Condition Monitoring

Was muss ich wissen?

Regelmäßige Ausrichtungskontrolle ist Grundlage für energieeffizienten Betrieb. Bei der Entscheidung, welche Parameter zu erfassen sind, hilft die FMEA – oder die Erfahrung eines Dienstleisters.

prueftechnik

Ausrichten: Regelmäßige Überprüfung und Korrektur der Antriebsstränge senkt den Verschleiß und den Energieverbrauch. Laseroptische Geräte sind dabei heute der Stand der Technik.

Die derzeitige angespannte wirtschaftliche Situation zwingt das Management von Industrieunternehmen zu mehr Kostenbewusstsein. In Einkauf und Produktion sind die Einsparpotenziale schon seit geraumer Zeit ausgereizt, damit rückt jetzt wieder verstärkt die oft als ‚Kostenverursacher’ betrachtete Instandhaltung in den Fokus. Sie soll jetzt mit höherer Zuverlässigkeit ungeplante Stillstände vermeiden – natürlich ohne den teuren planmäßigen Austausch voll funktionsfähiger Komponenten mit langer Restlebensdauer. Und dann sollte sie möglichst auch noch dafür sorgen, dass alle Anlagen mit möglichst geringem Energieverbrauch betrieben werden.

Um diese Anforderungen erfüllen zu können, muss die Instandhaltung stets einen umfassenden und aktuellen Überblick über den Anlagenzustand haben. Ausgangspunkt dafür ist eine konsequente Maschinenzustandsüberwachung – zu der in vielen Fällen auch die Kontrolle des Ausrichtzustandes von Kraftübertragungssträngen gehört. Dieser Aspekt ist zudem besonders wichtig für die Energieeffizienz des Anlagenbetriebes. Das zeigte bereits vor fast 20 Jahren eine Studie zum Thema Fehlausrichtung und Energieverbrauch an elektrisch angetriebenen Prozesspumpen in der britischen Chemieindustrie. Die Firma ICI in Runcorn/ UK) führte dazu einen Feldversuch mit etwa 100 Aggregaten über einen Zeitraum von mehr als einem Jahr durch. Im Ergebnis wurde klar, dass der Energieverbrauch mit wachsender Fehlausrichtung fast exponentiell ansteigt.

Der Mechanismus, der bei Fehlausrichtungen nicht nur Energieverluste, sondern auch Schäden verursacht, ist weitgehend erforscht: Es kommt zu verstärkten Lagerlasten und Abnutzung von Wellendichtringen. Zudem steigt die Temperatur der Kupplung, was dann zu Materialdehnung führt und den Ausrichtzustand weiter verschlechtert. Stand der Technik für die Ausrichtungskontrolle ist inzwischen nicht mehr die Messuhr, sondern der Laserstrahl. So hat Prüftechnik bereits vor 25 Jahren mit dem System Optalign den industriellen Standard gesetzt, einem laseroptischen Wellenausrichtsystem zur Ermittlung von Wellenversatz und Winkelfehlern.

Prüftechnik entwickelte das erste laseroptische Ausrichtsystem

Entsprechend den eingegebenen geometrischen Daten der Maschine bestimmt Optalign dann Korrekturwerte pro Maschine oder Maschinenfuß. Die von Prüftechnik empfohlenen Grenzwerte für die erlaubte Fehlausrichtung wurden von vielen Firmen als Richtwerte übernommen.

Laserausrichtprogramme können mit verschiedenen Schwerpunkten und in unterschiedlichem Umfang implementiert werden. Das Minimum ist die Ausrichtung von neu aufgestellten Maschinenzügen. Regelmäßige Ausrichtkontrolle bietet Vorteile, allerdings kann sie nur bei stehender Maschine durchgeführt werden. Eine gute Ergänzung dazu bietet deshalb die Schwingungsanalyse, die bei laufender Maschine erfolgen kann. Zudem liefern Schwingungsanalysen ebenfalls Hinweise auf Fehlausrichtungen.

In Zeiten knapper Budgets ist es sehr wichtig, die richtigen Methoden der Maschinenzustandsüberwachung zu wählen. Was heißt das konkret für den bestehenden Maschinenpark und auch für Neuanschaffungen in der Zukunft?

Am Anfang sollte eine Situationsanalyse stehen, die sowohl die Wichtigkeit der Maschinen und Anlagen im Produktionsprozess als auch die Ausfallshäufigkeiten einbezieht. Als Grundlage dazu empfiehlt sich eine Fehler-Möglichkeiten-Einfluss- Analyse, Failure Mode and Effects Analysis (FMEA). Ihr Vorteil besteht in der ganzheitlichen Betrachtung, welche auch die wirtschaftlichen Auswirkungen einbezieht. FMEA bietet eine Methodik, um systematisch Maschinen und Anlagen nach unterschiedlichen Kriterien einzuteilen. Das beginnt mit der Betrachtung von Gefahren für Leib und Leben oder der Umwelt und reicht bis hin zur Einschätzung von Beeinträchtigungen des Produktionsprozesses. Auch die Verfügbarkeit von Ersatzteilen, das Vorhandensein von Backup-Aggregaten oder die Wichtigkeit für den Produktionsprozess werden in die Analyse einbezogen.

