Medienpaket
Von Cliff Ortmeyer, Global Head of Technical Marketing bei Farnell
Viele Branchen sind auf den kontinuierlichen Betrieb kritischer Anlagen wie Motoren und Pumpen angewiesen. Diese Anlagen müssen funktionieren, um sicherzustellen, dass die Kunden die benötigten Lebensmittel oder Wasserversorgungsdienste erhalten. Wenn diese Produkte oder Dienstleistungen nicht bereitgestellt werden, kann dies zu erheblichen finanziellen Sanktionen für die Unternehmen und sogar zu gerichtlichen Strafen führen.
Unternehmen wenden sich zunehmend Programmen zur vorausschauende Wartung die versuchen, diese Folgen zu vermeiden, indem sie unerwartete Ausfälle und damit ungeplante Ausfallzeiten ausschließen. Solche Programme überwachen den Zustand und die Leistung von Maschinen, um festzustellen, welche Modelle am ehesten und wann ausfallen. Mit diesen Informationen kann das Wartungspersonal den Maschinenzustand effektiver untersuchen, Wartungsaufgaben so planen, dass sie mit den Produktionsplänen übereinstimmen, und Reparaturen durchführen, bevor eine Maschine ausfällt.
Auf diese Weise zu arbeiten kann erhebliche Vorteile mit sich bringen, darunter :
- Wartungskosten - um 50 gesunken %
- Unerwartete Ausfälle - Reduzierung um 55 %
- Zeit für Reparaturen und Überholungen - um 60 gesunken %
- Ersatzteilbestand - Reduzierung um 30 %
- Durchschnittliche Zeit zwischen Ausfällen - um 30 gestiegen %
- Verfügbarkeit - um 30 gestiegen %
Nach dem Buch Plant Engineer's Handbook (2001) kann eine Senkung der Wartungskosten um 10 % denselben finanziellen Vorteil bringen wie eine Steigerung des Umsatzes um 40 % für eine typische Fertigungsanlage.
Vibrationsanalyse: ein lebenswichtiges Werkzeug für die vorausschauende Wartung
Eines der wichtigsten Werkzeuge, um Daten für ein Programm zur vorausschauenden Wartung zu erhalten, ist dieVibrationsanalyse. Die Messung von Vibrationen kann es Ingenieuren ermöglichen, in Echtzeit auf Änderungen des Zustands einer Komponente zu reagieren, und ermöglicht die Überwachung des Zustands aus der Ferne.
Die Art der Vibrationssensoren am gebräuchlichsten sind Beschleunigungsmesser, die in direktem Kontakt mit der zu messenden Maschine oder Komponente stehen müssen. Piezoelektrische Beschleunigungsmesser sind der am häufigsten verwendete Typ. Sie sind beliebt, weil sie bei den meisten Frequenzen ein starkes und scharfes Signal erzeugen, obwohl auch piezoresistive Beschleunigungsmesser, die Widerstandsänderungen erzeugen, immer häufiger verwendet werden.
Mikrofonsensoren sind ebenfalls beliebt. Sie können Veränderungen bei hochfrequenten Geräuschen erkennen und sind eine kostengünstige Möglichkeit, grundlegende Informationen zu erhalten. Sie werden häufig in Verbindung mit Beschleunigungsmessern verwendet.
Dehnungsmessstreifen funktionieren über ein elektrisch leitendes Gitter, das sich verformt, wenn eine Komponente vibriert. Diese Verformungen verändern den elektrischen Widerstand des Gitters und durch Ablesen der Zeit, die ein elektrischer Strom benötigt, um durch das Gitter zu fließen, kann die Vibration des Objekts bewertet werden.
Berührungslose Techniken wie Wirbelstrom und Laserverschiebung können ebenfalls verwendet werden. Da sie nicht mit dem Vermögenswert in Berührung kommen müssen, sind sie ideal für den Einsatz bei empfindlichen Vermögenswerten.
