Condition Monitoring: Zustandsüberwachung mit Vibrationsanalyse und Sensoren

Condition Monitoring

Zusammenfassung: Condition Monitoring (CM) ist von zentraler Bedeutung in der Wartungspraxis. Durch die Überwachung von Faktoren wie Vibration, Temperatur und Druck werden potenzielle Probleme an Anlagen und Maschinen frühzeitig erkannt. Anlagen und Maschinen können so auch unter hoher Belastung wirtschaftlich effizient betrieben werden. Im CM werden Echtzeitdaten über den Zustand von Anlagen und Maschinen erfasst. Dies ermöglicht es, Wartungspläne flexibel anzupassen, die Lebensdauer von Anlagen zu verlängern, Ausfallzeiten zu reduzieren und die Effizienz zu steigern. Unternehmen profitieren von niedrigeren Wartungs- und Instandhaltungskosten. CM ist ein Bestandteil der Industrie 4.0 und hilft Unternehmen wettbewerbsfähig zu bleiben. Durch die Reduzierung von Wartungskosten und Steigerung der Zuverlässigkeit tragen CM-Systeme zur Verbesserung der Gesamtproduktivität bei.

Was ist Condition Monitoring?  

Condition Monitoring (CM), oder Zustandsüberwachung, ist ein fortschrittlicher Wartungsansatz, der in der Industrieproduktion eingesetzt wird, um den Zustand von Anlagen und Maschinen stetig zu überwachen. Ziel ist es, durch die Erfassung und Analyse von Parametern wie Schwingungen, Temperatur, Feuchtigkeit und Druck potenzielle Ausfälle oder Probleme frühzeitig zu erkennen und präventive Maßnahmen einzuleiten. Technologien wie Vibrationsanalyse, Ultraschallprüfung und Druckkontrollen, unterstützt durch Sensoren und Online-Systeme, liefern detaillierte Zustandsbewertungen. Messwerte werden mit Soll-Werten verglichen, um Materialermüdung und Maschinenfehler rechtzeitig zu identifizieren. CM wird insbesondere bei rotierenden Anlagen, Notsystemen und Maschinen wie Kompressoren, Pumpen, Elektromotoren, Verbrennungsmotoren und Pressen angewendet. Maschinen können durch CM schnell gestoppt und Fehler oft schon vor ihrem Auftreten behoben werden. CM trägt zur Maximierung der Maschineneffizienz bei und erhöht die Sicherheit am Arbeitsplatz durch ein schnell reagierendes Alarmsystem.

Condition Monitoring zur proaktiven Wartung

Wartung basiert stark auf Zustandsüberwachung, Vibrationsanalyse, Temperaturüberwachung, Druckbewertung und mehr. Durch den Einsatz von Sensoren und Überwachungssoftware gewinnen Wartungstechniker Einblick in den Zustand von Anlagen und Maschinen. Dies ermöglicht eine Wartung basierend auf tatsächlichen Maschinenbedingungen statt in festgelegten Zeitintervallen eins Wartungsplans. CM reduziert geplante Wartungszeiten und erhöht die Effizienz der Wartung, da sie sich auf den aktuellen Zustand von Anlagen und Maschinen konzentriert.

Funktion von Sensoren

In Condition Monitoring Systemen werden Maschinen und Anlagen mit Sensoren ausgestattet, die relevante Parameter erfassen. Zu typischen Messgrößen gehören Temperatur, Lage, Schwingung, Akustik und Beschleunigung. Sensoren werden strategisch an kritischen Punkten wie Lagern, Zahnrädern und Motoren installiert. Erfasste Daten werden in Echtzeit an ein Überwachungssystem übertragen, das Daten mittels Algorithmen analysiert, um Abweichungen und Anomalien zu erkennen. CM-Software bewertet im Anschluss erfasste Daten und zeigt an, ob Wartungsarbeiten oder der Austausch von Maschinenteilen notwendig sind. Dies ermöglicht es Technikern, den Zustand von Maschinenkomponenten proaktiv zu bewerten und Maßnahmen einzuleiten, bevor es zu Ausfällen oder Reparaturen kommt.  Zustandsüberwachung trägt zu erhöhter Zuverlässigkeit der gesamten Produktionsprozesse bei. 

