"Anstatt Feuerlöschen und Großreparaturen"
Zustandsabhängige Instandhaltung mit Schwingungsdiagnose (II.)
Die Betreiber haben zunehmend Bedarf an zuverlässigem, aber dennoch kosteneffizientem Betrieb von Maschinen. Diesen Anforderungen wird die Einführung zustandsabhängiger Instandhaltung maximal gerecht. Die Schwingungsdiagnose ist das geeignetste Verfahren zur Bewertung des mechanischen Zustands von Maschinen während des Betriebs. Die auf Schwingungsmessungen basierende Maschinendiagnose unterstützt die Organisation zustandsabhängiger oder zuverlässigkeitsbasierter Maschineninstandhaltung. Die Hauptidee dabei ist, dass anhand von Trends, die aus Messungen mit mehreren geeigneten Häufigkeiten erstellt wurden, der Zustandsverfall der untersuchten Maschinen, die voraussichtliche Lebensdauer der Maschinen (oder ihrer Elemente) und der Zeitpunkt ihrer erforderlichen Instandhaltung geschätzt werden. Das Ziel ist es, die Produktion mit maximaler Zuverlässigkeit, ohne unerwartete Ausfälle, mit kontinuierlicher Qualitätssicherung, aber mit minimalen Instandhaltungskosten (also durch Vermeidung unnötiger Reparaturen oder durch Vermeidung größerer Schäden aufgrund unbeachteter kleinerer Fehler) durchzuführen. In den letzten Jahren haben sich die Geräte und Technologien zur Bewertung des Zustands rotierender Maschinen erheblich weiterentwickelt. Während vor nicht allzu langer Zeit der Schraubendreher oder eine aufgestellte Münze die einzigen verbreiteten industriellen "Diagnosewerkzeuge" waren, ist es heute unbestreitbar, dass der Einsatz moderner Maschinendiagnose unerlässlich ist, um wirtschaftliche Produktion zu erreichen und aufrechtzuerhalten. Bei der Auswahl der Diagnosetechnologie müssen verschiedene Aspekte berücksichtigt werden. Wirtschaftliche Aspekte:
Produktionsspezifika:
Zu den technischen Aspekten gehören:
Die Kosten der Unausgeglichenheit
Leider hört man immer noch oft, dass Diagnosegeräte teuer sind, die Aufrechterhaltung des Bedienpersonals teuer ist - daher lohnt es sich nicht, solche Technologien zur Modernisierung der Instandhaltung einzuführen. Mit dem folgenden ausgewählten Zahlenbeispiel möchten wir beweisen, dass die Realität genau das Gegenteil ist: Die Unorganisiertheit der Instandhaltung, das Ignorieren des Maschinenzustands ist teuer. Im ausgewählten Fall haben wir die Auswirkungen verschiedener Instandhaltungsstrategien auf die Kosten zur Behebung von Fehlern aufgrund von Unausgeglichenheit an einem kontinuierlich betriebenen Klima-Ventilator in einem Elektronikmontageraum untersucht. Diese Technologie fällt in die nicht kritische Kategorie, die maximale Ausfallzeit beträgt 5 Stunden, darüber hinaus entsteht Produktionsverlust. Die Kosten in der Tabelle sind ohne detaillierte Berechnung angegeben. Es ist leicht ersichtlich, dass bei kritischen Technologien mit erheblich höheren Verlusten, sogar mit einem Zusammenbruch zu rechnen wäre. Die Betriebsführung oder Instandhaltung der Maschine in der "0"-Variante ist nachlässig, Fehler werden nur bemerkt, wenn das Gerät ausfällt, weil der Motor durchgebrannt ist. Die Reparatur umfasst Motorüberholung, Wellenüberholung, Doppel-Lageraustausch und Auswuchten. Wenn die Maschinenführung (Instandhaltung) gemäß der Kategorie "A" erfolgt, erfolgt keine oder nur unregelmäßige Schwingungsmessung, daher wird der Fehler nicht bemerkt, bis die Lager vollständig versagen und die Welle (Lagergehäuse) beschädigt wird. Reparatur: Wellenüberholung, Doppel-Lageraustausch, Auswuchten. Die Maschinenführung der Kategorie "B" basiert auf einfacher Schwingungsmessung und Trendüberwachung. Der Fehler wird bemerkt, aber zu diesem Zeitpunkt müssen beide Lager ausgetauscht werden (die Welle ist jedoch noch intakt). Die Reparatur beschränkt sich dann auf den Austausch der Doppel-Lager und das Auswuchten. Eine gut organisierte Betriebsführung oder Instandhaltung, regelmäßige Diagnose oder installierte Schwingungsüberwachung unterstützen die Maschinenführung in der "C"-Variante. Fehler werden sofort erkannt, beide Lager sind noch intakt. Die Reparatur beschränkt sich in diesem Fall ausschließlich auf das Auswuchten. Es sei darauf hingewiesen, dass bei der Maschinenführung der "C"-Art mindestens ein Schwingungsdiagnose-Experte erforderlich ist. Zusammenfassende Kostenanalyse-Tabelle
| "0" Maschinenstillstand | "A" Inspektion | "B" Schwingungstrend | "C" Diagnose | |
| Motorüberholung + Ein- und Ausbau | 116.000.-Ft | |||
| Wellenüberholung + Montage | 58.000.-Ft | 58 000.-Ft | ||
| Doppel-Lageraustausch | 46.000.-Ft | 46.000.-Ft | 46.000.-Ft | |
| Auswuchten | 40.000.-Ft | 40.000.-Ft | 40.000.-Ft | 40.000.-Ft |
| Ausfall (50.000.- Ft/Stunde) | 13×50.000.-Ft | 9×50.000.-Ft | 1×50.000.-Ft | |
| Gesamtkosten | 910.000.-Ft | 594.000.-Ft | 136.000.-Ft | 40.000.-Ft |
Aktuelles Sortiment an Geräten
Im Folgenden werden die tragbaren Messgeräte betrachtet, die derzeit für die Maschinenzustandsüberwachung verwendet werden.
