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antriebstechnik 9/2016

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KOMPONENTEN UND SOFTWARE

KOMPONENTEN UND SOFTWARE Alles im Blick Mobile Kamera analysiert regelmäßig den Zustand von Maschinen Klaus Michelsen Um Stillstände von Maschinen zu vermeiden, ist eine vorausschauende Instandhaltung unumgänglich. Behilflich hierbei ist eine Diagnosekamera zur Darstellung des Maschinenzustandes auf MCP-Protokollen. Das neue Konzept basiert auf der Messung von Schwingungen, Temperatur und Drehzahl. Dabei werden die Protokolle zur Trendanalyse gespeichert und sind auf einen PC übertragbar. Lesen Sie mehr. Dipl. Ing. Klaus Michelsen ist Leiter der Industrieelektronik bei der Hilger u. Kern GmbH in Mannheim Veränderungen an der Maschine wie Temperatur und Schwingungen können Anzeichen von sich anbahnenden Defekten sein. Einerseits sollen nicht unnötig oft Teile wie Wälzlager ausgetauscht werden, nur weil eine bestimmte Betriebsdauer abgelaufen ist (vorbeugende Instandhaltung), andererseits sind aber komplette Ausfälle grundsätzlich zu vermeiden. Die im modernen Betrieb angestrebte Lösung ist die „zustandsabhängige Wartung“: Es werden regelmäßig Messdaten gesammelt und ausgewertet; die Auswertung bildet die Basis für die Entscheidung, eine Wartung durchzuführen. Bei den Messdaten handelt es sich um Schwingungen und Temperatur, die für die Beurteilung des Maschinenzustandes benötigt werden. Schwingungen automatisch auswerten Die Schwingungsüberwachung wird schon so lange praktiziert wie es Maschinen gibt. Denn was ist das Abhören mit dem Ohr anderes als eine Schwingungsüberwachung? In diesem Kontext spricht man auch von Körperschall. Das sind die Schwingungen, die in der Maschine vom Metall übertragen werden. Bekannt ist der Effekt von der Eisenbahnschiene: Sie überträgt das Fahrgeräusch viel schneller als die Luft. Es ist also sinnvoll, diesen Körperschall für die Maschinendiagnose zu verwenden, da er simultan entsteht und nicht durch Nachbargeräusche verfälscht werden kann. Weit verbreitet ist der Einsatz von Piezo-Beschleunigungsaufnehmern. Sie sind robust, sehr leicht und können mit einem Magnet an der Maschine befestigt werden. Darüber hinaus sind sie in der Lage, sowohl langsame Schwingungen, z. B. 10 Hz, als auch hochfrequenten Körperschall von z. B. 15 kHz zu erfassen. Das Entstehen der Schwingungen ist konstruktiv bedingt, bspw. durch eine Unwucht der Welle. Die oszillierte Masse wird auch durch Massenausgleich nicht vollständig kompensiert. In Elektromotoren, Getrieben, Riemen und Kupplungen werden Schwingungen durch kleine mechanische Fehler (Unwuchten) verursacht. Diese werden solange akzeptiert, wie sie sich in einem gewissen Toleranzbereich befinden. Der Zeitpunkt, wann die Toleranzgrenze erreicht oder überschritten ist, ist nur durch eine regelmäßige Aufnahme von Messdaten und deren Auswertung möglich. Die kann entweder durch eine ständige Online-Überwachung erfolgen – dazu müssen viele Sensoren und deren Vernetzung an jeder Maschine installiert sein – oder aber durch die Erfassung der Daten mit einem mobilen Messgerät. Die 60 antriebstechnik 9/2016