Methoden des Condition Monitoring

Zu den gängigsten Methoden des Condition Monitoring zählen insbesondere:

  • Vibrationsanalyse: Sensoren messen Vibrationen an Achsen und Lagern, um Unregelmäßigkeiten wie Ungleichgewichte oder Fehlausrichtungen zu identifizieren.
  • Ölanalyse: Elektronische Mikroskope scannen die Zusammensetzung von Schmierstoffen. Dies hilft, Verschleiß zu überwachen und rechtzeitig Materialaustausch einzuleiten.
  • Infrarot-Thermografie: Infrarot- und Thermosensoren erfassen Wärmeentwicklungen, die auf Fehlfunktionen in Anlagenteilen, insbesondere elektrischen Leitungen und Kontakten, hindeuten können.
  • Ultraschallüberwachung: Digitale Ultraschallgeräte analysieren Hochfrequenzsignale, um Reibungen und Defekte in Bewegungslagern zu erkennen.

Sensoren im Vergleich

Im Condition Monitoring werden Maschinenzuständen präzise durch Sensoren erfasst. Vibrationssensoren überwachen den Zustand rotierender Anlagen und Maschinen. Sensoren werden hierbei strategisch an kritischen Punkten installiert und messen fortlaufend Vibrationen entlang verschiedener Achsen. Die Analyse der Messwerte ermöglicht es Technikern, potenzielle Probleme wie Unwucht, Fehlstellungen, Lockerheiten oder Lagerabnutzung frühzeitig zu erkennen. 

Arten von Sensoren 

Überwachungssysteme für Anlagen und Maschinen nutzen spezialisierte Sensoren, die auf spezifische Anforderungen abgestimmt sind:

  • Temperatursensoren: Überwachung der Temperaturen von Anlagen-Komponenten, um Abweichungen zu erkennen, die auf potenzielle Probleme hinweisen.
  • Drucksensoren: Überwachung pneumatischer Systeme, um sicherzustellen, dass optimale Druckwerte eingehalten werden.
  • Akustische Emissionssensoren und Stromsensoren: Analyse von Daten zur Überwachung und Diagnose.

Vibrationsanalyse: Echtzeit-Einblick in Maschinenzustände

Im Condition Monitoring werden fortlaufend Daten zu Betriebsparametern wie Vibrationen, Temperatur und Druck erfasst. Diese Daten bieten Einblick in den Zustand von Anlagen. Durch die Visualisierung von Maschinenzuständen können potenzielle Probleme frühzeitig identifiziert und entsprechende Wartungsmaßnahmen geplant werden.

Vibrationsanalyse für vorausschauende Wartung

Vorausschauende Wartung basiert auf der Analyse von Vibrationen in rotierenden Maschinen und Anlagen. Sensoren sammeln Vibrationsdaten, die von CM-Software auf Muster, Trends und Abweichungen untersucht werden. Der Vergleich von Vibrationen mit Basisdaten (Referenzwerte) ermöglicht es Technikern, die Kritikalität von Anomalien zu bewerten und entsprechende Wartungsmaßnahmen zu ergreifen. Vorbeugende Instandhaltungsmaßnahmen werden eingeleitet, die Probleme erkennen und beheben, bevor diese zu kostenintensiven Ausfällen führen. So wird die Betriebszeit der Maschinen maximiert und das Risiko ungeplanter Stillstände minimiert.

Weitere Datenanalysemethoden

Neben Vibrationsanalyse umfasst die Zustandsüberwachung weitere Methoden der Datenanalyse. In der Öl-Analyse bietet die Untersuchung von Ölproben Einblick in den Zustand von Lagern und Zahnrädern, indem sie Verunreinigungen und Verschleißpartikel aufdeckt. Bildgebende Verfahren und akustische Analysen tragen zur Bewertung des Maschinenzustands bei. Eine Methodenkombination verbessert die Effizienz der Zustandsüberwachung und ermöglicht eine umfassende Kontrolle und Analyse von Maschinenzuständen. Dies optimiert Wartungsprozesse und steigert die betriebliche Effizienz.

