Fehler erkannt

Bernd Geropp - Von Problemen mit einer Maschine bleibt kaum ein Anwender verschont - auch wenn er es nicht zugibt. Der ungeplante Stillstand ist gefürchtet und Mut zum Risiko, die falsche Haltung. »Condition Monitoring spart Stillstandskosten«, findet Geropp.

15. September 2005

Was macht Condition Monitoring heute so interessant?

Wenn es in einem Unternehmen zu einem ungeplanten Stillstand der Anlagen kommt, entstehen hohe Ausfallkosten. Kein Anlagenbetreiber möchte, dass ihm das noch einmal passiert. Ein zu spät erkannter Fehler verursacht Kosten, die vermeidbar gewesen wären. Wir analysieren mögliche Problemstellen an seiner Maschine und unterbreiten einen Vorschlag für ein Überwachungssystem.

Versprechen Sie goldene Zeiten ohne Stillstand?

Nein, wir sagen nicht, dass Condition Monitoring das Allheilmittel gegen alle Schäden ist. Aber es kann einen ungeplanten Stillstand aufgrund eines sich abzeichnenden Lager- oder Getriebeschadens verhindern.

Wie funktioniert die Schadensvorbeugung bei Windenergieanlagen?

Dort sind z. B. Ausfälle durch Lager oder Getriebeschäden gefürchtet, deshalb verlangen die Versicherungen ein Überwachungssystem. Die Betreiber stehen nicht selten vor der Alternative, die Anlage überwachen zu lassen oder teure Revisionsklauseln in Kauf zu nehmen. Das bedeutet, kompletter Austausch des Getriebes und aller Lager nach 40.000 Betriebsstunden bzw. fünf Jahren. Condition Monitoring (CM) erweist sich im Vergleich als wesentlich wirtschaftlicher. Der Kunde wechselt die Lager dann, wenn sich ein Schaden abzeichnet.

Wieviel Überwachungssysteme haben Sie derzeit in der Windkraft installiert?

Wir haben zurzeit über 100 Wi-Pro-Überwachungssysteme in Windkraftanlagen installiert. Davon werden etwa 50 aus der Ferne von unserer Ferndiagnose-Zentrale überwacht.

Welche Sensoren werden dazu eingesetzt?

Das sind in der Regel Standard-Beschleunigungssensoren. Die nachgeschaltete Auswerteeinheit erkennt zum Beispiel Auswucht- oder Ausrichtprobleme, Wälzlagerdefekte oder dass eine Verzahnung nicht in Ordnung ist. Es geht dabei um einiges mehr, als nur einen Kennwert zu ermitteln oder die Temperatur zu überwachen. Zur detaillierten Diagnose gehört auch das Frequenzspektrum, in dem wir bestimmte Frequenzbereiche schmalbandig überwachen. Gerade für Windkraftanlagen oder bei Getrieben allgemein Auswerteeinmuss die Drehzahl immer mit berücksichtigt werden. Sobald sie sich verändert, werden die Alarmwerte angepasst. Alarmschwellen einzustellen ist diffizil, da sie teilweise abhängig sind von der Drehzahl, der Last bei Getrieben oder anderen Parametern der Anlage. Diagnose im Sinne von Condition Monitoring kann nicht jeder.

Windkraft gilt als das Paradebeispiel für vorbeugen statt heilen. Wo hat sich Condition Monitoring bisher ähnlich markant etabliert?

Ein weiterer Vorreiter in Sachen Condition Monitoring ist die Papierindustrie. Eine große Papiermaschine mit einer Länge bis zu 100 Metern enthält oft mehrere tausend Lager. Fällt auch nur ein winziges Lager in diesem System aus, steht die ganze Maschine. Eine Stunde Stillstand kann dort bis zu 30.000 Euro kosten. Ein Anlagenstillstand von drei bis vier Stunden kann dann richtig teuer werden.

In welcher Höhe wollen Sie die Anlagenverfügbarkeit steigern?

Eine gut ausgelastete Papierfabrik sollte eine Verfügbarkeit von 95 bis 98 % aufweisen. Bei Verfügbarkeiten unter 90 % besteht dringend Handlungsbedarf. Aber selbst 5 % Stillstandszeiten sind eigentlich schon zuviel: unter der Prämisse, dass hiervon die Hälfte ungeplant ist, kommt man schnell auf 5.000.000 Euro. Wenn per CM die Verfügbarkeit nur um 0,5 % gesteigert werden kann, hat der Betreiber echte Freude an diesen Einsparpotenzialen.

Welche grundlegenden CM-Systeme gibt es?

Portable Systeme bestehen aus einem Datenkollektor. Damit geht man regelmäßig von Messstelle zu Messstelle, setzt einen Sensor an, drückt auf das Knöpfchen und misst. Alternativ dazu gibt es die permanent installierten Online-Systeme. Dabei sind die Sensoren und die Überwachungseinheit permanent installiert, damit das System automatisch misst.

Wie funktioniert ein Online-Überwachungssystem?

