#Schwingungsdiagnose

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Grundfos Machine Health für das rotierende Equipment – der Blick in die nahe Zukunft

  Werden die Maschinen bestimmungsgemäß eingesetzt, haben sie eine zu erwartende Lebensdauer von mehreren Jahren. Solche Maschinen fallen daher meist durch Störungen oder Abweichungen im Betrieb der Gesamtanlage aus. Gefordert ist also eine Lösung, mit der solche Störungen frühzeitig erkannt werden. Durch Analyse und Mustererkennung gelingen in Sachen Instandhaltung über das langfristige Erfassen von relevanten Daten (Temperaturen, Drücke, Volumenströme) und deren Analyse (Trends, Abweichungen) sehr gute Vorhersageergebnisse. Massiv gefallene Preise der immer leistungsfähiger werdenden Sensoren unterstützen dies. Data Mining versucht dann, mit Hilfe statistischer und mathematischer Algorithmen Muster, Trends und Zusammenhänge in großen Datenmengen zu erkennen. Die Crux ist bis heute, dass smarte Feldgeräte wie Pumpen zwar mit dem zentralen Gebäude- oder Prozessleitsystem kommunizieren, aber die gesammelten Massendaten aufgrund von Sicherheitsbedenken und wegen technischer Hürden vielfach nur zur nachträglichen Fehleranalyse genutzt werden. Experten schätzen, dass 97 % der Daten aus der Feldebene ungenutzt bleiben. Die Herausforderung ist, an diese Daten ranzukommen. Heute stehen dazu sehr leistungsfähige Echtzeit-Bus-Systeme wie das Industrial Ethernet und Cloud-Anbindungen bereit. Eine datenbasierte Verzahnung der Bereiche Produktion und Instandhaltung ist somit möglich. Sehr anschaulich sprechen Experten von einem ‚Langzeit-EKG‘.

Grundfos greift mit seinem Machine Health-Konzept (GMH) auf eine der weltweit größten Datenbank für typische Maschinengeräusche bzw. Vibrationsprofile zu, mit deren Hilfe äußerst präzise Diagnosen möglich sind. Aus Maschinendaten werden so Handlungsempfehlungen – dank Echtzeit-Meldungen und Algorithmen, die geeignete Reparaturen und Wartungsmaßnahmen vorschlagen. Hochwertige Sensoren und smarte Algorithmen überwachen kritische Aggregate rund um die Uhr. Schon beim ersten Anzeichen eines Problems meldet sich das System mit einer detaillierten Analyse inklusive einer erfolgversprechenden Lösung für das sich anbahnende Problem. Der Betreiber kann Wartungsmaßnahmen gezielt terminieren. In der Praxis ergeben sich durchschnittlich 30 % geringere Wartungskosten, 90 % niedrigere Reparaturkosten, 75 % weniger Ausfälle, eine 45 % länger verfügbare Betriebszeit. Eine wichtige Besonderheit von GMH ist, dass die genutzte Datenbank schon kurz nach der Installation der Sensoren und Empfänger Aussagen über den Zustand der Anlage treffen kann – die Algorithmen der künstlichen Intelligenz müssen also nicht wie sonst oft üblich erst angelernt werden; Tausende von hinterlegten Geräusche- und Vibrations-Mustern können sofort mit den installierten Maschinen verglichen werden. Grundfos Machine Health gewährt dem Betreiber einen Blick in die nahe Zukunft – damit wandelt sich Instandhaltung zum Asset Management, vom Kostenblock zur Werterhaltung. Darüber hinaus offeriert das Unternehmen die erforderlichen Dienstleistungen, um schlechte Akteure wieder auf Vordermann zu bringen. Read the full article

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Ifat 2020: Wilo präsentiert smarte Abwasserpumpstation mit Nexos-Intelligenz

  Wassermangel steigender Feststoffgehalt im Abwasser Energieeffizienz, Feuchttücher setzen der Betriebssicherheit zu, diesen Randbedingungen folgend hat Wilo die Tauchmotorpumpe Rexa Solid-Q mit der Nexos-Intelligenz verknüpft, um so zukunftssichere Infrastrukturen und Prozesse zu ermöglichen.