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Condition Monitoring – Vorteile

Früherkennung von Fehlern

Condition Monitoring (CM) sorgt dafür, dass Parameter wie Vibrationen oder die Ölqualität fortwährend überwacht werden, um fehlerhafte Muster oder Abweichungen schnell zu erkennen. Die proaktive Überwachung ermöglicht es, umgehend Maßnahmen zu ergreifen, um Schäden und notwendige Reparaturen zu verhindern. So können unvorhergesehene Ausfallzeiten reduziert und die Maschinen und Anlagenverfügbarkeit erhöht werden.

Verlängerung der Lebensdauer von Maschinen und Anlagen

Durch CM wird die Lebensdauer von Maschinen und Anlagen verlängert. Wartungstechniker können durch die stetige Überwachung auftretende Probleme identifizieren und beheben, bevor diese zu größeren Ausfällen führen. Die gezielte Durchführung von Wartungsarbeiten erhöht die Maschinenleistung und reduziert Verschleiß.

Flexible Wartungsplanung

Statt Wartungsintervallen eines festgelegten Wartungsplans ermöglicht CM eine flexible und bedarfsgerechte Planung von Wartungsarbeiten, basierend auf dem tatsächlichen Zustand von Maschinen. Dies führt zu geringeren Wartungskosten und erhöhter Produktivität, da unnötige Wartungsarbeiten vermieden werden und Wartung nur durchgeführt wird, wenn sie tatsächlich notwendig ist.

Erhöhung der Betriebssicherheit

CM steigert die Betriebssicherheit: Potenzielle Probleme werden frühzeitig erkannt und sofort darauf  reagiert. CM-Systeme sind mit Alarmeinrichtungen ausgestattet, die Techniker umgehend benachrichtigen, sobald kritische Schwellenwerte erreicht werden. So kann zeitnah gehandelt werden, um die Sicherheit am Arbeitsplatz zu gewährleisten und Maschinen in einem sicheren Betriebszustand zu halten.

Vom Plan zur Praxis – wie man Condition Monitoring erfolgreich umsetzt

Die Implementierung einer CM-Strategie erfordert eine sorgfältige Planung:

Kriterien zur Auswahl von CM- Software

Bei der Auswahl von CM-Software sollten folgende Aspekte berücksichtigt werden:

  1. Kompatibilität: Eine CM-Software sollte mit Ihren Anlagen, Maschinen und bestehenden IT-Systemen kompatibel sein. Integration in Wartungs- oder Enterprise Asset Management (EAM) Software kann die Datenerfassung und Analyseprozesse vereinfachen.
  2. Sensoreigenschaften: Bewerten Sie Merkmale von Sensoren einer CM-Lösung: a) Funktion, Parameter zu messen b) Genauigkeit c) Zuverlässigkeit d) Eignung für die Anwendung in Ihrem Betrieb.
  3. Datenverarbeitung und Übertragung: Eine CM-Software sollte flexible Methoden zur Erfassung und Übertragung von Daten bieten. Ein drahtloses System ist durch einfache Installation, Skalierbarkeit und Zuverlässigkeit der Datenübertragung vorteilhaft.
  4. Datenanalyse und Reporting: Funktionen der Datenanalysetools wie Echtzeit-Überwachung, automatisierte Benachrichtigungen, Trendanalysen und Reporting sollten vorhanden sein.
  5. Skalierbarkeit: Eine CM-Software sollte skalierbar sein, um Erweiterungen oder Veränderungen in Ihren Prozessen problemlos zu bewältigen. Das System sollte eine wachsende Anzahl von Sensoren und Datenpunkten ohne geminderte Leistung verarbeiten können, und auch bei steigenden Anforderungen stabil bleiben.
  6. Support: Entscheiden Sie sich für einen Anbieter mit einem positiven Kundenfeedback bei Implementierungen von CM-Software sowie einem zuverlässigen Wartungsservice.

