Condition Monitoring

Was ist Condition Monitoring?

Condition Monitoring, auf Deutsch Zustandsüberwachung, bezeichnet die kontinuierliche Überwachung des Zustands einer Maschine, von Fahrzeugen oder ganzen Industrie-Anlagen.

 

Für das Condition Monitoring werden mittels Sensorik kontinuierlich (Mess-)Daten erfasst, in Datenspeichern (Datenlogger oder SPS) gesammelt und mittels Software analysiert. Die eingesetzten Sensoren messen physikalische Größen, beispielsweise Drehzahlen, Temperaturen, Geschwindigkeiten, Schwingungen oder Füllstände von Betriebs- und Hilfsstoffen. Die einzelnen, durch Sensoren gesammelten, Messwerte werden anschließend digitalisiert, aufbereitet und visualisiert. So wird ein Gesamtüberblick über den aktuellen Zustand einer Maschine oder Anlage ermöglicht.

Wofür wird Condition Monitoring verwendet?

Durch ein permanentes Condition Monitoring lassen sich Veränderungen, Störungen, Defekte oder Verschleißteile, die am Ende ihres Lebenszyklus angekommen sind, im Vorfeld erkennen bevor diese der Auslöser eines Ausfalls oder Schädigung des überwachten Objektes werden. Zu den Verschleißteilen können u.a. beschädigte oder verschlissene Wälz- oder Gleitlager, undichte Ventile, Leckagen oder Ähnliches zählen.

 

Die dauerhafte Zustandsüberwachung und ein kontinuierlicher Abgleich von vordefinierten Ist- und Soll-Zuständen ermöglichn es, Abweichungen im Betriebsablauf und der Funktionalität einzelner Komponenten frühzeitig zu erkennen.

 

Condition Monitoring ermöglicht eine Instandhaltung, die nicht mehr an feststehende Zeit- oder Zyklenintervalle gebunden ist, sondern sich nach dem tatsächlichen Zustand der Maschine oder Anlage richtet. Teure Stillstandszeiten können durch Condition Monitoring deutlich reduziert werden, in dem anstehende Wartungs- und Instandhaltungsarbeiten bedarfsorientiert, schneller und nur an wirklich relevanten Komponenten durchgeführt werden.

 

Ein weiterer Aspekt des Condition Monitorings ist die erhöhte Sicherheit für die Bedienmannschaften. Da durch Condition Monitoring der Zustand einer Maschine oder Anlage dauerhaft überwacht wird, sind gefährliche, „unsichtbare“ Materialermüdungserscheinungen, beispielsweise an Werkzeugträgern, zuverlässig zu verhindern.

Unterschied von Condition Monitoring und Predictive Maintenance

Der Unterschied vom Condition Monitoring zum Predictive Maintenance, auf Deutsch „vorausschauende Wartung“, kann je nach Messaufbau und Software fließend sein. Nicht immer ist ein Predictive Monitoring nötig oder überhaupt möglich. Der Unterschied liegt in der Fähigkeit der Software und den eingesetzten Algorithmen.

 

Beim Condition Monitoring werden permanent physikalische Werte wie Temperatur, Schall, Schwingung, etc. erfasst, gespeichert und in einer Software dargestellt und partiell beurteilt. Das Condition Monitioring ist somit vor allem eine Unterstützung für Mitarbeiter bei der Wartung von Anlagen und Maschinen. Mitarbeiter erhalten durch die eingesetzte Software z.B. Mitteilungen über Grenzwert-Überschreitungen oder können anhand ihrer Erfahrung und Wissen die erfassten Anlagen-Parameter im Zusammenhang beurteilen und dadurch frühzeitig eine Wartung oder Überprüfung veranlassen. Hier erfolgt die Analyse also kurzum durch Mitarbeiter, die Daten und Maschinenzustände über die gelieferten Informationen des Condition Monitoring beurteilen. Eine altmodische und teure händische Überprüfung aller Anlagenkomponenten kann dadurch eingespart werden.