Es gibt auch fest etablierte Techniken der Schwingungsanalyse, die bei der vorausschauenden Wartung eingesetzt werden können, wie z. B. die Analyse der maximalen Beschleunigung, die Frequenzanalyse und Techniken der künstlichen Intelligenz. Einige Anbieter stellen kompakte Vibrationsanalysegeräte zur Verfügung, die Hinweise auf Vibrationsprobleme in Motoren, Hydraulikkomponenten und anderen in der Produktion eingesetzten Maschinen liefern können.
IIoT fördert die Einführung der Schwingungsanalyse
Die kontinuierliche Einführung des Industrial Internet of Things (IIoT) ist einer der Hauptgründe für die Einführung von Sensoren und Techniken zur Schwingungsanalyse. In dem Maße, in dem Fertigungsunternehmen eine werksweite Konnektivität einführen, um Daten von miteinander verbundenen Sensoren und Instrumenten auszutauschen, wird es einfacher, auf die Daten zuzugreifen, sie zu analysieren und in Programme zur vorausschauenden Wartung zu integrieren. Dies macht es einfacher denn je, Schwingungssensoren in ein Überwachungs- und Wartungsprogramm zu integrieren, und wird zweifellos zu einer größeren Auswahl und einer breiteren Akzeptanz dieser Geräte führen.
Die Kostensenkungen, die die Schwingungsanalyse mit sich bringen kann, bedeuten, dass die Nutzer von Produktionsmaschinen, insbesondere von rotierenden Geräten wie Motoren, Pumpen, Kompressoren und Turbinen, finanziell von der Einführung dieser Technologie profitieren können.
Missverständnisse über die Schwingungsanalyse
Es gibt eine Reihe von Vorurteilen und Missverständnissen über dieVibrationsanalyse und über die Notwendigkeit, sie als wichtige Säule eines Programms zur vorausschauenden Wartung einzuführen. Unter anderem finden sich :
"Unsere Maschinen vibrieren nicht, wir rechnen also nicht damit, dass sie in nächster Zeit ausfallen werden."
Alle Maschinen vibrieren, und obwohl es normal ist, dass Motoren kleine Vibrationen erzeugen, könnten starke Vibrationen oder Veränderungen im Schwingungsverhalten des Motors auf Probleme hindeuten. Die Gesamtheit der Vibrationen, denen ein Motor ausgesetzt ist, kann auf viele verschiedene Ursachen zurückzuführen sein. Zu wissen, was diese möglichen Ursachen sein können, führt zu einer besseren Diagnose des Motors.
Eine der ersten Ursachen für Vibrationen ist eine Motorunwucht, also ein Punkt, an dem sich ein unausgeglichenes Gewicht um die Maschinenachse bewegt und dadurch Vibrationen an den rotierenden Bauteilen verursacht. Diese Art von Unwucht kann durch Gussfehler, Bearbeitungsfehler oder sogar durch Wartungsprobleme wie verschmutzte Lüfterblätter verursacht werden.
Lager können eine weitere wichtige Ursache für Vibrationen sein, da lose Lager zu Vibrationen führen können, die sich auf andere Komponenten ausbreiten. Mangelnde Schmierung, schlechte Isolierung oder Verschmutzung können Lagerkomponenten schnell verschleißen, während eine Rollenbahn mit Spurrillen jedes Mal eine Bewegung erzeugen kann, wenn sich ein Lager über den beschädigten Bereich bewegt.
Zahnräder sind ebenfalls eine potenzielle Quelle von Vibrationen, wenn sie falsch ausgerichtet sind. Abgenutzte oder abgebrochene Zähne eines Zahnrads können gegeneinander stoßen und eine potenziell gefährliche Vibration verursachen.
"Wir brauchen die Vibrationsanalyse nicht: Wenn unsere Maschinen heiß laufen oder ungewöhnliche Geräusche machen, dann können wir sie untersuchen."
Zu warten, bis es leicht erkennbare Anzeichen für einen bevorstehenden Stromausfall gibt, ist eine falsche Sparsamkeit. Zu diesem Zeitpunkt könnte ein katastrophaler Ausfall innerhalb weniger Tage oder Stunden eintreten. Ein korrekt ausgeführtes Programm zur Schwingungsanalyse hingegen könnte einen möglichen Ausfall schon Monate vor seinem Eintreten erkennen.
