Zeit ist Geld – das gilt heutzutage besonders in der Industrie. Fast alle Prozesse in der Produktion laufen „just in time“ ab, daher wirken sich Zeiten des Stillstandes durch Defekte, Wartungsarbeiten etc. besonders drastisch aus.
Um diese Zeiten so gering wie möglich zu halten, gibt es das Prinzip des Condition Monitoring. Was das genau ist und wie es eingesetzt wird, erfahren Sie hier.
Wie wird Condition Monitoring definiert?
„Condition Monitoring“ (kurz: CM) bedeutet ins Deutsche übersetzt „Zustandsüberwachung“. Bei dieser werden ein- oder mehrere Zustandsparameter einer Maschine (Vibration, Temperatur usw.) überwacht, um eine signifikante Veränderung zu erkennen, die auf einen sich entwickelnden Fehler hindeutet.
Somit ist CM ein wichtiger Bestandteil der vorausschauenden Instandhaltung und ermöglicht die Planung von Wartungsarbeiten und/oder die Durchführung weiterer Maßnahmen zur Vermeidung von Folgeschäden und deren Folgen. Die Zustandsüberwachung hat den einzigartigen Vorteil, dass Zustände, welche die normale Lebensdauer verkürzen würden, behoben werden können, bevor sie sich zu einem größeren Ausfall entwickeln.
Zustandsüberwachungsverfahren werden normalerweise bei rotierenden Anlagen, Hilfssystemen und anderen Maschinen wie riemengetriebenen Anlagen (Kompressoren, Pumpen, Elektromotoren, Verbrennungsmotoren, Pressen) eingesetzt, während bei statischen Anlagen wie Dampfkesseln, Rohrleitungen und Wärmetauschern eine regelmäßige Inspektion mit zerstörungsfreien Prüfverfahren (NDT) und eine Bewertung der Gebrauchstauglichkeit (FFS) vorgenommen wird.
Welche Technologie wird für die Zustandsüberwachung eingesetzt?
Die wichtigsten Zustandsüberwachungstechniken, die in der Industrie und im Transportwesen im Rahmen des Condition Monitoring eingesetzt werden, sind:
- Schwingungsanalyse und –diagnose
- Schmierstoffanalyse
- Messung von Schallemission
- Infrarot-Thermografie
- Ultraschallmessungen
- Ölzustandssensoren
- Motorzustandsüberwachung und Motorstromsignaturanalyse (MCSA)
- Modellbasierte Spannungs- und Stromsysteme (MBVI-Systeme)
Die meisten CM-Technologien werden durch ISO und ASTM genormt.
Der Kritikalitätsindex (Critical Ratio)
Der Kritikalitätsindex wird häufig verwendet, um den Grad der Zustandsüberwachung einer bestimmten Maschine zu bestimmen, wobei der Zweck der Maschine, die Redundanz (d. h. wenn die Maschine ausfällt, gibt es eine Standby-Maschine, die übernehmen kann), die Reparaturkosten, die Auswirkungen von Ausfallzeiten, Gesundheits-, Sicherheits- und Umweltaspekte und eine Reihe anderer wichtiger Faktoren berücksichtigt werden. Der Kritikalitätsindex ordnet alle Maschinen in eine von drei Kategorien ein:
Kritische Maschinen
Maschinen, die für die Anlage oder den Prozess lebenswichtig sind und ohne die die Anlage oder der Prozess nicht funktionieren kann. Zu dieser Kategorie gehören beispielsweise die Dampf- oder Gasturbinen in einem Kraftwerk, die Rohölexportpumpen auf einer Bohrinsel oder der Cracker in einer Ölraffinerie. Da es sich bei kritischen Maschinen um das Herzstück des Prozesses handelt, ist eine vollständige Zustandsüberwachung erforderlich, um unabhängig von den Kosten kontinuierlich so viele Daten wie möglich von der Maschine aufzuzeichnen.