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Digitale Schwingungsmessgeräte, Schwingungsniveau-Datenerfassungsgeräte (Preisklasse 150–600 Tsd. Ft, mit Software)
Die wertvollste Information zur Organisation der zustandsabhängigen Maschinenwartung ist die Geschwindigkeit des Maschinenzustandsverfalls, anhand derer abgeschätzt werden kann, wann und welche Maßnahmen ergriffen werden müssen, damit die Maschine ohne unerwartete Ausfälle (und unnötige Reparaturen) betrieben werden kann, aber auch keine größeren Schäden aufgrund vorhandener Anfangsfehler erleidet. Dazu müssen die Maschinenschwingungen regelmäßig gemessen werden, wobei die Steigung ihrer Trends Informationen über die zu erwartenden Lebensdauern liefert. Einfache Handmessgeräte bewerten die gemessenen Parameter (z. B. Schwingungsgeschwindigkeit) mit einer einzigen Zahl. Solche Schwingungsmessgeräte sind klein (passen in die Tasche) und einfach zu bedienen. Häufig messen sie die effektive Schwingungsgeschwindigkeit im Frequenzbereich von 10–1000 bzw. 10–3200 Hz, wie von ISO 10816 empfohlen. Mit den Geräten lassen sich Unwuchten, mechanische Lockerheiten, Resonanzen sowie Fehler bei der Wellenausrichtung deutlich erkennen. Wenn das Gerät auch zur Messung der nach ISO spezifizierten Schwingungsgeschwindigkeit und der für den Zustand des Wälzlagers charakteristischen hohen Frequenz-Schwingbeschleunigung (oder des Umschlingungsbogens) geeignet ist, können nicht nur Einstellungs- und Auswuchtprobleme, sondern auch Lagerfehler und unzureichende Lagerung damit aufgedeckt werden. Für Schwingungsmessgeräte, die die Signale von vielen piezoelektrischen Schwingungssensoren verarbeiten, sind Kopfhörer erhältlich (auch mit einstellbaren Filtern und Verstärkern), die auch als Stethoskope eingesetzt werden können. Aufgrund der großen Anzahl von Maschinen in vielen Unternehmen ist es nicht mehr ratsam, die Schwingungswerte "mit Stift und Papier" aufzuzeichnen, um dann Diagramme zu erstellen oder die Daten einzeln auf den PC zu übertragen. Für solche Aufgaben sind handliche Datenerfassungsgeräte erhältlich, die die Messung der Schwingungsgeschwindigkeit und der Hochfrequenz-Schwingbeschleunigung, die Speicherung von Daten mehrerer Maschinenschwingungen (auch als Messreise) und deren Übertragung auf den PC ermöglichen. Die dazugehörigen PC-Softwareprogramme können nicht nur Trends erstellen, sondern auch Grenzwerte überwachen, verschiedene Berichte erstellen und - wie z. B. die PIM ProfiTrend-Software - die Protokollierung von Wartungsaktivitäten durchführen. Durch den Einsatz digitaler Schwingungsniveaumesser können 60 % der Maschinenfehler rechtzeitig erkannt werden. Durch den regelmäßigen (also technologisch angemessenen) Einsatz von Schwingungsniveau-Datenerfassungsgeräten und die Erstellung von Trends können 70 % der Fehler bei Rotationsmaschinen erkannt werden, und die Wartung kann rechtzeitig geplant werden.