Integration von CM-Software in  Wartungssysteme

Um das volle Potenzial von Condition Monitoring (CM) auszuschöpfen, sollte CM-Software nahtlos in Ihre Wartungssoftware integriert werden:

  • Datenabgleich: Synchronisieren Sie CM-Systeme mit Ihrer Wartungsmanagement- oder EAM-Software. Dies ermöglicht den nahtlosen Datenaustausch und vermeidet doppelte Eingaben, wodurch ein umfassender Überblick über den Zustand Ihrer Anlagen und Maschinen gewährleistet wird.
  • Benachrichtigungen und Alarme: Verbinden Sie das CM-System mit Ihren Alarmsystemen, um Wartungstechniker sofort über Probleme oder Abweichungen zu informieren.
  • Automatisierte Arbeitsaufträge: Integrieren Sie CM-Software in das Arbeitsauftrags-Management, um automatisch Aufträge basierend auf Zustandsdaten zu erstellen, was die Wartungsprozesse vereinfacht und beschleunigt.
  • Datenanalyse: Kombinieren Sie CM-Software mit Ihren Analyse- und Business Intelligence-Tools, um historische Daten zu überprüfen und Muster sowie Trends für Ihre Wartungsstrategie abzuleiten.

Herausforderungen 

Trotz zahlreicher Vorteile, die CM bietet, gibt es auch einige Herausforderungen:

  • Datenüberlastung: Datenerfassung durch Sensoren kann zu einer großen Datenmenge führen, was die Analyse und Ableitung aussagekräftiger Erkenntnisse erschwert. Daten-Analysetools und Algorithmen unterstützen dabei, Daten zu filtern.
  • Komplexität: Anlagen und Maschinen können komplexe Betriebsverhalten oder mehrere Ausfallmodi aufweisen, was es erschwert, spezifische Fehler zu erkennen.
  • Sensorpositionierung und -installation: Eine genaue Positionierung und Installation von Sensoren ist entscheidend für die effektive Zustandsüberwachung. Eine optimale Sensorposition kann bei komplexen oder schwer zugänglichen Anlagen und Maschinen schwierig sein. Fachkenntnisse sind notwendig, um sicherzustellen, dass Sensoren relevante Daten erfassen.
  • Basisdaten erstellen: Die Erstellung von Basisdaten ist entscheidend, um den normalen Betriebszustand von Maschinen festzulegen und Abweichungen zu erkennen. Bei Anlagen, die unter variierenden Bedingungen arbeiten, ist dies besonders anspruchsvoll. Maschinen können je nach Einsatz und Umgebungsbedingungen unterschiedlich belastet sein. Datenanalysen und historische Betriebsdaten helfen, präzise Referenzwerte zu ermitteln. Diese Werte ermöglichen die genaue Überwachung des Maschinenzustands und die frühzeitige Erkennung potenzieller Risiken. Ein Soll-Wert dient als Referenz, die entweder einzuhalten ist oder nicht überschritten werden darf.
  • Kosten und Einrichtung: Die Einrichtung eines umfassenden CM-Systems kann kostenintensiv sein. Dazu gehören Installation von Sensoren, Aufbau von Dateninfrastrukturen, Erwerb von CM-Software und Einstellung von Fachpersonal. Kosten müssen mit erwarteten Vorteilen verglichen werden, um eine angemessene Rendite der Investition sicherzustellen.
  • Fachkenntnisse: CM-Systeme liefern detaillierten Einblick in den Maschinenzustand. Fachwissen von Wartungstechnikern ist dennoch unverzichtbar für eine wirksame Zustandsanalyse. Sie sind notwendig, um erfasste Daten richtig zu deuten, Probleme zu erkennen und geeignete Wartungsmaßnahmen zu planen.

