Die genaue Überwachung des Zustands kritischer Anlagen ist in jeder Industrieanlage von grundlegender Bedeutung. Wenn kritische Lager ausfallen, führt dies fast immer zu ungeplanten Ausfallzeiten und Unterbrechungen des Produktionsprozesses, was den Unternehmen Produktionsausfälle in Höhe von Tausenden verursacht. In dieser Fallstudie werden wir untersuchen, wie eine Online-Überwachungslösung mit Ultraschallsensoren ein Problem an einem kritischen Lager erkennen konnte, bevor es sich zu einem größeren Problem entwickelte.
Kritische Anlage: Bleichdecker in einer Zellstoff- und Papierfabrik
In Zellstoff- und Papierfabriken gibt es in der Regel einen Waschbereich, durch den das Papier geleitet wird, um gründlich gereinigt bzw. gebleicht zu werden. Diese Aufgabe übernimmt eine Maschine, die als „Bleach Decker“ bezeichnet wird und als entscheidendes und grundlegendes Anlagenteil für den Produktionsbetrieb gilt.
In diesem speziellen Werk, in dem ein Programm zur vorausschauenden Instandhaltung eingeführt wurde, wurde beschlossen, in eine Online-Überwachung dieser Maschinen zu investieren. Das Wartungsteam möchte benachrichtigt werden, sobald bei den Anlagen Unregelmäßigkeiten auftreten, um Ausfälle zu verhindern, die zu einem Produktionsstillstand führen würden. Diese Maschine verfügt über vier Lager mit einem Durchmesser von etwa 48 Zoll / 120 cm, die sich mit 3 Umdrehungen pro Minute drehen.
Um eine Online-Überwachung und frühzeitige Fehlererkennung zu ermöglichen, kommen an den Lagern der Maschinen Ultraschallsensoren zum Einsatz. Dabei handelt es sich um „Remote Access Sensors“ von UE Systems, die fest an den Lagern installiert sind und kontinuierlich Dezibelwerte sowie Tonaufzeichnungen erfassen. Alle diese Daten werden anschließend an eine zentrale Verarbeitungseinheit namens „4Cast“ übermittelt. Diese Einheit ist mit dem Internet verbunden und benachrichtigt das Wartungsteam (per E-Mail und SMS), sobald bestimmte Dezibelwerte erreicht werden.
Warum Ultraschall für Wartung und Zuverlässigkeit?
Die Bevorzugung der Ultraschalltechnologie zur Überwachung dieser Lager hängt mit ihren offensichtlichen Vorteilen zusammen: Da die Ultraschallsensoren den Reibungsgrad der Lager überwachen, wird jeder Anstieg der Reibung erkannt. Dies ermöglicht eine sehr frühzeitige Warnung vor einem Ausfall. Da die Daten der Sensoren zudem in Form von Dezibelwerten vorliegen, sind sie leicht zu interpretieren: Je höher die Reibung, desto höher der dB-Wert. Erreicht dieser Wert einen bestimmten Grenzwert oberhalb des Basiswerts, wird ein Alarm ausgelöst.
Und was diese Lager noch relevanter macht: Ultraschall ist die effizienteste Technologie zur Prüfung von Langsamlauflagern. Die Lager dieser Maschine drehen sich mit 3 U/min. Bei derart niedrigen Drehzahlen ist es im Allgemeinen äußerst schwierig, etwaige Probleme mithilfe von Technologien wie der Schwingungsanalyse oder der Thermografie zu erkennen. Doch Ultraschall spielt seine Stärken voll aus, wenn es um die Überwachung von Langsamlauflagern geht – insbesondere, wenn Sie das Geräusch des Lagers aufzeichnen, es mit einer Schallspektrum-Software analysieren und prüfen können, ob die Amplitude Spitzen aufweist, die in der Regel auf einen Fehler hindeuten.
Daher ist Ultraschall die ideale Technologie, wenn wir kritische Lager bei niedrigen Drehzahlen online überwachen möchten.