 

Beim Predictive Maintenance ist der Aufbau der Sensorik an der Maschine identisch zum Condition Monitoring. Auch die erfassten Messdaten sind die Gleichen. Der Unterschied liegt maßgeblich in der Software und den eingesetzten Algorithmen, die auch als Künstliche Intelligenz oder AI bezeichnet werden. Durch die eingesetzten Algorithmen wird es der Software möglich, Maschinen oder Anlagenzustände eigenständig zu beurteilen. Hier kann die Software durchaus die Funktion eines erfahrenen Mitarbeiters übernehmen. Im besten Fall erkennt die Software sogar von mehreren Messgrößen abhängige Zusammenhänge, die aufgrund ihrer Komplexität bisher im Verborgenen geblieben sind. Durch das Predictive Maintenance System werden selbstständig Wartungen von Maschinen veranlasst oder Anlagenteile abgeschaltet, bevor ein Ausfall droht.

 

Auch Condition Monitoring Systeme können eigenständig schalten und nach voreingestellten einzelnen Grenzwerten handeln. Sie können allerdings keine komplexen Anlagenzustände mit mehreren zusammenhängenden Parametern beurteilen, Muster erkennen und daraus abgeleitet Entscheidungen treffen. Ein Predictive Maintenance ist immer damit verbunden, für jeden Einzelfall einen eigenen Algorithmus zu erstellen und diesem in einer sogenannten „teach“-Phase beizubringen, wie die erfassen Parameter zu beurteilen sind. Dies ist nicht immer möglich und in manchen Bereichen mit einem hohen Risiko verbunden.

Was lässt sich alles im Rahmen von Condition Monitoring überwachen?

Mögliche industrielle Anwendungsbereiche für Condition Monitoring sind unter anderem die Überwachung von:

 

  • Drehzahl (min-1) rotierender Komponenten
  • Aufgewendetes Drehmoment (Nm) bei rotierenden Teilen
  • Vibrationen und Schwingungen bei Lagern und Wellen
  • Elektrische Ströme (A, mA) und elektrische Spannungen (V, mV)
  • Akustische Überwachung (Ultraschallprüfungen, Schallprüfung)
  • Lineare Beschleunigungen (g-Kräfte in x-, y- und z-Richtung)
  • Temperaturen
  • Relative Luftfeuchte
  • Füllstand von Flüssigkeiten
  • Partikelzahlüberwachung in Flüssigkeiten wie Hydraulik- und Motor- oder Getriebeöl
  • Partikelzahl in der Umgebungsluft (Güte von Luftfiltern)
  • Gasanalyse (CO2, CH4 etc.)

 

Im realen Condition Monitoring werden in der Regel mehrere der oben genannten Parameter parallel erfasst und bewertet.

Welche Instrumente werden beim Condition Monitoring eingesetzt?

Für das Condition Monitoring werden zum einen Sensoren und zum anderen Messgeräte benötigt - und natürlich eine Software, die die gewonnenen Daten interpretiert und visuell aufbereitet. Informationen zur Funktionsweise der Software finden Sie weiter unten in diesem Text.

Sensoren

Sensoren überwachen Leistungsminderungen von elektrischen oder mechanischen Komponenten einer Maschine oder Anlage:

 

  • Schwingungssensoren erkennen Unwuchten, Verschleiß an Lagern oder sich verschiebende Wellen
  • Drucksensoren erfassen Strömungsturbulenzen oder Verbrennungsdynamiken
  • Geschwindigkeitssensoren werden häufig in Kombination mit Schwingungssensoren eingesetzt und setzen so auftretende Schwingungen in Verbindung mit Winkelpositionen oder Rotationsgeschwindigkeiten
  • Temperatursensoren erkennen Reibungswärme
  • Ölsensoren erkennen Verschmutzungen im Öl oder den Abrieb von Zahnrädern

Messgeräte

Messgeräte erfassen Messwerte, die durch Sensoren geliefert werden und wandeln diese in Messdaten um. Im professionellen und industriellen Bereich kommen statt einfacher Messgeräte zur Messdatenerfassung meistens sogenannte Datenlogger, SPS oder Kleinsteuerungen zum Einsatz.