Wilo-Rexa Solid-Q with Nexos Intelligence „Unter der Nexos-Intelligenz verstehen wir Systeme, die ohne das Zutun des Betreibers dazu in der Lage sind, intelligent auf Veränderungen in ihrem Umfeld zu reagieren“, erklärt Matthias Pantze, Produktmanager bei Wilo. „Wie mit der redundant ausgeführten Master-Slave-Steuerung der Rexa Solid Q: Bei einem System von bis zu vier Pumpen wird eine als der Master festgelegt, die die Steuerung innehat und den Betrieb regelt. Trotzdem besitzt jede einzelne Pumpe die gleiche Elektronik und verfügt somit über die Möglichkeit der Systemsteuerung. Die Vorteile für den Betrieb: Wenn der Master beispielsweise zu Wartungszwecken abgeschaltet wird, übernimmt eine der Slave-Pumpen sofort automatisch die Steuerung des Verbundes.“ Weitere Elemente der Nexos-Intelligenz sind nach Wilo Angaben die intelligente Energieeffizienzoptimierung und die hochentwickelte Verstopfungserkennung. Erstere bestimmt durch einen turnusmäßigen Einmesszyklus selbstständig die energetisch optimale Drehzahl für die Pumpe in ihrem aktuellen, spezifischen Systemumfeld. Damit wird unnötiger Energieverbrauch durch Rohrreibungsverluste drastisch reduziert. Die integrierte Verstopfungserkennung wiederum wird speziell auf den jeweiligen Hydrauliktyp angepasst, um ein optimales Ergebnis zu erzielen: Eine beginnende Laufradblockierung wird durch mehrere Algorithmen erkannt, automatische Pumpenreinigungszyklen entsprechend eingeleitet. Die Nexos-Intelligenz, inklusive der SPS-Regelungsfunktionen, wird bei der Rexa Solid-Q auf die neue, im Motorkopf verbaute Datenschnittstelle Digital Data Interface (DDI) aufgespielt. Die komplette Steuerungsintelligenz sitzt damit bereits in der Pumpe. Dadurch ist der Frequenzumrichter ohne Funktionsverlust austauschbar, eine zusätzliche, externe Steuerung wird nicht mehr benötigt. Smarte Abwasserpumpstation, intelligente Systemlösung Die Abwasserpumpe Rexa Solid-Q wurde für die Förderung von Rohabwasser in mittelgroßen Pumpstationen konzipiert, sowohl in Nass- als auch in Trockenaufstellung. Das im Motor integrierte DDI beinhaltet die IP-basierte, digitale Ethernet-Schnittstelle sowie einen Datenlogger, ein digitales Typenschild und eine integrierte Schwingungsüberwachung: „Mit der integrierten Ethernet-Schnittstelle kann die Pumpe trotz umfangreicher Sensorik über nur einen Stecker so einfach wie nie mit der Anlage vernetzt werden“, so Pantze. Mittels integriertem Webserver wird die Rexa Solid-Q über die Netzwerkschnittstelle – via extern angeschlossenem Touch-Panel – oder direkt über den Computer lokal gesteuert und überwacht. Über den Internetbrowser kann die Systemoberfläche dabei unabhängig vom verwendeten Betriebssystem problemlos aufgeschaltet werden. Neben der Bedienungsanleitung sind hier auch das Typenschild sowie Motor- und Hydraulikdaten hinterlegt. Durch die Verwendung standardisierter Netzwerkprotokolle ist auch die Einbindung in Cloudbasierte Fernübertragungstechnik problemlos möglich. Im integrierten Datenlogger werden sämtliche Betriebsdaten wie Wicklungs- und Lagertemperatur, aber auch externe Sensoren wie Leistungsdaten des Umrichters oder der Füllstand des Schachtes gespeichert. Ein Export über den Webserver ermöglicht es dem Betreiber, weitergehende Analysen aus den Informationen zu generieren oder im Schadensfall mögliche Fehlerquellen in der Anlage zu identifizieren. Der IE5-Hocheffizienzmotor mit Permanentmagnettechnik erzielt hohe elektrische Wirkungsgrade über einen deutlich breiteren Lastbereich gegenüber der Asynchrontechnik, sodass die Energiekosten auch im Teillastbetrieb geringgehalten werden können.

Die neue Solid-Q Hydraulik Die neue Solid-Q Hydraulik ist ähnlich der bereits bekannten Solid-G Laufräder, durch ihre zwei Schaufeln erzielt sie jedoch einen höheren Wirkungsgrad und ist bei tendenziell geringeren Vibrationen besonders für die Regelung am Frequenzumrichter geeignet. Somit lässt sich der Betriebspunkt variabel einstellen, wobei dank der integrierten, intelligenten Funktionen keine Abstriche bei der Betriebssicherheit gemacht werden müssen. www.wilo.com           Read the full article

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Umfassendes Condition Monitoring soll für alle Anlagen erschwinglich gemacht werden

  Aus Kostengründen werden im Produktionsumfeld meist nur prozesskritische Maschinen permanent überwacht, das bedeutet, dass nicht selten bis zu 95 Prozent der Aggregate entweder gar nicht oder nur routen-basiert durch manuelle Messungen überwacht werden. Dies will Schaeffler mit dem System Optime ändern: Instandhalter und Anlagenbetreiber soll eine flächendeckende und automatisierte Zustandsüberwachung wirtschaftlich ermöglicht werden. Optime bietet  nach Herstellerangaben „insbesondere für indirekt prozesskritische Aggregate ganzer Maschinen- und Anlagenparks eine effiziente und einfach zu nutzende Condition-Monitoring-Lösung im unteren Preissegment. „