Fehlererkennung durch Online-Überwachung mittels Ultraschallsensoren
Bei diesem Bleichdekker in diesem Zellstoff- und Papierwerk schien alles in Ordnung zu sein, da die Maschine wie erwartet lief. Das Ultraschall-Online-Überwachungssystem „4Cast“ verzeichnete jedoch einen ungewöhnlichen Dezibelwert von einem der Ultraschallsensoren. Das NDE-Lager (Non-Drive-End) dieses Bleichdeckers wies einen Wert von 17 dB auf, während ein Lager, das sich mit einer so geringen Drehzahl wie 3 U/min dreht, normalerweise einen Wert von 0 dB anzeigen sollte.
Dies führte natürlich dazu, dass das System das Wartungsteam unverzüglich alarmierte. Der 4Cast war so konfiguriert, dass jeder Messwert über 8 dB an diesem Lager als Hochalarm gewertet wurde; daher wurde die folgende Warnmeldung von DMS gesendet, der Software von UE Systems, in der alle Daten des 4Cast gespeichert sind:
Wir können eindeutig erkennen, warum der Alarm ausgelöst wurde: Der 4Cast hat einen Messwert von 17 dB von einem Lager empfangen, bei dem der Schwellenwert für einen Hochalarm auf 8 dB festgelegt war. Die Alarmmeldung enthält zudem nützliche Informationen zur Maschine (Lager mit geringer Drehzahl im Produktionsbereich; Bleichdeckmaschine) sowie selbstverständlich einen Zeitstempel, aus dem hervorgeht, wann der Messwert erfasst wurde.
Wird ein Alarmschwellenwert erreicht, nimmt das 4Cast-Gerät zudem eine Tonaufnahme vom Lager zur weiteren Analyse auf. Dies ist insbesondere bei langsam laufenden Lagern von Nutzen, da das Klangspektrum hier viele Aufschlüsse darüber geben kann, was mit der Anlage vor sich geht. In diesem Fall zeigte das Spektrum der Tonaufzeichnung ein ganz anderes Bild, obwohl die Maschine offenbar wie erwartet funktionierte.
Die in diesem Tonbeispiel dargestellten Spitzen deuten eindeutig auf ein Problem mit dem Lager hin. Zudem konnten wir bei der Wiedergabe der Audiodatei die Schlaggeräusche sehr deutlich hören. Der Defekt wurde noch offensichtlicher, als die Audiodatei mit einer Tonaufnahme von einem der anderen Lager verglichen wurde.
Die Unterschiede sind deutlich zu erkennen. In diesem Fall klingt die Aufzeichnung gleichmäßig und sieht einheitlich aus, und es sind keinerlei Amplitudenspitzen zu erkennen. Dies wäre also ein Beispiel dafür, wie das Klangspektrum eines guten Lagers aussehen sollte.
Der nächste Schritt für das Wartungsteam bestand darin, den Austausch dieses Lagers so zu planen, dass die Produktion nicht unterbrochen wurde. Als das Lager ausgebaut wurde, war der Schaden deutlich zu erkennen.
Die Anzeichen eines Aufpralls sind offensichtlich. Zudem wurden Metallfragmente im Schacht gefunden, und am Außenring waren Abplatzungen sowie vereinzelte Lochfraßstellen und leichte Abriebspuren zu erkennen.
Schlussfolgerung
Da das Problem frühzeitig erkannt wurde, konnte das Wartungsteam das Lager während einer geplanten Stillstandszeit austauschen, ohne den Produktionsprozess zu unterbrechen. Man kann sich die Folgen vorstellen, wenn das Problem zu diesem Zeitpunkt nicht erkannt worden wäre und das Lager weiterbetrieben worden wäre: Die Metallfragmente hätten mit Sicherheit die Motorwelle beschädigt, die dann ebenfalls hätte ausgetauscht werden müssen; zudem hätte die Anlage mit ungeplanten Ausfallzeiten rechnen müssen. In einer solchen Situation hätte ein Verlust von rund 250.000 GBP drohen können. Durch den Einsatz der richtigen Technologie in Verbindung mit geeigneten Wartungsverfahren gelang es dem Team, das Problem zu erkennen und zu beheben, bevor es zu einem größeren Schaden führte. Diese Fallstudie zeigt, wie leistungsfähig Ultraschalltechnologie sein kann, insbesondere wenn sie in mit dem Netzwerk verbundenen Sensoren eingesetzt wird, um echte Online- und permanente Überwachungslösungen zu bieten.