Reine Messgeräte können Daten oft weder speichern noch effizient vorverarbeiten. Datenlogger oder SPS hingegen ermöglichen es große Messdaten redundant zu speichern sowie vorzuverarbeiten und in einem genormten Datenformat an die Condition Monitoring Software zu übergeben.

 

Delphin Technology bietet für den Einsatz im Condition Monitoring eine breite Auswahl an professionellen und präzisen MSR-Systemen für unterschiedlichste Anwendungen:

 

  • LoggitoLab: Präzisionsmesstechnik für Labore, Versuchsbereiche in Schulen und Universitäten oder für die Störwerterfassung und -analyse an Maschinen oder Anlagen.
  • Loggito Logger: Universell einsetzbarer Datenlogger und Kleinsteuerung für jeden professionellen Einsatz: Dezentrale-Messnetze, Gebäudemonitoring, Labordatenerfassung, Bauwerksüberwachung, Prüfstände.
  • ProfiMessage: Modulare SPS und Messwerterfassung und Steuerung für Prozessdatenerfassung, Störwerterfassung, Versuche, Tests und Produktprüfungen
  • ProfiMessage D: Modulare SPS und Messwerterfassung und Steuerung für Prozessdatenerfassung, Störwerterfassung oder die Datenautomatisierung für Versuche und Prüfstände.
  • Expert Logger: Intelligenter Datenlogger und Steuerung für Industrieanlagen, Labordatenerfassung, Umweltmesstechnik, Messdatendiagnose, Energieoptimierung.
  • Expert Vibro: Hochgenauer sowie extrem schneller Datenlogger für die Aufzeichnung von transienten Signalen und Schwingungen für Wellenschwingungsüberwachung und -analyse oder der Lagerfehlerdiagnose.
  • Expert Transient: Datenrekorder/Datenlogger für die synchrone Erfassung transienter und periodischer Vorgänge. Optimiert für die Störungssuche an Maschinen, Anlagen und Geräten.

In drei Schritten zum Condition Monitoring

Die britische TWI, eine unabhängige Forschungs- und Technologie-Organisation, hat den grundlegenden Vorgang des Setups eines Condition Monitoring Systems in drei Schritten in einem Whitepaper zusammengefasst:

1. Installation des Überwachungssystems

Damit eine Maschine oder Anlage physikalische Messgrößen sammeln kann, muss sie mit entsprechender Sensorik ausgerüstet sein. Moderne Maschinen sind in vielen Fällen bereits durch den Hersteller mit den notwendigen Sensoren und Schnittstellen ausgestattet. Ältere Maschinen lassen sich im Rahmen eines Retrofits nachrüsten.

2. Datengrundlage aufbauen

Condition Monitoring basiert auf dem kontinuierlichen Abgleich von vordefinierten „Idealzuständen“ und den tatsächlich gemessenen Ist-Werten einer Maschine oder Anlage. Sofern die Sollparameter nicht bereits durch den Hersteller voreingestellt sind – wie es bei vielen aktuellen Maschinen der Fall ist – müssen die Grunddaten zunächst ermittelt werden. Hierfür werden in mehreren Messdurchläufen die gewünschten Parameter, beispielsweise Temperaturen, Drehzahlen oder Vibrationen ermittelt und als Soll-Zustand in der Software hinterlegt.