Optime soll insbesondere für indirekt prozesskritische Aggregate ganzer Maschinen- und Anlagenparks eine effiziente und einfach zu nutzende Condition-Monitoring-Lösung im unteren Preissegment werden. Optime sein ein unkompliziert erweiterbares System, das grundlegend aus kabellosen, batteriebetriebenen Schwingungssensoren, einem Gateway und einer App zur Visualisierung der Analyseergebnisse besteht. Die von den Sensoren erfassten Daten werden mit speziell entwickelten Algorithmen analysiert. Die Algorithmen basieren auf dem Schaeffler-Wissen, den über Jahrzehnte weiterentwickelten physikalischen Modellen und den Zustandsüberwachungserfahrungen aus dem Wälzlagerservice. Optime erkennt mit einer Vorlaufzeit von mehreren Wochen Schäden an den jeweiligen Komponenten von zum Beispiel Elektromotoren und Pumpen, sowie Unwuchten, fehlerhafte Ausrichtung und Anschlagen. Die App visualisiert Trendverläufe, die Schwere von Vorfällen mittels Ampel-Farben, Alarme und weitere Informationen. Die Aggregate können nach Bedarf gruppiert werden und ihr Zustand ist für die Nutzergruppen in unterschiedlichen Ansichten darstellbar. Konkrete Handlungsempfehlungen machen es betriebsinternen Instandhaltern oder auch Servicefirmen leicht, Wartungsmaßnahmen, Personaleinsatz und Ersatzteilbeschaffung rechtzeitig und kosteneffizient zu planen. Einfache und schnelle Inbetriebnahme Für die Installation und Inbetriebnahme benötigen Instandhalter keinerlei Condition-Monitoring-Kenntnisse. Innerhalb eines Tages können – so eine Schaeffler Information „mehrere Hundert Messpunkte aufgesetzt werden. Die Schwingungssensoren werden an den Aggregaten verschraubt oder verklebt und per Nahfeldkommunikation (NFC) über die App aktiviert. Alle Sensoren verbinden sich selbstständig untereinander und mit dem Gateway zu einem eigenständigen Mesh-Netzwerk, das zu den aktuell zuverlässigsten und energiesparendsten IoT-Netzwerken der Branche gehört. Im Mesh-Netzwerk übermitteln die Sensoren Vibrations- und Temperatur-Rohdaten sowie KPIs der Aggregate über das Gateway an den Schaeffler-IoT-Hub. Dort erfolgt die Datenanalyse und die Ergebnisse werden an die App zur Ausgabe auf unterschiedlichsten Endgeräten der Instandhalter und Anlagenbetreiber gesendet. Alternativ können die Ergebnisse zur Integration in die IT-Umgebung des Kunden über eine REST-API-Schnittstelle zur Verfügung gestellt werden.“

Optime ist ein unkompliziert erweiterbares System und besteht grundlegend aus kabellosen, batteriebetriebenen Schwingungssensoren, einem Gateway und einer App zur Visualisierung der Analyseergebnisse. Bis zu 50 Prozent Kostenersparnis Im Vergleich zu monatlichen Offline-Messungen mit Handgeräten sind mit Optime so eine Schätzung des Unternehmens „Kosteneinsparungen von circa 50 Prozent realisierbar. Gleichzeitig bietet das System im Vergleich zu den meisten kabellosen Online-CMS eine qualitativ hochwertigere Überwachung mit komplexer, Algorithmus-basierter Analytik. Wird mit Optime auch die Vielzahl der Aggregate überwacht, für die eine Zustandsüberwachung bisher nicht wirtschaftlich war, ist erstmals ein umfassender Blick auf den Maschinenzustand erreicht, der alle Subsysteme und auch Nebenaggregate einschließt. Erst, wenn der Zustand aller Assets automatisiert erfasst und verfolgt wird, können ungeplante Stillstandzeiten von Maschinen und Anlagen zuverlässig vermieden werden.“ www.schaeffler.com Read the full article

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Plug-and-Play-Digitalisierung von Pumpen in Brownfield-Anlagen

Fachbeitrag von Miriam Rischer Industrie 4.0, Digitalisierung, Digitale Transformation – unabhängig davon, welcher dieser Begriffe bevorzugt wird, sie sind nach wie vor in aller Munde. Häufig stellt sich jedoch die Frage, wie in einer Fertigung in einem gewachsenen Betrieb, also im Brownfield, die Herausforderung der Digitalisierung konkret angegangen werden kann. Erste konkrete Schritte können dabei helfen, Digitalisierung erlebbar zu machen und Abläufe effizienter zu gestalten. Mit Blick auf Pumpen stellt sich diese Frage natürlich auch: Wie können Pumpen fit gemacht werden für die Zukunft? Wie können Abläufe rund um Instandhaltung und Wartung der Pumpe durch Digitalisierung besser gestaltet werden? Wie werden Pumpen smart? Und gibt es hier eine Möglichkeit, mit verhältnismäßigem Aufwand konkret zu starten? Der Frankenthaler Pumpen- und Armaturenhersteller KSB bietet hierfür seit September 2018 eine Lösung an. KSB Guard heißt die Überwachungslösung, die es ermöglicht, vorhandene Pumpen sogar im laufenden Betrieb in die digitale Welt zu überführen.