FAQ | Condition Monitoring (CM)

Condition Monitoring (CM) ist das periodische Überwachen des Ist-Zustands und der Leistung von Anlagen und Maschinen, um Abweichungen von normalen Betriebsbedingungen zu erkennen. Dabei werden Daten erfasst und verschiedene Parameter wie Vibration, Temperatur, Druck und Flüssigkeitsanalyse analysiert, um potenzielle Fehler oder Anlagenausfälle zu erkennen. 

CM ist unerlässlich, da mit der Methode der Zustandsüberwachung Anlagen- und Maschinenprobleme proaktiv erkannt und behoben werden können, bevor diese zu unerwarteten System- und Produktionsausfällen führen. Wartungsverfahren werden durch CM optimiert, die Maschinen- und Anlagenverfügbarkeit erhöht, die Sicherheit verbessert und Betriebskosten gesenkt.

Die Vorteile der Implementierung von CM umfassen:

  • Früherkennung von Fehlern, die proaktive Wartungsmaßnahmen ermöglichen.
  • Störungsfreier Produktionsfluss
  • Die Maschinenleistung bzw. die Gesamtanlageneffektivität (OEE: Overall Equipment Efficiency) wird erhöht.
  • Reduzierte Stillstandszeiten 
  • Optimierte Wartungsstrategien
  • Energiekosten, Wartung- und Instandhaltungskosten werden gesenkt.
  • Erhöhte Arbeitssicherheit durch Identifizierung potenziell sicherheitskritischer Probleme.
  • Die Überwachung des Maschinenzustandes ermöglicht eine Prognose der Restlebensdauer.
  • Verlängerte Lebensdauer von Anlagen und Maschinen

CM kann auf eine Vielzahl von Anlagen angewendet werden, darunter:

  • Rotierende Maschinen wie Motoren, Pumpen, Kompressoren und Turbinen.

  • Elektrische Systeme und Komponenten.

  • Prozesseinrichtungen in Produktionsanlagen.

  • Fahrzeuge und Transportsysteme.

  • Kritische Infrastrukturen wie Stromerzeugungsanlagen und Ölraffinerien.

Techniken, die beim CM verwendet werden, umfassen:

  • Vibrationsanalyse: Zustandsüberwachung und Analyse der Vibration von Anlagen und Maschinen, um Unregelmäßigkeiten und potenzielle Ausfälle zu erkennen.
  • Thermografie: Einsatz von Infrarotkameras zur Messung und Analyse der Maschinentemperatur, um Probleme wie Überhitzung oder Isolationsfehler zu identifizieren.
  • Ölanalyse: Untersuchung der Eigenschaften und Verunreinigungen in Schmierölen, um den Maschinenzustand zu beurteilen und Verschleiß oder Kontamination zu erkennen.
  • Ultraschall: Verwendung von Ultraschall-Sensoren zur Erkennung und Analyse hochfrequenter Schallwellen, die von Maschinen ausgesendet werden. Lecks, Reibung und elektrische Fehler können so identifizieret werden.

Herausforderungen bei der Implementierung von CM umfassen:

  • Datenüberlastung: Verwaltung und Analyse der großen Datenmengen, die von Sensoren erzeugt werden.
  • Sensorpositionierung: Sensoren müssen korrekt positioniert sein, um relevante Daten zu erfassen.
  • Erstellung von Basisdaten: Festlegung von Basiswerten für die Leistung von Anlagen und Maschinen als Referenz
  • Kosten und Implementierung: Bewertung der Kosten für Installation von Sensoren, Infrastruktur, CM-Software.
  • Menschliche Expertise: Verfügbarkeit von qualifiziertem Personal für Datenanalyse und -interpretation.

CM kann in bestehende Wartungssysteme integriert werden, wie z.B. in Wartungssoftware oder Anlagen-Managementsysteme. Eine Integration ermöglicht nahtlosen Datenaustausch, optimierte Arbeitsprozesse.

Image: Adobe Stock – Copyright: © Quality Stock Arts – stock.adobe.com

Arne Reis

Gründer

Arne Reis, Founder of flowdit

Kombiniert praktische Innovation mit einem Schwerpunkt auf Qualität.

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