3. Start der Überwachung

Sind alle grundlegenden Parameter erfasst, kann die Zustandsüberwachung beginnen. Die Software übernimmt ab hier die Verarbeitung der durch die Sensoren erfassten Daten und gleicht sie automatisch mit den hinterlegten Parametern ab. Je nach Einstellung können bei Abweichungen Alarme ausgegeben, Drehzahlen gedrosselt oder auch benötigte Ersatz- und Verschleißteile automatisch nachbestellt werden. Ebenfalls ist die Software in der Lage, eine Entscheidung hinsichtlich möglicherweise notwendiger Wartungs- und Instandhaltungsarbeiten zu treffen.

So wird Condition Monitoring in einem Unternehmen implementiert

Die Implementierung einer Zustandsüberwachung benötigt eine umfassende Planung im Vorfeld. Diese fünf Schritte sind unbedingt zu beachten, wenn Sie in die Planungsphase für ein Condition Monitoring System in Ihrem Unternehmen einsteigen:

1. Die richtigen Maschinen auswählen

Damit die richtigen Maschinen für eine aussagekräftige Zustandsüberwachung mit Mehrwert ausgewählt werden, sollte hier auf Kennzahlen und Indikatoren für eine Beurteilung gesetzt werden. Strategische Methoden wie ECR (Equipment Criticality Ranking) oder RCM (Reliability Centered Maintenance) eignen sich hierfür bestens.

2. Die passenden Mitarbeiter auswählen

Die Auswahl fähiger Mitarbeiter für die Durchführung von Condition Monitoring ist der Schlüssel zum Erfolg. Viele Unternehmen begehen hier den Fehler, dass sie ihre besten Mechaniker mit der verantwortungsvollen Aufgabe betreuen – und nicht darauf achten, ob diese Mitarbeiter auch die benötigte Expertise im Umgang mit der neuen Technologie und IT mitbringen.

3. Condition Monitoring Schulungen und Trainings einführen

Die meisten Mitarbeiter, die mit einem neuen Condition Monitoring System arbeiten sollen, erhalten – wenn überhaupt – nur unzureichende Schulungen im Umgang mit dem System, der Interpretation der gewonnenen Daten oder dem Umgang mit Informationen, die das System ausgibt. Zielgerichtete Schulungen und Trainings sind allerdings von entscheidender Bedeutung für den Erfolg des gesamten CM-Projektes!

4. Übung macht den Meister

Jedes Condition Monitoring System sollte vor der „Scharfschaltung“ ausgiebig getestet werden – und dies nicht in einer extra Testumgebung, sondern in einem 1:1 Aufbau direkt an den später zu überwachenden Maschinen oder Anlagen. So wird eine Konsistenz der gewonnenen Daten sichergestellt und spätere Fehler im Betrieb vermieden.

5. Keine Angst vor Korrekturen

Ist die Zustandsüberwachung installiert und sind die ersten Daten gesammelt, geht es an die korrigierenden Eingriffe, wenn die Maschine erste Fehler meldet. Was sich logisch liest, ist aber für viele Unternehmen nicht selbstverständlich!

Welche Arten des Condition Monitorings gibt es?

Die Zustandsüberwachung wird generell in vier Hauptgruppen unterteilt. Durch die Kombination der unterschiedlichen Varianten lässt sich ein überaus präziser Überblick über den Maschinenzustand generieren. Allerdings ist nicht jede der genannten Möglichkeiten auch für jede Maschine bzw. Anlage geeignet oder sinnvoll einsetzbar.

1. Vibrations- und Schwingungsanalyse

Bei rotierenden Komponenten, beispielsweise Antriebsspindeln in Werkzeugmaschinen oder Lagern, sind neu auftretende Vibrationen und/oder Schwingungen Indikatoren für Verschleiß oder Defekte. Wenn es um eine höchstmögliche Anlagenverfügbarkeit geht, ist ein kontinuierliches Condition Monitoring in der Schwingungsmessung notwendig. Sie erkennt, ob Anlagenteile durch Verschleiß vorzeitig ausfallen oder durch Schwingungen beschädigt werden könnten.