Das Vorhandensein von Backup-Aggregaten ist natürlich bereits das Ergebnis einer vorhergehenden Prozessanalyse. Diese Lösung wird für sehr wichtige Aggregate gewählt, meist aus Gründen der Produktionssicherheit. Für viele Maschinen ist das allerdings nicht möglich, etwa für Zementmühlen oder Turbinen im Kraftwerk. Außerdem lassen sich Backup- Maschinen in der Regel effektiv nur im Planungsstadium von Produktionsanlagen einordnen.

Ein Betreiber, der nach höherer Prozess- Sicherheit auf Grundlage von Anlagenüberwachung strebt, muss sich zwischen Offline-Technik mit mobilen Datensammlern und fest installierten Condition Monitoring Systemen entscheiden. In diesem Fall hilft die im Rahmen der FMEA ermittelte Ausfallrisikokennzahl ARKZ bei der Entscheidungsfindung. Liegt diese bei ‚hoch’, so empfiehlt sich die Installation einer Online-Überwachung.

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Condition Monitoring einer Rohmehlmühle: 12 kontinuierliche Drehmomentüberwachung.

Eine einzige technische Lösung wird in der Regel nicht in der Lage sein, alle Bedürfnisse bezüglich der Maschinenzustandsüberwachung zu erfüllen. Das lässt sich deutlich am Beispiel der Überwachung einer Rohmehlmühle erkennen. Allein schon für die Online-Überwachung werden verschiedene Systeme benötigt. Hinzu kämen dann eventuell noch regelmäßige Untersuchung des Schmieröls und die thermographische Inspektion von elektrischen Kontakten in den Schaltschränken. Auch die visuelle Inspektion der Anlagen hat immer noch ihre Berechtigung, um ein aussagekräftiges Bild über den Maschinenzustand zu gewinnen.

Allerdings ist auch mit der Anschaffung von Geräten und Systemen, etwa für die Schwingungs- und Lagerüberwachung, noch nicht die ganze Aufgabe gelöst. Die gewonnenen Daten müssen schließlich noch interpretiert werden, um dann daraus Instandsetzungsmaßnahmen abzuleiten. Auch hier kann die FMEA wertvolle Unterstützung bieten.

Vergleiche mit ähnlichen Anlagen erhöhen die Treffsicherheit

Mithilfe von Condition Monitoring werden die Abweichungen vom normalen Lauf- und Betriebsverhalten der Maschinen und Anlagen rechtzeitig erkannt, und es lassen sich gezielte Diagnoseaussagen zum Maschinenzustand treffen. Der Vergleich mit ähnlichen Anlagen erhöht die Diagnosesicherheit.

Deshalb ist es für einen Betreiber oft sinnvoll, mit einem spezialisierten Dienstleister zu arbeiten, der über Vergleichsdaten und viel Erfahrung bezüglich des normalen Laufverhaltens dieser Aggregate verfügt. Der Betreiber kann sich dann vor allem auf die vielen Standardaggregate konzentrieren. Das ist ein vernünftiger und kostengünstiger Ansatz für die Überwachung eines Maschinenparks.

Johann Lösl, Dr. Edwin Becker

PRÜFTECHNIK AG

Telefon 089 996160

MAIL: info@pruftechnik.com

www.pruftechnik.com

FMEA – Techniken und Kennzahlen

Die Planung und Umsetzung von FMEAMaßnahmen erfolgt in der Regel im Rahmen eines interdisziplinären Teams. Die Einschätzungen werden formalisiert mithilfe von Formblättern oder entsprechender Software wie etwa des Sharewareprogramms VDA 4.2 vorgenommen. Die FMEA-Analyse startet mit der Definition und Strukturierung des technischen Systems. Im nächsten Schritt werden dann mögliche Fehlerursachen, Fehlerarten und Fehlerfolgen aus den Funktionen der Strukturelemente abgeleitet. Dazu dient oft als Hilfsmittel ein Ursache-Wirkungs-Diagramm.

Schließlich werden den einzelnen Fehlerarten in einer Risikobeurteilung Kennzahlen zugeordnet. Dabei handelt es sich um ganzzahlige Zahlenwerte zwischen 1 und 10, die mithilfe von Bewertungskatalogen vergeben werden:

  • Gefährdungskennzahl GFKZ I Die Kennzahl dient dazu, die Gefährlichkeit eines ungeplanten Stillstandes oder einer Störung eines Aggregates für Leib und Leben von Mitarbeitern abzuschätzen.
  • Gefährdungskennzahl GFKZ II Die Kennzahl dient dazu, die Gefährlichkeit eines ungeplanten Stillstandes oder einer Störung für die Umwelt abzuschätzen.
  • Produktionsausfallkennzahl PAKZ: Die Kennzahl dient dazu, die monetären Folgen eines ungeplanten Stillstandes oder einer Störung eines Aggregates abzuschätzen.
  • Ausfallrisikokennzahl ARKZ: Die Kennzahl dient dazu, die Ausfallsgeschwindigkeit und die Ausfallshäufigkeit eines Aggregates abzuschätzen.
  • Ersatzteilverfügbarkeitskennzahl EVKZ: Kennzahl zur Einschätzung der Wiederbeschaffungszeit für wichtige Ersatzteile des Aggregates.

Aus den Werten dieser Kennzahlen lässt sich dann ableiten, welche Aggregate wie überwacht werden sollten. Wird eine der Kennzahlen GFKZ I, GFKZ II und PAKZ als hoch eingeschätzt, dann ist es in jedem Fall sinnvoll ein geeignetes Condition Monitoring anzuwenden. Ist der EVKZ-Zeitraum länger als ‚mittel’, gilt dieser Grundsatz ebenfalls.

 
 
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