Abb. 1 Einfache Montage der Sensoreinheit an der Pumpe. Das Gerät besteht aus einer Sensoreinheit, die einen Temperatur- und Schwingungssensor beinhaltet. Der Schwingungssensor misst mit einer Genauigkeit von 1 kHz und in allen drei Raumachsen. Diese Einheit wird an einer Pumpe – unerheblich ob KSB-Pumpe oder nicht – per Industrieklebstoff befestigt. Das ist im Prinzip an allen trocken aufgestellten Pumpen möglich, und zwar sogar, während die Pumpe läuft. Eine zweite Hardwarekomponente ist die Sende- und Batterieeinheit. Sie wird per Kabel mit der Sensoreinheit verbunden und sorgt für die Stromversorgung der Sensorik. Dadurch entfällt auch die Notwendigkeit, ein zusätzliches Kabel zur Pumpe zu ziehen, um die Sensorik mit Energie zu versorgen. Die Batterien haben dabei eine Lebensdauer von bis zu fünf Jahren und sind einfach austauschbar.

Abb. 2 KSB Guard in der Anlage verbaut. Per Funk werden die aufgenommenen Daten an ein Gateway geschickt – die dritte Hardwarekomponente. Ein Gateway kann dabei aber bis zu 20 Sensoreinheiten versorgen und bringt durch die eingebaute SIM-Karte die notwendige Konnektivität in das Mobilfunknetz mit sich. Dadurch ist die gesamte Strecke der Kommunikation durch KSB definiert und abgesichert und der Aufwand zur Installation und Inbetriebnahme ist minimal. Um die verfügbaren Informationen zur Pumpe abzurufen, muss die Pumpe lediglich in der zugehörigen KSB Guard App oder dem Web-Portal angelegt werden. Dabei werden Typenschilddaten der Pumpe und des Motors abgefragt. Im Fall einer KSB-Pumpe werden diese Daten basierend auf der Seriennummer der Pumpe aus KSB-Datenbanken abgerufen und sind direkt verfügbar. Aber auch, wenn das nicht der Fall ist, dauert das Eingeben der Daten nur wenige Minuten und ist nicht schwieriger als das Ausfüllen der Eingabemaske in einem Onlineshop. Eine weitere Parametrierung ist nicht erforderlich. Die gesamte Installation und Inbetriebnahme sind damit so effizient, dass es ein Leichtes ist, die vorhandenen Pumpen in einem Betrieb smart und damit fit für die Zukunft zu machen.

Abb. 3 Einfacher Zugriff über Smartphone oder Tablet. Im Web-Portal oder der App sind nach der Inbetriebnahme eine Vielzahl von Informationen abrufbar. Für Pumpen des Herstellers können über die Seriennummer zusätzlich Dokumente, wie das Datenblatt oder eine Schnittzeichnung, in der App oder im Web-Portal abgerufen werden – ein Suchen nach Pumpeninformationen gehört damit der Vergangenheit an. Daneben besteht die Möglichkeit, auf einfache und schnelle Art und Weise eine Lebenslaufakte der Pumpe zu pflegen und abzurufen. Wartungen und Reparaturen können mit wenigen Klicks festgehalten werden und sind für alle Verantwortlichen sichtbar.

Abb. 4 Der zeitliche Verlauf der mittleren Schwinggeschwindigkeiten kann über die App oder das Web-Portal abgerufen werden. Besonders wertvoll sind natürlich die Zustandsdaten der verbauten Aggregate. Dabei sind nicht nur der aktuelle Wert der Temperatur und der mittleren Schwinggeschwindigkeit abrufbar, sondern auch die Trends. Durch eine Messung einmal pro Stunde (optional auch häufiger) sind Zeitreihen der Daten verfügbar, die es ermöglichen, Veränderungen des Pumpenzustands zu erkennen. Zu diesem Zweck sind auch Alarm- und Warnungsgrenzwerte definiert. Werden die Grenzwerte erreicht, wird eine Alarm- oder Warnmeldung ausgegeben. Eine solche Meldung kann auch als E-Mail oder als Push-Nachricht auf dem Handy oder Tablet erscheinen – ganz so, wie es am besten passt. Die Grenzwerte selbst sind dabei in der App oder dem Web-Portal veränderbar, so dass eine individuelle Anpassung für jede Pumpe möglich wird. Neben den Informationen zur Temperatur und der mittleren Schwinggeschwindigkeit sind auch ein Betriebsstundenzähler und das Lastprofil sowie der Lastzustand der Pumpe abrufbar. Anhand der detektierten Schwingung kann die Drehzahl der Pumpe festgestellt werden – damit ist zunächst klar, ob die Pumpe läuft oder steht. Für Pumpen ohne Drehzahlregelung wird basierend auf der Drehzahl und einem von KSB patentierten Algorithmus festgestellt, in welchem Lastzustand sich die Pumpe befindet – Überlast, Optimum, Teillast oder extreme Teillast. Damit hilft KSB Guard auch, Energieeinsparpotenziale aufzudecken und Anlagen dahingehend zu optimieren.