2. Flüssigkeitsanalyse

Durch eine Überwachung der Füllstände von Betriebs-, Hilfs- und Schmierstoffen wird einerseits der sichere Betrieb von Maschinen und Anlagen sichergestellt, andererseits wird durch das Aufdecken von Leckagen ein zielgerichteter Austausch von defekten Komponenten ermöglicht.

3. Geräuschanalyse

Jedes in Rotation versetzte Bauteil produziert Geräusche. Durch entsprechende Akustik-Sensoren lassen sich Fehler im Betrieb frühzeitig aufdecken.

4. Temperaturanalyse

Temperaturabweichungen können auf unterschiedliche Defekte hinweisen. Eine erhöhte Temperatur kann beispielsweise auf Verschleiß hinweisen, während eine plötzlich und deutlich gesunkene Temperatur auf ein Leck im Kühlkreislauf deutet. Auch Antriebsmotoren lassen sich durch Thermo-Sensoren überwachen.

Vom Sensor in die Software: Wie wird aus Daten eigentlich eine Zustandsüberwachung?

Condition Monitoring ist zugegeben ein überaus abstrakter Begriff, für dessen Verständnis es wichtig ist, den Weg der Daten vom „Ort der Entstehung“ bis zur Analyse und Auswertung zu verstehen. Anhand eines kleinen Beispiels möchten wir Ihnen die Grundprinzipien des Condition Monitorings näherbringen. In diesem Beispiel wird die Temperatur eines elektrischen Antriebmotors überwacht.

 

  1. Der Antrieb ist mit einem Temperatursensor ausgestattet. Der kabelgebundene Temperatursensor soll die Temperatur in den Wicklungen des Elektromotors überwachen.
  2. Der Sensor ist wiederum mit einem Datenlogger verbunden. Datenlogger wie der Loggito von Delphin Technology erhalten Daten von Sensoren, speichern diese ab und leiten sie zur weiteren Analyse an eine Software für Condition Monitoring weiter.
  3. Im Betrieb erhöht sich die Temperatur des Motors plötzlich um 12° Celsius und der Temperatursensor reagiert auf diese Änderung durch Anstieg seines Widerstandswertes und „meldet“ somit die ungewöhnliche Temperaturänderung.
  4. Das Signal der Temperaturänderung gelangt in den Datenlogger, wo es vorverarbeitet und abgespeichert wird.
  5. Da der Datenlogger mit WLAN ausgerüstet und mit der unternehmenseigenen Cloud verbunden ist, wird das Signal nahezu in Echtzeit in die Cloud und somit in Richtung Software übertragen.
  6. Die Software ordnet automatisch das digitale Signal vordefinierten Grenzwerten zu. Durch Daten, die in der Vergangenheit bereits erfasst wurden und ergänzt durch Herstellerangaben, entsteht innerhalb der Software ein „Gesamtbild“ über das Temperaturverhalten des überwachten Elektromotors.
  7. Die Software erkennt, dass die Temperaturerhöhung zwar noch unter dem eingestellten, obersten Grenzwert liegt, aber über den definierten „Normalwerten“. Ebenfalls erkennt die Software, dass der normale Temperaturbereich in den vergangenen 14 Tagen bereits mehrfach überschritten wurde.
  8. Die Software „entscheidet“, dass kein Signal zum Abschalten des Motors (Überlastungsschutz) gegeben werden muss. Allerdings wird eine Meldung ausgegeben, dass die Temperatur an den Wicklungen des Motors erneut den Normal-Bereich überschritten hat.
  9. Die Meldung erreicht das Instandhaltungs-Team als Push-Up Nachricht auf den Mobiltelefonen. Die Instandhalter entscheiden, die Komponente auszutauschen, um einem Totalausfall des Motors frühzeitig vorzubeugen.

Welche Vorteile bietet das Condition Monitoring im Betrieb technischer Systeme?