Messungen wie Lasten, Drücke, Temperaturen, Gehäuseschwingungen und -verschiebungen, axiale und radiale Wellenverschiebungen, Drehzahlen und Differenzdehnungen werden nach Möglichkeit erfasst. Diese Werte werden häufig in eine Maschinenverwaltungssoftware eingespeist, welche in der Lage ist, die historischen Daten aufzuzeichnen und den Betreibern Informationen wie Leistungsdaten zur Verfügung zu stellen und sogar Fehler vorherzusagen und Ausfälle zu diagnostizieren, bevor sie auftreten.
Unverzichtbare Maschinen
Einheiten, die ein wichtiger Bestandteil des Prozesses sind, bei deren Ausfall der Prozess aber trotzdem weiterläuft. Redundante Anlagen (falls vorhanden) fallen in diesen Bereich. Die Prüfung und Kontrolle dieser Einheiten ist auch wichtig, um Alternativpläne für den Fall eines Ausfalls kritischer Maschinen aufrechtzuerhalten.
Maschinen für allgemeine Zwecke oder das Gleichgewicht der Anlage
Dies sind die Maschinen, die den Rest der Anlage ausmachen und normalerweise mit einem tragbaren Datensammler überwacht werden, um in regelmäßigen Abständen ein Bild vom Zustand der Maschine zu erhalten.
CM bei statischen Bauteilen: Structural Health Monitoring
Während Condition Monitoring speziell für arbeitende Maschinen konzipiert ist, gibt es ein ähnliches Verfahren auch für die Zustandsmessung an statischen Bauteilen, z. B. von Bauwerken.
Die Überwachung des Zustands von Bauwerken (SHM) umfasst die Beobachtung und Analyse eines Systems im Laufe der Zeit unter Verwendung periodisch abgetasteter Reaktionsmessungen, um Veränderungen der materiellen und geometrischen Eigenschaften von Bauwerken wie Brücken und Gebäuden zu überwachen. In einem betrieblichen Umfeld verschlechtern sich Bauwerke mit dem Alter und der Nutzung.
Langfristiges SHM liefert regelmäßig aktualisierte Informationen über die Fähigkeit des Bauwerks, seine beabsichtigte Funktion weiterhin zu erfüllen. Nach extremen Ereignissen wie Erdbeben oder Explosionsbelastungen wird SHM für eine schnelle Zustandsprüfung eingesetzt. Das Verfahren kann zuverlässige Informationen über die Integrität des Bauwerks in nahezu Echtzeit liefern.
Auswahl von Anregungsmethoden
Der SHM-Prozess umfasst die Auswahl der Anregungsmethoden, der Sensortypen, der Anzahl und der Standorte sowie der Hardware für die Datenerfassung, -speicherung und -übertragung, die allgemein als Zustands- und Nutzungsüberwachungssysteme bezeichnet werden. Messungen können vorgenommen werden, um entweder direkt jede Verschlechterung oder Beschädigung eines Systems zu erkennen oder indirekt durch Messung der Größe und Häufigkeit der auftretenden Belastungen, um den Zustand des Systems vorherzusagen.
Um den Zustand eines Systems direkt zu überwachen, müssen in den erfassten Daten Merkmale identifiziert werden, die eine Unterscheidung zwischen der unbeschädigten und der beschädigten Struktur ermöglichen. Eine der gebräuchlichsten Methoden der Merkmalsextraktion basiert auf der Korrelation von gemessenen Systemreaktionsgrößen, wie z. B. der Schwingungsamplitude oder -frequenz, mit Beobachtungen des geschädigten Systems.
Fazit
Jeder Ausfall einer Maschine in der Industrie oder auch der Ausfall eines statischen Bauteils wie etwa eines Gebäudes hat drastische Folgen – insbesondere im finanziellen Bereich. Um diese Ausfälle zu vermeiden oder zumindest zu erreichen, dass ein Ausfall keine teure Folgeschäden mit auslöst, gibt es das Condition Monitoring Verfahren (für statische Bauteile: Structural Health Monitoring). Immer mehr Unternehmen wollen sich nicht auf ihr Glück verlassen und setzen diese innovativen Methoden ein.