Abbildung 1 zeigt die erkennbaren Hinweise auf Ausfälle bei einer Komponente und die Zeitskalen, in denen diese Anzeichen sichtbar werden. Leicht erkennbare Indikatoren wie Lärm und übermäßige Hitze, die von Menschen erkannt werden können, sind Anzeichen für einen bevorstehenden Ausfall. In dem Moment, in dem sie erkannt werden, ist es jedoch manchmal zu spät, um einzugreifen, und Produktionsunterbrechungen oder katastrophale Schäden sind reale Möglichkeiten.
Veränderungen im Schwingungsprofil eines Bauteils oder einer Maschine können dagegen schon Monate vor einem Ausfall erkannt werden.
Viele Fabrikwartungsdienste arbeiten nach einer Philosophie, die eine Nutzung bis zum Ausfall beinhaltet, bei der keine Maßnahmen ergriffen werden, bis die Maschine tatsächlich ausfällt. Dies führt zu hohen Wartungskosten und Produktionsausfällen. Im Gegensatz dazu umfassen die Vorteile der frühzeitigen Erkennung von Vibrationen Vorhersehbarkeit, Sicherheit, geringere Kosten und höhere Zuverlässigkeit.
"Die Analyse von Vibrationen ist zu schwierig und teuer".
Die Analyse von Vibrationsdaten erfordert Software, Hardware, Schulungen, eine umfangreiche Infrastruktur für Asset-Informationen und einen strengen Zeitplan. Obwohl es besser ist, die komplexere Analyse von Vibrationen mit mehreren Ursachen von spezialisierten Vibrationsanalysten durchführen zu lassen, kann man mit relativ billiger Ausrüstung viel tun, um grundlegende Probleme zu erkennen.
Nehmen wir zum Beispiel den Vibrationszähler 805 von Flukeist ein einfach zu bedienendes Instrument, das genaue und reproduzierbare Messwerte liefert. Dieses Messgerät verfügt über eine vierstufige Skala zur Bestimmung der Schwere und einen eingebauten Prozessor, der den Lagerzustand und die Gesamtvibration mithilfe von ebenso leicht verständlichen Textwarnungen berechnet.
Seine Sensoren können einen breiten Frequenzbereich von 10 Hz bis 20.000 Hz ablesen, der groß genug ist, um die Schwingungsprofile der meisten Maschinen und Komponenten abzudecken. Das Modell 805 verfügt über eine einfache Benutzeroberfläche, über die der Benutzer lediglich den Drehzahlbereich und den Gerätetyp eingeben muss. Fluke bietet auch den Vibrationstester 810 an, ein fortschrittlicheres Instrument mit einer Diagnose-Engine, die eine Datenbank mit realen Vibrationsinformationen nutzt.
Obwohl die Einführung eines Programms zur Schwingungsanalyse mit gewissen Ausgaben verbunden ist, können die Kosten, die entstehen, wenn keine Schwingungsanalyse durchgeführt wird, erheblich höher sein. Zum Beispiel eine Analyse von ABB Motors wies auf die potenziellen Kosten hin, die beim Ausfall eines Motors entstehen können. In der Analyse wurde der Fall eines 315-kW-Motors mit einem Wirkungsgrad von 95,5 % angenommen, der in einem kontinuierlichen Prozess eingesetzt wird. Bei Energiekosten von 12 Cent/kWh und einem Motor, der 8.400 Stunden pro Jahr läuft, würden sich die Kosten für den Betrieb des Motors über eine Lebensdauer von 20 Jahren auf 7.096.176 € belaufen. Diese Kosten sind im Vergleich zu den typischen Anschaffungskosten von 20.957 € extrem hoch.
Dennoch sind die Kosten, die sich aus einem Motorausfall ergeben, genauso hoch. Die Analyse nennt das Beispiel eines in der Öl- und Gasindustrie eingesetzten Motors, dessen Ausfall pro Stunde Verluste in Höhe von 256 145 € verursachen könnte. Ein einziger zehnstündiger Ausfall während der 20-jährigen Lebensdauer des Motors würde somit Verluste in Höhe von 2 561 425 € verursachen.