Das Potenzial eines angewandten Condition Monitoring bei technischen Anlagen liegt in den deutlichen Kosteneinsparungen und einer erhöhten Prozesssicherheit:

 

  • Erhöhung der Betriebszuverlässigkeit durch frühzeitige Erkennung von Materialermüdung
  • Vermeidung unvorhergesehener Stillstände
  • Gezielte, planbare und damit kosteneffiziente Instandhaltung

Der Kostenvorteil durch Condition Monitoring wird vor allem im Bereich der Instandhaltung deutlich. Ein Forschungsbericht der Uni Paderborn führt auf, dass die klassische Instandhaltung – also das reaktive Austauschen oder Warten von Komponenten nach einem Ausfall oder die Wartung in festen Intervallen – zu hohen Stillstandszeiten und Lagerhaltungskosten führt. Ebenfalls wird eine „ineffiziente Ressourcennutzung“ durch klassische Instandhaltung in dem Bericht aufgeführt, da hier auch Komponenten ausgetauscht werden, die noch nicht das Ende ihrer Lebensdauer erreicht haben.

 

Durch Condition Monitoring wird eine zustandsbasierte, intelligente und vorausschauende Instandhaltung ermöglicht. Durch die kontinuierliche Messung von physikalischen Zuständen werden Prognosen zur tatsächlichen Restlebensdauer von technischen Komponenten möglich. So können Ausfallzeitpunkte vorausberechnet werden und die Planung der Instandhaltung kosten- und ressourceneffizient stattfinden.

 

Delphin Technology ist seit vielen Jahren als Partner der Industrie im Bereich des Condition Monitorings aktiv. Im Maschinenbau, der Energietechnik oder der Elektrotechnik ermöglichen die Datenlogger- und Messgeräte von Delphin Technology zuverlässige Messergebnisse, optimiertes Condition Monitoring, deutlich gesteigerte Prozesssicherheiten und Kosteneinsparungen.

 

Möchten Sie mehr zu den Kostenvorteilen durch Condition Monitoring erfahren? Dann nehmen Sie doch gleich einmal Kontakt mit uns auf!

Was bedeutet Offline-Zustandsüberwachung?

Offline-Zustandsüberwachung wird bei Maschinen oder Anlagen verwendet, deren dauerhafte Überwachung nicht erforderlich oder wirtschaftlich sinnvoll ist. Bei der Offline-Zustandsüberwachung wird in vorbestimmten Zeitintervallen und manuell eine Überprüfung durchgeführt.

Was bedeutet Online-Zustandsüberwachung?

Die Online-Zustandsüberwachung ist ein kontinuierlicher, ununterbrochener Überwachungsprozess an einer Maschine oder Anlage. Das Condition Monitoring findet hier ohne manuellen Eingriff oder Stopps statt.

Moderne Messtechnik und Software von Delphin Technology ermöglicht zuverlässiges Condition Monitoring

Delphin Technologies ist im Bereich der Schwingungsanalyse und Überwachung einer der führenden Spezialisten weltweit. Mit dem Messgerät Expert Vibro wird die Erfassung von transienten Signalen und Schwingungen auch in großen Anlagen und Projekten möglich. Expert Vibro ist einerseits kompakt gebaut, andererseits lassen sich mehrere der Messgeräte zu einer Einheit koppeln. Expert Vibro wird unter anderem auf Prüfständen, in großen Baumaschinen und in den weltgrößten Wasserkraftwerken zur Schwingungsüberwachung von Turbinen eingesetzt. Auch Wirbelrohre, Anlagen und einzelne Bauteile lassen sich mit dem Expert Vibro zuverlässig und dauerhaft überwachen. Ergänzt wird die Leistungsfähigkeit des Messgerätes durch ProfiSignal, der Software für Condition Monitoring von Delphin Technology. Durch die Option Vibro“ wird ProfiSignal zu einem mächtigen Werkzeug für alle Aufgaben im Bereich der Schwingungsüberwachung.

 

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