FAQ: Die Schlüsselelementen der Zustandsüberwachung von Maschinen verstehen

3. Was sind eindeutige Anzeichen für einen bevorstehenden Maschinenausfall?

Es gibt mehrere Schlüsselindikatoren, wobei veränderte Schwingungen oft die ersten Veränderungen sind, die auftreten, bevor eine Maschine ausfällt. Dies gilt bei einem defekten Pneumatik- oder Hydraulikzylinder ebenso wie bei einem Hydraulik- oder Pneumatikystem, einem Elektromotor oder einer mechanischen Antriebsvorrichtung wie z. B. einer Gewindespindel. Je nach der Belastung und Arbeitsphase der Maschine lassen sich durch Früherkennung teure Ausfallzeiten oft vermeiden. Indem man Schwingungssensoren an den relevanten Stellen installiert, werden schon kleinste Veränderungen über eine Mensch-Maschine-Schnittstelle (MMS oder engl. HMI) und/oder über ein Steuerungssystem zur Analyse übermittelt. Schwingungssensoren sind für eine Vielzahl von Anwendungen erhältlich. Die Geräte funktionieren in der Regel mit 24 V DC und senden je nach Bedarf Schalt- oder Analogsignale. Am häufigsten kommen Schwingungssensoren bei Anwendungen zum Einsatz, bei denen Lagerschäden oder Unwuchten eine primäre Ausfallursache sind: HVAC-Kompressoren, Elektromotoren, Antriebsspindeln sowie sämtliche Lüfter, die in einer Maschine oder Fabrik im Einsatz sind. In Pneumatik- und Hydrauliksystemen, etwa bei Pressen oder schweren Metallverarbeitungs- und Spritzgussmaschinen, sind verstärkte Schwingungen oft ein frühes Warnzeichen für einen Ausfall.

Ein zweites Anzeichen für einen baldigen Ausfall ist die Temperatur. Das gilt vor allem für Anlagen, die nicht regelmäßig starten und stoppen, sondern täglich rund um die Uhr bei konstanter Temperatur laufen. Selbst kleine Temperaturveränderungen können überwacht werden, was ein besseres Verständnis des Zustands der Anlage ermöglicht. Auf diese Weise ist ein zeitiges Handeln möglich, bevor es zu einem Ausfall kommt. Temperatursensoren und -transmitter können je nach Bedarf in vielen Temperaturbereichen verwendet werden. Typische Bereiche sind –4,5 °C bis 300 °C. Spezialsensoren sind sogar für Temperaturen von 65 °C bis 600 °C programmierbar.

Beispiele für Anwendungen sind Maschinen, die für kontinuierliche Prozesse eingesetzt werden, etwa in der chemischen Verarbeitung, in der Papierherstellung oder überall dort, wo eine Betriebsunterbrechung den kompletten Produktionsablauf ruinieren könnte. Weitere Anlagen, bei denen ein Ausfall schwere Folgen hätte, sind z. B. Dampfkessel in Kraftwerken, Turbinengeneratoren und Anlagen in gefährlichen Umgebungen, wo die höchsten Verluste drohen.

4. Was für eine Ausrüstung für die Zustandsüberwachung ist erforderlich, wenn ich die Sensoren installiert habe?

Es gibt zwei Hauptansätze, die HMI-Bedienpanels und den zentralen Kontrollraum einschließen. Oft werden beide Ansätzen kombiniert.

Die Panels liefern zunächst eine visuelle Darstellung der aktuellen Bedingungen, der Prozessleistung und des Gesamtzustands der Maschinen bei kritischen Fertigungs- oder Prozesssteuerungsanlagen. Erhältlich sind HMI-Bedienpanels mit Wasser- und Staubschutz und mit Gehäusen, die für viele verschiedene Umgebungen geeignet sind. Es sind außerdem beschichtete Ausführungen für eine Vielzahl von Anwendungen erhältlich. HMI Panels können so programmiert werden, dass die Messung der Maschinentemperatur und der Schwingungen eine Priorität erhalten, die sich danach richtet, wie schnell eine Veränderung zu einem Ausfall führen würde. Für Zustände mit niedrigerer Priorität, bei denen Veränderungen erst später zu einem Ausfall führen würden und bei denen eine planmäßige Wartung möglich ist, kann ein einfaches Alarmsignal ausreichen. Für Situationen, in denen sofortiges Handeln erforderlich ist, können eine größere Grafik oder eine hellere Farbe verwendet werden, um auf den dringenden Handlungsbedarf hinzuweisen.

Um beide Anforderungen zu erfüllen, sind viele HMI-Bedienpanels mit einfachen Bildschirmen oder mit komplexen, mehrfarbigen Funktionalitäten erhältlich.

Ein anderer Ansatz besteht darin, im Betrieb die kritischen Geräte durch einen zentralen Kontrollraum zu überwachen. Dies ist oft in schwierigen Umgebungen notwendig, etwa in Kernkraftwerken und bei chemischen Verarbeitungsanlagen. Auch hier kann die Zustandsüberwachung Ihren besonderen Anforderungen entsprechend priorisiert werden.

Eine Kombination der beiden Ansätze wird oft dann verwendet, wenn ein Unternehmen eine integrierte IIoT-Struktur (Industrial Internet of Things) hat. Bei einem solchen Betrieb kann die Zustandskontrolle weit über die Überwachung der mechanischen Bauteile einer einzigen oder mehrerer Maschinen hinausgehen und eine komplette Anlage umfassen.