Maschinenschwingungsanalysatoren und -Datenerfassungsgeräte (Gerät 1–6 Mio. Ft, Software 300 Tsd.–6 Mio. Ft)
Die Spektrumanalyse von Schwingungen ist das derzeit effektivste Werkzeug zur Maschinenzustandsüberwachung (vorausgesetzt, dass die darin enthaltenen Informationen mit Fachkenntnissen "gelesen" werden), und geht davon aus, dass jede Maschine bzw. jedes Maschinenteil als "starres" Objekt mit Resonanzfrequenzen charakterisiert werden kann und dass jeder Maschinenfehler Schwingungen mit genau bestimmten Frequenzen bei der aktuellen Maschinendrehzahl verursacht. Durch die Spektrumanalyse der aufgezeichneten Schwingungssignale werden die darin enthaltenen "elementaren" Schwingungen sichtbar, deren Frequenzen den Maschinenteilen und -fehlern zugeordnet werden können. Durch die Spektrumanalyse von Schwingungen können daher die Maschineneinstellungen sowie die Fehler der einzelnen Maschinenelemente genau erkannt werden. Diese Methode ist auch in der Lage, beispielsweise die Beschädigung des Innen- oder Außenrings oder des Käfigs eines Lagers separat nachzuweisen. Durch die Messung der elektrischen Parameter von Elektromotoren können auch elektrische Fehler (z. B. Bruch der Rotoren von Asynchronmotoren) erkannt werden. Handmessgeräte für Maschinenexperten bieten eine kostengünstige Alternative zu den hochwertigen Diagnosegeräten - bestehend aus Messgerät und PC-Software. Einerseits verfügen die Maschinenschwingungsanalysatoren über grundlegende Eigenschaften und Fähigkeiten, andererseits bieten sie eine Maschinenfehlanzeige, die bisher nur von auf dem PC laufenden Auswertungs-Expertensystemen erwartet wurde. Das Ergebnis ist die sofortige textliche Anzeige des durch die Messungen entdeckten Maschinenfehlers (Maschinenfehler). Mit einem solchen Gerät kann ein qualifizierter, aber nicht über Diagnoseerfahrung verfügender Maschinenbediener schnell Informationen zum Zustand der untersuchten Rotationsmaschine erhalten, um Entscheidungen zur Organisation der Wartung zu treffen. Externe Diagnostiker oder die Analyse von Schwingungsspektren durch Fachleute sind dafür nicht erforderlich. Durch den Einsatz von Schwingungsanalysatoren oder Maschinenexpertenmessgeräten können 85 % der Fehler rechtzeitig erkannt werden. Durch den regelmäßigen (also technologisch angemessenen und organisierten) Einsatz von Schwingungsanalysator-Datenerfassungsgeräten und die Erstellung von Trends kann dieser Prozentsatz statistisch gesehen sogar auf 95 % steigen.
Schnelle Amortisation
Im Folgenden haben wir die erforderlichen Instrumentenfunktionen und die minimalen Investitionskosten für die in dem Beispiel genannten Betriebsansätze in tabellarischer Form zusammengefasst. Schwingungsdiagnosetechnologien und ihre Kosten
| Schwingungsgeschwindigkeit | Lagerzustand | Trend (PC) | Schwingungsdatenerfassung | Spektrumanalyse | Auswuchten | Experteninstrument | Expertensystem | Geräteschutz | Minimale erwartete Investitionskosten | |
| „0” | 0,- Ft | |||||||||
| „A” | x | 150.000,- Ft | ||||||||
| x | x | 200.000,- Ft | ||||||||
| „B” | x | x | x | 250.000,- Ft | ||||||
| x | x | x | x | 500.000,- Ft | ||||||
| x | x | x | 200.000,- Ft/pro Gerät | |||||||
| „C” | x | x | x | x | x | 1.000.000,- Ft | ||||
| x | x | x | x | x | 1.000.000,- Ft | |||||
| x | x | x | x | x | x | 2.500.000,- Ft | ||||
| x | x | x | x | x | x | x | 7.000.000,- Ft | |||
| x | x | x | x | x | x | x | 1.000.000,- Ft/pro Gerät |
* Bei der Betriebsführung vom Typ „C” ist mindestens ein Schwingungsdiagnoseexperte erforderlich. Durch den Vergleich der Tabellen wird deutlich, dass sich die minimalen Kosten für den Kauf eines jeden Instruments bereits bei praktisch einem oder zwei Ausfällen amortisieren, auch wenn es sich nicht um einen kritischen Prozess handelt. Langfristig hängt die Rentabilität der Anwendung der verschiedenen Methoden (Instrumentenebenen) natürlich stark von der Rolle ab, die das Gerät in der Technologie spielt. Je teurer die Technologie (Wartung) ist, desto mehr rechtfertigt sich eine höhere Gerätestufe. Rahne Eric (PIM Kft.) pim-kft.hu, gepszakerto.hu
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