Abb. 5 Bei auffälligen Werten werden Alarme und Warnungen erzeugt, damit frühzeitig reagiert werden kann. Der größte Nutzen von KSB Guard besteht aber sicher darin, dass durch das Beobachten von Temperatur und Schwingung und den darauf beruhenden Warn- oder Alarmmeldungen eine Veränderung des Pumpenzustands frühzeitig bemerkt werden kann. Dadurch kann reagiert werden, bevor es zu Ausfällen oder größeren Schäden an der Pumpe kommt. In der Praxis hat sich dieses Frühwarnsystems schon in vielen Anwendungen bewährt. So konnte zum Beispiel schon eine drohende Verstopfung bei einer großen, trocken aufgestellten Abwasserpumpe frühzeitig detektiert werden. Das Pumpwerk transportiert Rohabwasser, so dass es immer wieder zu Verstopfungen kommt. In der Vergangenheit waren darauf zahlreiche Ausfälle und kostenintensive Reparaturen zurückzuführen. Dazu kommt, dass das Pumpwerk abseits liegt und nicht unter ständiger Beobachtung ist. KSB Guard hat sich damit ideal dafür angeboten, das Pumpwerk auf einfache und kostengünstige Art und Weise mit einer Überwachung auszustatten. Im vorliegenden Fall wurde durch KSB Guard festgestellt, dass die mittlere Schwinggeschwindigkeit immer weiter anstieg. Auf dieser Basis wurde dann Servicepersonal zum Pumpwerk geschickt, das die Ursache für die höheren Schwingungen und die drohende Verstopfung beseitigen konnte. Ohne KSB Guard wäre es hier mit hoher Wahrscheinlichkeit zu einem Ausfall und entsprechenden Schäden an der Pumpe gekommen. Ein weiteres Beispiel betrifft eine Rohrgehäusepumpe, die auf Grund von lebensdauergeschmierten Gleitlagern für viele Jahre wartungsfrei arbeitete. Durch die langjährige Nutzung von mehr als 40 Jahren unterliegen jedoch auch diese mechanischen Komponenten einem Verschleiß. Um die maximale Betriebssicherheit nach wie vor zu gewährleisten, war KSB Guard auch hier die erste Wahl, um die Pumpe einfach und schnell mit einer Überwachung auszustatten. Auch in diesem Fall wurde nach einiger Zeit ein Anstieg der Schwingungswerte gemessen. Daraufhin wurde festgestellt, dass sich die Pumpe händisch nicht mehr bewegen ließ. Die Pumpe wurde deshalb demontiert, um eine Havarie mit sehr kostspieliger Instandsetzung oder gar Neuanschaffung zu vermeiden. Mit KSB Guard wird damit jede Pumpe schnell und einfach Teil des „Industrial Internet of Things“ und eine bestehende Pumpenanalage kann ohne jedes Risiko auf eine neue Stufe der Transparenz gehoben werden. www.ksb.com Read the full article

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Hohe Verfügbarkeit durch smarte Pumpen und digitale Antriebsstränge

  Smarte Sensoren für Pumpen helfen, Ineffizienzen in Pumpensystemen zu erkennen sowie Betriebsrisiken und den Wartungsaufwand zu reduzieren. Die digitale Vernetzung von Pumpen mit anderen Anlagenkomponenten wie Frequenzumrichtern, Motoren und Stehlagern mithilfe der Lösung ABB Ability Condition Monitoring für den Antriebsstrang ermöglicht zusätzlich eine umfassende Analyse und Überwachung des gesamten Antriebsstrangs. Betreiber von industriellen Anlagen stehen vor gleich mehreren Herausforderungen. Zum einen müssen sie die Verfügbarkeit der Anlagen sicherstellen, denn eine veraltete Infrastruktur birgt ein hohes Risiko für plötzliche Ausfälle. Zum anderen geht es vielerorts darum, mittels einer intuitiven Bedienung Sicherheitsrisiken durch das Wartungspersonal zu reduzieren. Ein weiterer Punkt ist das Management des Anlagenzustands (Asset-Health-Management). Bei anlagenintensiven Branchen gilt es zunehmend, die Betriebsmittel noch besser zu nutzen und instand zu halten. Hier können durch eine Fernüberwachung von Schlüsselparametern eine zuverlässige Frühwarnung gewährleistet und Empfehlungen für die Wartung gegeben werden. Eine zusätzliche Herausforderung ist die Energieoptimierung. Durch eine Analyse der Leistung der Komponenten lassen sich Energieeinsparpotenziale aufzeigen. Ein letzter Punkt ist die Remote-Unterstützung. Die Anlagenbetreiber sollten überall und jederzeit von Experten unterstützt werden können und Zugriff auf die technische Dokumentation und die Wartungshistorie haben. Intelligente Wartung und Zustandsüberwachung ABB bietet mit ABB Ability digitale Lösungen, um diese Herausforderungen zu meistern. Sie helfen, ein Asset-Health-Management sicherzustellen, frühzeitig vor Problemen zu warnen, Energieeinsparpotenziale zu identifizieren und stellen Know-how zur Verfügung, wo immer dies erforderlich ist.

