Condition Monitoring für Industriegetriebe

Stillstand unerwünscht

Abhängig von der Relevanz einer Maschine entstehen bei ungeplanten Stillständen schnell hohe Kosten. Condition-Monitoring-Systeme sollen durch das Überwachen von Anlagenteilen dafür sorgen, dass es nicht soweit kommt. Bei den Extruderantrieben nutzt Carlisle Construction Materials dazu eine Instandhaltungslösung von SEW-Eurodrive.

Die EPU (graue Box) nimmt Sensor-Daten auf und sendet die Messwerte in kurzen Intervallen verschlüsselt via Mobilfunk an Rechenzentren von SEW-Eurodrive. (Bild: SEW-Eurodrive GmbH & Co KG)

Erstmals Anfang der 1960er-Jahre als Baustoff eingesetzt, werden Abdichtungsbahnen aus EPDM heute in vielen Bereichen der Bauindustrie eingesetzt. Die Abdichtung mit EPDM erfolgt einlagig, was die Verlegezeiten verkürzt und den Materialeinsatz reduziert. Die Verarbeitung erfolgt per Heißluftverschweißung ohne offene Flamme. Die Produkte sind frei von Schwermetallen, Halogenen sowie leicht flüchtigen Weichmachern und lassen sich ohne Freisetzung von bedenklichen Stoffen verarbeiten. Carlisle Construction Materials stellt diese Abdichtungsprodukte her. Am Standort Hamburg produziert das Unternehmen auf den dortigen Extrusionsanlagen Resitrix-EPDM-Abdichtungsbahnen in Schichten rund um die Uhr.

Extruderstillstand vermeiden

Damit das Unternehmen seine Kunden termingerecht beliefern kann, ist ein störungsfreier Betrieb der Produktionsanlagen unerlässlich. Stillstand ist nur während der jährlich stattfindenden zweiwöchigen Revision vorgesehen. Darüber hinaus gilt es, Stillstände zu vermeiden. Führen diese doch zu Kosten für Fehlersuche oder Reparatur, also Opportunitätskosten oder Gewinnausfälle. Je nach Branche und Produkten können so schnell Stundenkosten in fünf- bis sechsstelliger Höhe entstehen. Um dem vorzubeugen, hat sich Carlisle dazu entschieden, zwei Extrudergetriebe mit einem Condition-Monitoring-System von SEW-Eurodrive auszurüsten. Die Extruder sind Anlagen, die EPDM-Bahnen in einem kontinuierlichen Verfahren herauspressen. Angetrieben werden sie durch je ein Stirnradgetriebe der Baureihe X von SEW-Eurodrive. Mit einer Übersetzung von circa 60 und einem Nenndrehmoment von 270 kNm übertragen die Getriebe das für den Extrusionsprozess erforderliche Drehmoment. Externe Axialkräfte, die durch die Plastifizierung des EPDM-Granulats im Schneckenbereich entstehen, nimmt ein axiales Drucklager am Getriebe auf. Um Aussagen über den Zustand des Getriebes treffen zu können, wurde das SEW-eigene Condition-Monitoring-System DriveRadar installiert. Hardwareseitig besteht es aus einem Sensorpaket zur Erfassung der Betriebsparameter und einer Edge Processing Unit (EPU), die Daten über Mobilfunk an die SEW-Cloud sendet.

Sensoren messen Ist-Zustand

Die am Getriebe verbauten Sensoren nehmen kontinuierlich Messgrößen wie die Temperaturen von Ölsumpf und Umgebung auf, den Ölfüllstand, die eintreibende Drehzahl sowie das Schwingungsverhalten von Wälzlagern und der Verzahnung. Das Sensorikpaket wird als vormontiertes Plug&Play-System zusammen mit dem Getriebe ausgeliefert oder kann als Nachrüstsatz an bestehende Getriebe angebaut werden. In kurzen Intervallen werden die gesammelten Sensordaten schließlich per Mobilfunk an den Antriebshersteller geschickt, der sie automatisiert aufbereitet und analysiert. Auf die Web-Anwendung DriveRadar IoT-Suite greifen Nutzer über die Website von SEW-Eurodrive oder die DriveRadar-App zu. Hier werden in der Geräteansicht alle überwachten Getriebe sowie deren Status angezeigt. Ein Ampelsystem gibt Auskunft darüber, ob sich ein kritischer Betriebszustand anbahnt oder bereits eingetreten ist. In der nächsten Detaillierungsebene sind neben den Sensor-Messwerten auch Rechen- und Prognoseergebnisse aufgeführt. So kann etwa die Dauer bis zum Erreichen eines kritischen Ölfüllstandes oder bis zum nächsten notwendigen Ölwechsel prognostiziert werden. Weitere abgeleitete Größen sind die Öl-Viskosität und Betriebsdauer.