KOMPONENTEN UND SOFTWARE Auswertung muss dann von geschultem und erfahrenem Fachpersonal durchgeführt werden, das oftmals nicht vorhanden ist. Deshalb stellt das Unternehmen Hilger u. Kern eine einfach zu bedienende Analysekamera vor: die Vshooter Kamera. Sie übernimmt die Auswertung automatisch. Mehrere Parameter gleichzeitig ermitteln Vshooter ist eine Kamera zur Anzeige des Maschinenzustandes. Sie vereinigt in einem Foto die Thermografie und die Schwingungsdaten mit der dazugehörenden Drehzahl. Das MCP (Machine Condition Picture)-Protokoll stellt die Maschinenzustände farblich als Ampelfunktion dar. Die Auswertung der Schwingungen erfolgt automatisch und wird gemäß der ISO 10816 bewertet und dargestellt. Eine PC-Software oder eine Smartphone-App ist nicht notwendig. Die Analyse wird von der Auswerteelektronik der Kamera durchgeführt, die Ergebnisse können dann in einem PC gespeichert und für Trendanalysen weiter verwendet werden (Übertragung mit USB-Kabel). Auf Grundlage der internationalen ISO Norm ISO 10816-3 werden folgende Schwingungsparameter gleichzeitig ermittelt: n Beschleunigung in g (mm/sec²): 10 bis 15 000 Hz für Wälzlagerschäden oder fehlende Lager-Schmierung; daraus wird ein FFT-Alarm-Spektrum (Grenzwert) erstellt. (Die Fast Fourier Transformation ist eine mathematische Methode, um das Zeitsignal in eine einfach erkennbare Frequenz- und Amplitudendarstellung umzuwandeln). n Geschwindigkeit in mm/ s (RMS): Bereich 10 bis 1 000 Hz für die Diagnose von Unwucht, Ausrichtfehler, Versatz von 2 Wellen oder losen Teilen, Pumpenkavitation, elektrische Probleme wie lockere Isolation, lockere Wicklung, Zündfehler der Halbleiter (Strom nicht sinusförmig). n Amplitude in µm: Bereich < 10 Hz für niedere Drehzahlen < 100 Upm. 0-P = Zero-Peak = Ampl. von Null zum Scheitelwert und P-P = Peak–Peak = Ampl. von Scheitelwert zu Scheitelwert. Die Beschleunigung wird mit einem angeschlossenen Piezosensor erfasst, die Tempe raturkontrolle mit der Infrarotlinse und die Drehzahl mit dem integrierten Stroboskop. Aus der Beschleunigung werden mathe matisch die Geschwindigkeit und die Amplitude errechnet. Wartungsmaßnahmen lang fristig planen Der Piezo-Beschleunigungsaufnehmer dient zur Erfassung des Effektivwertes der Beschleunigung in einem Bereich von 2 bis 15 000 Hz. Sein Vorteil ist die robuste Ausführung im Stahlgehäuse und er überträgt das Zeitsignal im Frequenzband von 2 bis 15 000 Hz. Wichtig für die Diagnose ist seine hohe Empfindlichkeit von 100 mV/g (1 g = 9,81 m/s²). Er wird mit einem starken Magneten an die verschiedenen Positionen der Maschine angebracht. Es können bis zu 15 Messungen nacheinander aufgenommen werden, z. B. 5 × horizontal, 5 × vertikal und 5 × axial. Je mehr Messpunkte aufgenommen werden, desto aussagefähiger ist die automatische Diagnose. Der Effektivwert (RMS) ist das Maß für die Stärke der Schwingung. Aus dem „Crest“ (= Scheitelwert/Effektivwert) wird bestimmt, ob ein Lager einen mechanischen Schaden hat oder ob die Schmierung noch stimmt. Die Diagnosesoftware benutzt eine umfangreiche Datenbank, die aus vielen Messwerten besteht, die in den letzten Jahren von Messsystemen weltweit ermittelt wurden. Die Messwerte werden nach ISO 10816 in 4 Gruppen eingeordnet: n Grün: kein Schaden, neuwertige Maschine n Gelb: noch kein schwerer Schaden, es sollte aber in naher Zukunft wieder nachgemessen werden n Orange: es sollte möglichst bald eine Wartung durchgeführt werden n Rot: erheblicher Schaden, Wartung ist sofort durchzuführen Alle Ergebnisse werden übersichtlich auf einem MCP-Protokoll dargestellt. Es besteht aus dem gespeicherten Farbfoto, der Messpositionen und dem Diagnoseergebnis mit Temperaturen und der Drehzahl. In der Praxis werden mehrere Messungen in einem bestimmten Zeitabstand (z. B. alle 2 Monate) bei gleicher Drehzahl durch geführt und gespeichert. Somit ergibt sich eine wertvolle Trenddarstellung, die es dem Anwender erlaubt, Wartungsmaßnahmen langfristig zu planen und erst dann durchzuführen, wenn es notwendig ist (Ampel orange oder rot). Bei Schadenserkennung werden die gemessenen Werte digital in einer Liste angezeigt. Mit einem Kopfhörer sind die Schwingungen auch akustisch zu erfassen. Erfahrene Fachkräfte sind in der Lage, den Zustand der Maschine über die Geräusche zu beurteilen. Dazu wird der Körperschall in ein hörbares Audiosignal gewandelt und an einen Kopfhörer weitergegeben. www.hilger-kern.de 02 Durch die Erfassung der Daten mit einem mobilen Messgerät lässt sich ermitteln, wann die Toleranzgrenze erreicht oder überschritten ist 01 Die Kamera erstellt automatisch eine fertige Diagnose der Maschine

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