In Zusammenarbeit mit dem Schweizer Pumpenhersteller Emile Egger hat ABB den ABB Ability Smart Sensor für die Fernüberwachung von Pumpen weiterentwickelt. Bei Anwendungen mit Kreiselpumpen ist der ABB Ability Smart Sensor für Pumpen die Komponente, die herkömmliche Pumpen in smarte, drahtlos verbundene Geräte verwandelt. Mithilfe der vom Sensor gelieferten Daten können wertvolle Informationen über den Zustand und die Leistung einer Pumpe abgeleitet werden. Dadurch kann die Wartungsplanung auf Basis des tatsäch­lichen Bedarfs anstatt allgemeiner Wartungspläne erfolgen. Ineffizienzen im System werden erkannt, Gefahren für den Betrieb reduziert und der Wartungsaufwand vermindert. Außerplanmäßige Stillstandszeiten können somit verhindert, die Wartungskosten gesenkt und die Anlagenlebensdauer verlängert werden. ABB hat den ABB Ability Smart Sensor für Pumpen in Zusammenarbeit mit dem Schweizer Pumpenhersteller Emile Egger entwickelt. Der Sensor erfasst an der Pumpenaußenseite mit der Vibration und Temperatur die wich­tigsten Betriebsparameter der Pumpe, anhand derer ein Ausfall vorausgesagt werden kann, bevor es kritisch wird. Die Pumpenzustandsindikatoren werden mit diesen Messwerten berechnet und dienen der frühen Erken­nung genereller Probleme bei Pumpen wie Lager­schaden, Probleme an den Pumpenschaufeln, ge­lockerter Sitz, Unwucht oder Überhitzung. Der Sensor überträgt die Daten mit der integrierten, drahtlosen Bluetooth Low Energy­-Technik an ein Smartphone, Tablet oder einen stationären Bluetooth-Gateway. Für die Datenkommunika­tion werden Verschlüsselungsprotokolle nach Indus­triestandard verwendet. Alle Daten werden an einen sicheren, cloud­basierten Server übertragen und dort in verschlüsselter Form gespeichert. Der Ability Smart Sensor für Pumpen ist auch eine interessante Lösung für Pumpen in gefährlichen Betriebsumgebungen oder an schwer zugänglichen Standorten. Solche Pumpen stellen häufig eine Gefahr für die Arbeitssicherheit dar und haben auf­grund unzureichender Wartung eine größere Ausfall­wahrscheinlichkeit. Die drahtlose Übertragung der Pumpendaten an die Cloud erlaubt es Pumpenfach­leuten, den Wartungsbedarf aus der Ferne zu ermitteln. Dies erhöht die Arbeitssicher­heit, spart Zeit und verbessert die Zuverlässigkeit. Den gesamten Antriebsstrang im Blick

ABB Ability Condition Monitoring für den Antriebsstrang bietet volle Transparenz bei allen Parametern des Antriebsstrangs. Wer nur einzelne Betriebsmittel, wie die Pumpen, betrachtet, kann leicht den Überblick über das Ganze verlieren und damit die Verfügbarkeit der gesamten Anlage aufs Spiel setzen. Eine Antwort darauf ist Ability Condition Monitoring für den Antriebsstrang. Vom Pumpensensor erfasste Daten können mit dieser Lösung mit Daten anderer angeschlossener Kompo­nenten wie Motoren und Frequenzumrichter kombiniert werden. Der Fernzugriff auf diese Daten sowie eine Fernanalyse ermöglichen tiefere Einblicke in den Zustand des Gesamtprozesses. ABB Ability Condition Monitoring für den Antriebsstrang ist eine Zusammenfassung von digitalen Services zur Zustandsüberwachung, darunter das Smart Sensor-Portfolio. Das intelligente System umfasst Motoren, Generatoren, Frequenzumrichter, mechanische Kraftübertragungskomponenten wie Lager, Kupplungen und Getriebe sowie Anwendungen wie Pumpen, Lüfter, Kompressoren, die mit Sensoren ausgestattet sind und über Cloud-Konnektivität verfügen. Dies ermöglicht die volle Transparenz bei allen Parametern des Antriebsstrangs. Werden ungewöhnliche Indikatoren erkannt, werden Benachrichtigungen ausgegeben. Die Kombination von Daten über Antriebskomponenten hinweg ermöglicht effiziente, vorhersehbare Wartungsmaßnahmen. Da der konfigurierbare digitale Antriebsstrang über ein einzelnes Betriebsmittel hinausgeht, kann damit die gesamte Anwendung in einem einzigen Portal überwacht werden. Neben dem ABB Ability Smart Sensor für Pumpen umfasst die Condition-Monitoring-Lösung folgende Aspekte: ABB Ability Condition Monitoring für Frequenzumrichter überwacht Parameter wie die Verfügbarkeit der angeschlossenen Frequenzumrichter, Umgebungsbedingungen sowie Störungen, um mögliche Probleme frühzeitig zu erkennen und notwendige Wartungsmaßnahmen einzuleiten. ABB Ability Smart Sensor für Motoren ermöglicht eine vorausschauende Analyse von Motoren, die die Verfügbarkeit erhöhen und gleichzeitig den Energieverbrauch senken kann. ABB Ability Smart Sensor für Stehlager liefert Zustandsinformationen über Stehlager im Antriebsstrang, die kritische Komponenten im Gesamtsystem sind und Frühindikatoren von Problemen sein können. Einheitliche Visualisierung