Folien aus EPDM sorgen für zuverlässige und nachhaltige Abdichtung großer Oberflächen, beispielsweise in Gartenteichen. (Bild: ©Stefan Werner/shutterstock.com)

Sensorik misst Schwingungen

Aus den Daten von IEPE-Schwingungssensoren lässt sich auf den Zustand der Wälzlager schließen. Auftretende Schäden werden in einem Analyseverfahren den Komponenten des Lagers – Innenring, Außenring, Wälzkörper – zugeordnet. Die Getriebeverzahnung wird ebenfalls mit Schwingungsanalyse überwacht. Lokale und umlaufende Verzahnungsschäden können so frühzeitig erkannt und angezeigt werden. Die Schwingungsanalyse ist bei konstanter als auch bei variabler Drehzahl durchführbar.

Grenzen setzen im Lernmodus

Im Teach-In-Modus generiert das selbstlernende System die Vorwarn- und Fehlergrenzwerte. Bei Überschreitung eines Grenzwerts erhält der Anwender eine Nachricht mit Handlungsempfehlung auf die App oder per E-Mail. Während die Grenzwerte für Wälzlager und Verzahnung systemseitig errechnet werden, sind diese bei anderen Messwerten wählbar oder hängen von der Projektierung des überwachten Getriebes ab.

Die Nahtfügung der Resitrix EPDM-Bahnen von Carlisle erfolgt mittels Heißluft ohne Brandgefahr. Die austretende Schweißraupe dient dabei als optische Dichtigkeitsprüfung. (Bild: Carlisle Construction Materials GmbH)

Prognose der Restlebensdauer

Neben dem Erkennen akuter Schäden ermöglicht das System eine Prognose der Restlebensdauer für Verzahnungen und Wälzlager. Hierzu werden die realen Betriebszeiten ins Verhältnis zu den ursprünglich zugrunde gelegten Projektierungsdaten gesetzt. Als Ergebnis erhält der Anwender die theoretische Restlebensdauer in Stunden. Die so errechneten Prognosewerte und die akute Schadensanalyse ergänzen sich. Während die Prognose anzeigt, ob die Wahrscheinlichkeit für eine Bauteilermüdung ansteigt, kann die Schadensdetektion anhand des Frequenzspektrums plötzlich auftretende Schädigungen erfassen, beispielsweise durch unerwartete Ereignisse wie einen Fremdkörpereintritt oder das Abreißen des Schmierfilms.

Ein intelligentes System

Sensoren, EPU und eine webbasierte Analyseumgebung bilden zusammen ein intelligentes Condition-Monitoring-System, mit dem Maschinenbetreiber die Lebensdauer ihrer Antriebstechnik besser ausnutzen können. Analyseverfahren, die im Hintergrund Sensordaten verarbeiten und interpretieren, bilden den Zustand kritischer Getriebebauteile ab. Wartungsarbeiten können bedarfsorientiert geplant und durchgeführt werden. Sich anbahnende Schäden oder Sollwertunterschreitungen werden mithilfe einer Ampelfunktion angekündigt und per App an den Anwender kommuniziert. Systemseitige Handlungsempfehlungen unterstützen bei der Fehlerbehebung und zeigen passende Servicemaßnahmen auf. Verfügbares Expertenwissen z.B. im Bereich der Schwingungsanalyse ist keine Voraussetzung für den Betrieb dieser vorbeugenden Instandhaltung. Carlisle nutzt so ein prädiktives Instandhaltungsmanagementsystem, das zum störungsfreien Betrieb bei der Extrusion beiträgt. Gleichzeitig werden durch die zustandsorientierten Instandhaltungsmaßnahmen die Lebenszykluskosten der Extrudergetriebe deutlich gesenkt.

Datum:10. Oktober 2022

Autoren:Christian Rüttling ist Marktmanager für Industriegetriebe bei der SEW-Eurodrive GmbH & Co KG.

Themen: Fertigungsnahe IT

Webseite: www.sew-eurodrive.de

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