Permanent installierte Sensoren sind die Basis, von der die Informationen über den Anlagenzustand ausgehen. Etwa einmal pro Stunde wird jeder Sensor angesteuert: Daten wie Schwingung und Temperatur werden erfasst und in Relation zur aktuellen Drehzahl und vielleicht zur Last ausgewertet. So wird der Anlagenzustand vollautomatisch diagnostiziert und eine Warnung gesendet, sobald sich ein Fehler anbahnt. Ein Diagnoseexperte der F’IS oder des Anlagenbetreibers stellt dann fest, ob diese Meldung bereits auf einen Lagerschaden oder Verzahnungsschaden hindeutet: Zeichnet sich ein Defekt ab, sieht er beim nächsten geplanten Stillstand vor, die Lager zu wechseln, oder eine diagnostizierte Unwucht zu beseitigen. Online-Überwachungssysteme bieten dem Kunden gegenüber portablen Systemen längere Vorwarnzeiten.

Wohin geht der Trend beim Erfassen von möglichen Störungen?

Die RSC Advisory Group schätzt den Markt für Condition Monitoring Systeme auf 500 Mio. Euro weltweit ein. Der Trend zeigt klar in Richtung Online-Kontrolle und Ferndiagnose, einen Markt, in dem wir stark wachsen und Platz eins ansteuern wollen.

Welche Anwendungen bedienen Sie noch mit CM?

Online-Systeme sind auch für große Passagierschiff e interessant. Wenn 2.000 Menschen für eine Tour auf einem Kreuzfahrtschiff viel Geld ausgeben, muss alles akkurat geplant sein. Fällt ein Antrieb des Schiffes aus, ist die Fahrt unter voller Kraft nicht möglich. Erreicht es mit satter Verspätung den Hafen, sind die Anschlussflüge nicht zu erreichen, und der Reederei entstehen hohe Kosten. Rechtzeitig zu wissen, wo etwas nicht in Ordnung ist, nutzt der Instandhaltungsplanung, denn es gibt wenig Trockendocks für solch große Schiff e. Ein weiterer ist Mining. Für Schaufelradbagger sind CM-Systeme wie geschaffen, denn wenn sie ausfallen, steht die Kohleproduktion still. Wir kontrollieren solche Bagger zum Beispiel in Chile.

Welche Möglichkeiten haben Sie für Überwachungszugriffe über Internet?

Wir überwachen in der Regel über Telefon, GSM und Ethernet und Internet. Auf Kreuzfahrtschiffen nutzen wir den großen Vorteil, dass diese permanent Internetzugang haben. Unsere Diagnosedaten können wir also per E-Mail verschicken. Das Internet ist in Verbindung mit den Ethernet-Technologien ein zentraler Kommunikationsweg. So werden vor der Küste von Angola mehrere Pumpen auf Ölbohrplattformen überwacht. Die Zustandsdaten werden über Satellitenstrecken und besonders gesicherte Internetverbindungen (VNP’s) zu uns übertragen.

Wie hoch sind die Einsatzkosten für CM-Systeme?

Das hängt von der Applikation ab. Wenn eine Papiermaschine überwacht werden soll, rechnet man mit 500 bis 1.500 Euro pro Messstelle für ein Überwachungssystem, wobei hier oft mehr als 500 Messstellen überwacht werden. Zu einer Messstelle gehört ein Sensor mit Auswertesystem und Installation. Für Condition Monitoring mit acht Sensoren in einer Windkraftanlage liegen die Kosten für ein einzelnes System in der Regel bei ca. 10.000 Euro.

Dann kommen noch die Servicekosten dazu?

Ja, wenn der Kunde das Condition Monitoring nicht selbst betreibt. Anschaffung und Service amortisieren sich in vielen Fällen bereits durch Vermeidung eines auch nur einzigen größeren ungeplanten Stillstands.

Was steht flächendeckender CM-Verbreitung noch entgegen?

In einigen Industriebereichen werden ungeplante Stillstände nicht sauber dokumentiert. Dort gibt es einen großen Nachholbedarf an Beratung und Planungssystemen für die Instandhaltung. Es macht keinen Sinn, Condition Monitoring aufs Geratewohl überall hinein zu bauen. Wir fragen deshalb zunächst nach den Maschinen, die am ehesten ›um die Ohren fliegen‹ und erkundigen uns nach der Schadenshistorie. Auf die Frage nach ungeplanten Stillständen hört man häufig, dass es solche nicht gibt. Solche Antworten gilt es dann genauer zu hinterfragen. Maschinenprobleme kommen dann schnell zutage.

Was kostet Instandhaltung?

Diese Kosten liegen meist zwischen 5 bis 10 % der Gesamtkosten. Häufig kommen diese Kosten durch rein reaktive Instandhaltung zu Stande. Wenn man statt dessen teilweise zu einer zustandsorientierten Instandhaltung übergeht, steigen Output und Anlagenverfügbarkeit.

Peter Schäfer

Zur Person

Dr.-Ing. Bernd Geropp (Jg. 1963) hat Elektrotechnik studiert und am Institut für Bergwerks- und Hüttenmaschinenkunde der RWTH Aachen über Condition Monitoring promoviert. Von 1996 bis 2000 war er geschäftsführender Gesellschafter der ACIDA in Herzogenrath. Seit 2001 ist er Geschäftsführer der FAG Industrial Services, die für die Marken INA und FAG das weltweite Servicegeschäft der Schaeffler Gruppe verantwortet.

Erschienen in Ausgabe: 06/2005