Vom Pumpensensor erfasste Daten können mithilfe des digitalen Antriebsstrangs mit Daten anderer Anlagenkomponenten kombiniert werden, um tiefere Einblicke in den Zustand des Gesamtprozesses zu erhalten. ABB Ability Condition Monitoring für den Antriebsstrang bietet Anwendern den Nutzen einer einheitlichen Visualisierung des Gesamtsystems. Die Nutzer können dadurch Maßnahmen für reduzierte Stillstandszeiten, eine verlängerte Anlagenlebensdauer, zur Kostensenkung sowie für eine höhere Betriebssicherheit und Rentabilität ergreifen. Ein besonderer Vorteil der gesamten Antriebsstrang-Analyse ist die Tatsache, dass alle Komponenten ihre Zustände im Dashboard des Nutzerportals per Ampel melden. Die auf der intuitiven Schnittstelle angezeigte Ampel gibt einen raschen Überblick über alle überwachten Komponenten. Grün heißt, dass die Komponente in Ordnung ist, Gelb zeigt dem Anwender an, sie unter Beobachtung zu halten und Rot besagt, dass ein erhebliches Problem besteht. Instandhalter und Betriebspersonal können dadurch einen systematischen Blick auf ihre Antriebsstränge bewahren und gleichzeitig in die Tiefe der Details, z. B. Schwingungs- oder Temperaturdaten, eintauchen. www.abb.de Read the full article

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Wälzlagerdiagnose und ISO10816 in einem - geht das?

Fachbeitrag von Dipl.-Ing. Frank Ringsdorf Als Basis für die Beurteilung des Schwingungsveraltens von Maschinen und Anlagen wird häufig die DIN ISO 10816 herangezogen, die das Vibrationsniveau mit der Höhe der Schwinggeschwindigkeit in mm/s bewertet. Die Schwinggeschwindigkeit ist ein Maß für den Energieinhalt von Schwingungen. Die Schwinggeschwindigkeit bietet jedoch nur in seltenen Fällen eine zuverlässige Grundlage für eine Wälzlagerdiagnose, zumal sich Wälzlagerschäden gerade am Anfang nur durch sehr kleine Energiemengen in der Gesamtschwingung bemerkbar machen. Im Rahmen von CMS-Konzepten ist es überaus wichtig Wälzlagerschäden zu erkennen, bevor die durch sie erzeugte Schwingungsenergie zu gravierenden Schäden führt. Zumal das Verhalten von der ersten Schädigung bis zum Totalausfall in der Regel nicht linear verläuft und damit sehr schwer vorhersehbar wird. Neben der Wälzlagerdiagnose sind die Lager-Temperaturüberwachung, Ölpartikelanalyse und Motorstromanalyse weitere Bausteine eines umfänglichen CMS-Konzeptes. Nachfolgend werden die technischen Möglichkeiten mit Ihren produkttechnischen Lösungen kurz erläutert und deren Vor- und Nachteile dargestellt. Transmitter Die reine Überwachung von Schwingungen nach DIN ISO 10816 unterscheidet die Bewertungszonen A, B, C und D: A = neue Maschine, B = geeignet für Dauerbetrieb, C = nur noch begrenzte Zeit lauffähig, D = Schäden an der Maschine können entstehen. Für viele Maschinenklassen und Leistungsbereiche hält die Norm Vorgabewerte für die zulässigen Schwinggeschwindigkeitswerte pro Bereich bereit. Viele Maschinenbauunternehmen, die wälzgelagerte Maschinen, wie Pumpen, Lüfter oder Verdichter herstellen, wollen wiederum Ihren Endkunden eine normgerechte Schwingungsüberwachung bieten und suchen nach preiswerten Realisierungsmöglichkeiten. Die preiswerteste Lösung die Schwinggeschwindigkeit zu messen sind Transmitter. Transmitter erfassen alle Schwingungsanteile in festen Frequenzbereichen (typisch 10…1.000Hz) und bilden den gemessen Schwingungspegel als RMS Wert auf einem 4…20 mA Signal ab. Transmitter sind aus Kostengründen typischerweise mit MEMs aufgebaut. MEMs sind für diese Anwendung gut geeignet. Vor allem sind sie preiswerter als Sensoren mit Piezo-Elementen. Nachteilig an Transmittern ist deren Eigenschaft nur einen sehr begrenzten Frequenzbereich zu betrachten. Der Bereich unterhalb von 10 Hz (je nach Bauart tiefer) bleibt unberücksichtigt, was im Fall sehr langsam drehender Maschinen zu gravierenden Auswirkungen führen kann. Entstehen Unwuchten - die sich in der ersten harmonischen der Drehfrequenz auswirken - bleiben diese unter Umständen unberücksichtigt, da unterhalb 10Hz. Die Maschine kann bereits bedrohlich schwingen, der 4 bis 20 mA Messwert zeigt jedoch noch keine Auffälligkeiten.

