuverlässigkeit und Effizienz der Anlage, die einerseits Unternehmen messbare Kosteneinsparungen garantiert, andererseits ein Wegbereiter für eine durchgängige Digitalisierung der Anlagenüberwachung und der Instandhaltungsprozesse ist.

Bei Precision Maintenance von rotierenden Anlagenkomponenten handelt es sich um die Beseitigung ungewollter Reibungen an bewegenden Anlagenteilen, was den Verschleiß dieser Anlagenteile deutlich reduziert – wenn nicht sogar eliminiert - und daher die Produktivität aufgrund eliminierter ungeplanter Stillstände auf das theoretische Maximum erhöht wird.

Notwendige Verbesserungen werden vor allem in den Lagern rotierender Anlagenteile geschaffen, die durch einen Schmierfilm von weniger als fünf Mikrometern vom statischen Lagergehäuse getrennt sind. Fünf Mikrometer, das ist ein Zwanzigstel eines menschlichen Haares. Auf diesem hauchdünnen Schmierfilm bewegen sich Anlagenteile von mehreren Tonnen Gewicht - ohne, dass die Oberflächen der statischen und bewegenden Teile sich abnutzen.

Der Hauptfeind dieser dünnen Schmierschicht sind Vibrationen, der chemische Abbau von Öl, sowie Kontamination mit Schmutzpartikeln oder Wasser, die Schmierstoffe zerstören. Durch diese Eingriffe kann der Schutzfilm seiner Funktion nicht mehr gerecht werden, wodurch ein direkter und aufgrund wirkender Kräfte aggressiver Kontakt zwischen den Lagerelementen und dem Lagergehäuse entsteht.

Die vier Elemente des FLAB

Precision Maintenance oder FLAB kann dem entgegenwirken und es ermöglichen, durch angemessene Instandhaltungsmaßnahmen den Lebenszyklus sich bewegender Anlagenteile zu verlängern. Im Detail stehen die vier Element des FLAB für:

• F – Fastening (Befestigung): Die Nutzung der richtigen Befestigungsmittel und die Anwendung des notwendigen Drehmomentes ermöglichen, dass sich bewegende Maschinen- und Anlagenteile Bewegungsenergie nicht in ungewollte Eigenbewegungen oder Eigenvibrationen umwandeln. Insbesondere zu beachten sind Gewinde- und Schweißverbindungen. Neben der Vermeidung von ungewollten Bewegungen, können auch der Großteil ungewollter Energieaustritte, wie sie beispielsweise bei Gas-, Dampf- und Flüssigkeitslecks auftreten, durch die richtige Auswahl und Installation von Befestigungs- oder Verbindungselementen verhindert werden.
• L – Lubrication (Ölung / Schmierung): Die richtige Auswahl, die korrekte Anwendung und zu gewährleisten, dass das genutzte Öl/Schmiermittel stets den chemischen und reinlichen Anforderungen eines Schmiermittels entspricht, stellt sicher, dass der mikroskopisch dünne Film die verschiedenen sich bewegenden Komponenten von statischen Lagern trennt und somit keine Oberflächen-Abrasion erlaubt. Daher erhalten „gut geölte Maschinen“ deren Konstruktionsfestigkeit.

• A – Alignment (Anlagenausrichtung):  Die präzise Ausrichtung von Anlagenteilen, die durch unterschiedlichste Antriebsstränge wie Wellen, Getriebe oder Riemen Kräfte übertragen, sorgt dafür, dass kinetische Energie nicht in unnötige thermische Energie, beispielsweise durch Reibungen oder Vibrationen umgewandelt wird. Mit der richtigen Ausrichtung von Anlagenteilen kann man erreichen, dass Antriebsenergie nur zweckgebunden übertragen wird und nicht verloren geht. Dadurch verringert sich die mechanische Abnutzung betroffener Anlagenteile und die chemische Abnutzung der Schmierfilme.
• B – Balance (Auswuchten): Nicht ausbalancierte, rotierender Anlagenteile sind heutzutage die Hauptursache für Vibrationen und unrund laufende Komponenten. Daher müssen rotierende Anlagenteile ausgewuchtet werden, damit sie wortwörtlich „rund laufen“. Neben dem mechanischen Ausbalancieren kann diese grundsätzliche Ausgleichsmethode auch im Elektrobereich Anwendung finden. Dabei wird sichergestellt, dass durch einen Ausgleich des Dreigestirns Strom, Spannung und Widerstand, aber auch durch einen induktiven Ausgleich insbesondere bei dreiphasigen Elektromotoren eine übermäßige Beanspruchung der Isolierungen außerhalb und in den Motoren sowie in anderen elektrischen Systemkomponenten vermieden wird. Zudem können Stromspitzen und Phasenverschiebungen verhindert werden, die Netzbetreiber überhaupt nicht gern sehen.

FLAB als Ausgangspunkt für eine digitale Zustandsüberwachung

Während diese FLAB bezogenen Zustände in den vergangenen Jahren noch manuell überwacht und durchgeführt wurden, können viele dieser Vorgänge mittlerweile durch Digitalisierungstechnik automatisiert werden. So ist es möglich, anzuwendende Drehmomente (Fastening) automatisch in einem Computerized Maintenance Management System (CMMS) zu definieren und an Drehmomentschlüssel zu senden, wodurch diese Drehmomente anschließend auch angewendet werden.