Ebenso sind hohe Verluste auch in Branchen wie der Automobilindustrie, der Metallgießerei oder der Lebensmittel- und Getränkebranche möglich. Die potenziellen Verluste durch ungeplante Ausfallzeiten haben dazu geführt, dass mehr als 70 % der Triebwerksnutzer die Zuverlässigkeit als oberste Priorität in ihren Triebwerkswartungsprogrammen nennen, so Reliable Plant.
" Wir verfügen nicht über das Personal, das für die Durchführung einer Schwingungsanalyse erforderlich ist."
Wenn eine Organisation groß genug ist, um ein eigenes Team für Zuverlässigkeit zu haben, dann sollte die Überwachung und Analyse von Vibrationen zu den Aufgaben dieses Teams gehören. Wartungstechniker können über Online-Kurse für nur wenige hundert Euro in der ISO-Norm 18436 geschult werden. Einer der Vorteile, ein internes Programm zur Schwingungsanalyse zu unterhalten, ist die Möglichkeit, Maschinentrends zu bewerten. Das interne Personal kennt die Maschinen, die Prozesse, die Bedingungen und die Vorgeschichte und kann dieses Wissen nutzen, um die von ihren Überwachungsinstrumenten erhaltenen Informationen zu ergänzen.
Mit einer gewissen Ausbildung und billiger Überwachungsausrüstung können Daten gesammelt werden, die auf einen Fehler hinweisen können. Wenn eine ausgefeilte Analyse erforderlich ist, können spezialisierte Berater hinzugezogen werden, die fortgeschrittenere Techniken einsetzen, um schwierige Probleme zu analysieren.
"Die Beschaffung von Geräten zur Schwingungsanalyse dauert zu lange und ist schwierig".
Eine wachsende Zahl von Anbietern bietet spezielle Überwachungs- und Analysegeräte an, was die Demokratisierung der Schwingungsanalyse erleichtert, indem ihre Vorteile hervorgehoben werden. Farnell bietet Lösungen von einer breiten Palette von Anbietern, darunter Fluke, Kemet, Omron, Murata, Amphenol Wilcoxon, TE Connectivity und Rohm. Viele dieser Anbieter stellen auch Online-Ressourcen zur Verfügung, die die Schwingungsanalyse und ihre praktische Anwendung begründen.
"In unserer Fabrik herrschen schwierige Bedingungen, die den Einsatz empfindlicher Vibrationssensoren verhindern."
In Branchen mit schwierigen Umgebungen wie der Industrie, der Automobilindustrie und der Luft- und Raumfahrt werden bereits in großem Umfang Vibrationssensoren eingesetzt. Obwohl es sich um schwierige Branchen handelt, hat eine sorgfältige Prüfung von Problemen wie der Gehäuse-/Steckerstruktur, dem Material der Sensorelemente, der Signalaufbereitung und der Verkabelung gezeigt, dass diese Herausforderungen nicht unüberwindbar sind. Namhafte Hersteller können Sie zu Lösungen beraten, die für die meisten Anwendungen geeignet sind. Übrigens steigt die Nachfrage nach hochentwickelten Sensoren, die auch extremen Wetterbedingungen standhalten, wie z. B. MEMS-, Ultraschall-, drahtlose und faseroptische Sensoren.
Schlussfolgerung
Heutzutage erkennen immer mehr Unternehmen, dass sie ein Programm zur vorausschauenden Wartung einführen müssen, insbesondere für kritische Produktionsanlagen. Die Schwingungsanalyse ist ein wesentliches Element für den Erfolg dieses Schrittes. Viele Hersteller und Händler von Elektronikkomponenten bieten Sensoren, Analysegeräte und -software, professionellen technischen Support und Schulungen an, um Kunden in jeder Phase der Entwicklung zu unterstützen.
Indem sie Schritte unternehmen, um ein Programm zur Schwingungsüberwachung und -analyse als Teil eines unternehmensweiten Regimes zur vorausschauenden Wartung zu implementieren, können Werksleiter ein System einrichten, das immense und dauerhafte Vorteile bringt, wie vermeidbare Ausfallzeiten, Kostensenkungen, Erhaltung des Zustands der Anlagen, Verbesserung der Produktivität und Erlangung des Rufs eines zuverlässigen Lieferanten.