Abb. 1 Der Transmitter Um diesen Effekt zu berücksichtigen, bietet die Firma Avibia Transmitter mit einem breiteren Frequenzbereich an (Abb. 1). Wälzlagerschäden verursachen im Anfangsstadium eher hochfrequente Signalanteile (Stossimpulse). Selbst wenn diese Frequenzen im Messbereich des Transmitters liegen, fallen kurze Stossimpulse im Gesamtpegel kaum auf und bleiben solange unberücksichtigt, bis eine Lagerschädigung genug Schwingungsenergie erzeugt. Das kann jedoch erst der Fall sein, wenn der Schaden ein weit fortgeschrittenes Stadium erreicht hat. Messgeräte zur Messung von Stossimpulskennwerten Lagerschäden verursachen typischerweise Stossimpulse. Ist zum Beispiel der Außenring eins Lagers durch Materialverschleiß geschädigt, muss die Kugel im Lager über diese Beschädigung „hinwegrumpeln“ und erzeugt dabei jeweils einen mit Beschleunigungssensoren messbaren Stossimpuls. Die Wiederholfrequenz dieses Stossimpulses ist dabei sowohl von der Drehzahl als auch der Lagergeometrie abhängig, was die Auswertung komplizierter und teurer als mit Transmittern macht. Stossimpulse beinhalten hohe Frequenzanteile. Um diese sicher zu erfassen und zu bewerten muss das Messignal gefiltert werden. Aus dem gefilterten Zeitsignal werden Kennwerte gebildet. Bedeutungsvoll sind in diesem Zusammenhang Lagerschadenskennwerte wie Curtosis, BCU- oder der k(t)-Wert, sogenannte Stossimpulskennwerte. Diese Kennwerte liefern, über die Zeit betrachtet, einen Trend, der dem Gesundheitszustand eines Wälzlagers verdeutlicht. Wälzlager können mit Handmessgeräten in regelmäßigen Abständen geprüft oder mit fest installierten Systemen überwacht werden.  Der Nachteil von Handmessungen ist der zeitliche Abstand der Einzelmessungen und der damit verbundene Personalaufwand. Routengänge an fest definierten Messtellen und automatischer Messtellenerkennung vereinfachen diese Methode, ein permanentes Monitoring ersetzen sie jedoch nicht.

Abb. 2 Messgeräte zur Messung von Stossimpulskennwerten Für die stationäre Wälzlagerdiagnose mit Stossimpulsmessung und kombinierter Schwinggeschwindigkeitsmessung sind modular aufgebaute Komplettlösungen verfügbar. Zum Einsatz kommen industrietaugliche, galvanisch entkoppelte Piezo-Beschleunigungssensoren in Verbindung mit Auswertungsgeräten. Mit diesen Lösungen ist mit einem Sensor parallel die normgerechte Messung der Schwinggeschwindigkeit und die Stossimpulsüberwachung möglich. Avibia bietet ein modulares System von 1 bis 8 Kanälen als Gesamtlösung mit passenden Beschleunigungssensoren. Hüllkurvenfrequenzspektrum In der nächsten Stufe der Wälzlagerdiagnose wird das Zeitsignal in den Frequenzbereich überführt und in Form eines Hüllkurvenfrequenzspektrum ausgewertet. Diese Methode ermöglicht eine sehr genaue Bestimmung, nicht nur der grundsätzlichen Lagerschädigung, sondern auch deren Ursache im Lager. Jedem Bauteil eines Wälzlagers, dem Außen- und Innenring, dem Käfig und den Wälzkörpern sind direkt vom Lagerhersteller Schadenssymptomfrequenzen zugeordnet, die sich im Hüllkurvenfrequenzspektrum je nach Ausprägung des Schadens abbilden. Das Verfahren ermöglicht fundierte Aussagen über die Ursache und Höhe einer Lagerschädigung und kann zu einer Restlaufzeitberechnung herangezogen werden. Avibia bietet das webbasierte System AVT8 an, mit dem eine Hüllkurvenanalyse und Ankopplung an eine firmenübergreifende Instandhaltungs-Software möglich ist.   Read the full article