Falls dennoch Anlagenteile Vibrationen oder andere Fehlbewegungen durchführen, gibt es eine Vielzahl an Sensoren, die einerseits die Ursachen als auch die Auswirkungen in einem CMMS erfassen. Definiert man Grenzwerte und kombiniert die erfassten Werte, können automatisch vordefinierte Gegenmaßnahmen zum Beispiel in den Bereichen Produktion, Instandhaltung oder Lagerwirtschaft im CMMS / Enterprise-Resource-Planning (ERP) ausgeführt werden. Dazu gehören das automatische Generieren von Meldungen oder Arbeitsaufträgen (korrektiv/präventiv) oder das automatische Erstellen einer Bestellung.

Eine weitere Tendenz bei der Digitalisierung im Bereich des Precision Maintenance ist die automatische Erfassung von Fremdpartikeln in Ölproben durch automatische Erkennung und Erfassung. Dabei wird eine Bilderkennungssoftware eingesetzt, die am Anfang mit Beispielbildern gefüttert wird. Mit diesen Beispielbildern lernt die Software, wonach sie suchen muss, zum Beispiel nach Form und Farbe von Fremdpartikeln. Oder sie kann Algorithmen nutzen, um Kontaminate in Bildaufnahmen von Ölproben zu erkennen und zu zählen.

Zudem erkennen wir, dass CMM Systeme verstärkt mit digitalen Sensoren verbunden, erfasste Werte, zum Beispiel FLAB-bezogene Fehlermodi, binnen eines Wimpernschlages analysiert, dargestellt und mit vordefinierten Aktionen ausgewertet werden. Das Internet of Things wächst somit endlich mit den vorhandenen Maintenance/ERP-Softwaremodulen zusammen und bietet echten Mehrwert. In der Tat ist FLAB ein hervorragender Ausgangspunkt für eine digitale Zustandsüberwachung von Anlagen, da Überwachungs-Parameter relativ einfach und klar definierbar sind und Verhaltensweisen der Anlagen und Warnstufen (Tresholds) bereits bekannt sowie Erfahrungen in der Anlagenüberwachung / Inspektion vorhanden sind.

Messbare Kosteneinsparungen durch Precision Maintenance

Precision Maintenance bietet viele Vorteile, die sich laut Maximilian Tan klar quantifizieren lassen. Der größte Nutzen einer auf Precision Maintenance fokussierten Organisation, ist der zusätzliche Produktumsatz, welcher die Kosten einer FLAB-Implementierung um ein Vielfaches aufwiegt. Hier können häufig Durchsatzerhöhungen von mehr als fünf Prozent erzielt werden.

Zudem werden Reparaturkosten um fünf bis 15 Prozent reduziert, da sich die Lebensdauer sich bewegender Anlagenteile signifikant verlängern kann. Diese Verbesserungen können relativ einfach und zügig realisiert werden. Zusammenfassend kann man sagen, dass ein geringerer mechanischer Verschleiß kombiniert mit weiteren proaktiveren Instandhaltungs-Maßnahmen zu weniger ungeplanten Stillständen führt und somit den Produktdurchsatz erhöht. "Kurz gesagt, Maschinen, die ruhiger, kühler, und leiser laufen, verschleißen weniger Komponenten, wodurch weniger korrigierende Maßnahmen durchgeführt werden müssen", sagt Maximilian Tan.

Ein weiterer Nebeneffekt ist die Einsparung von Ersatzteilkosten um bis zu 15 Prozent, ganz zu schweigen von den Kopfschmerzen der Meister, die ad-hoc die richtigen Ersatzteile von Zulieferern bekommen müssen.

Da die meisten rotierenden Komponenten aufgrund von Verschleiß weit vor dem OEM garantierten Ende ihrer Lebensdauer ersetzt werden müssen, kann durch Precision Maintenance die Anlagenzuverlässigkeit wiederhergestellt werden. Dies reduziert sowohl Betriebs- als auch Kapitalausgaben.

Laufen die Anlagen ohne ungewünschte Reibung und in Temperaturbereichen ideal für die eingesetzten Schmiermittel, können die Anlagen effizienter und mit geringeren Energiekosten betrieben werden – hier sind Einsparungen von zwei bis fünf Prozent möglich. Geringerer Energieverbrauch bedeutet auch weniger Emissionen. Obwohl es sich hierbei nicht um Fixkosten handelt, sind reduzierte Emissionen ein zunehmend wichtiges Argument für viele Unternehmen.

Maximilian Tan und sein Team haben gezeigt, dass durch präzise Planung und Ausführung von Arbeiten auf Präzisions-Ebene auch in energieintensiven Unternehmen sowohl der Umsatz signifikant erhöht als auch Kosten reduziert werden können. Dafür sind keine großen Investitionen in neue Geräte, Analysen oder Betriebsmodelle erforderlich, sondern es bedarf nur einer genaueren Beachtung mechanischer und elektrischer Grundlagen.