Gefahr erkannt, Gefahr gebannt

Wie passen Condition Monitoring und der Fingerabdruck einer Maschine zusammen? „Gut“, präzisierte Bernd Heuchemer. Der Marketing-Direktor bei Siemens Motion Control Systems in Erlangen zeigte auf der Metav 2008 in Düsseldorf den Nutzen des elektronischen Fingerprints für die Zustandsüberwachung der Werkzeugmaschine. Vor der ersten Auslieferung der Maschine würde ein „elektronischer Fingerabdruck“ des Fertigungssystems in Form von Maschinenparametern wie etwa Drehzahlen, Stromstärke, Spannung oder Drehmomente erstellt. Diese könnten dann im laufenden Betrieb als Referenzen für Veränderungen herangezogen werden. „Anhand der Differenzen lassen sich kommende Störungen frühzeitig diagnostizieren. Somit kann der ideale Wartungszustand bestimmt werden“, führte Heuchemer aus.

„Der Begriff Condition Monitoring System, kurz CMS, ist derzeit in Fachkreisen hochaktuell und wird branchenübergreifend diskutiert“, bestätigt Daniel Peters. Der Projektleiter für CMS bei Kuhnke Automation GmbH & Co. KG in Malente kennt noch einen weiteren treibenden Grund für den Einsatz von Condition Monitoring: So präge auf Betreiberseite zunehmend die Betrachtung der Life Cycle Costs die Fertigungsstrategien. Nicht mehr allein der Anschaffungspreis einer Maschine fließe in die Betrachtungen ein, sondern alle anfallenden Kosten über den gesamten Lebenszyklus, insbesondere die Kosten für ungeplante Stillstände. Die Vorteile kosten sparenden Condition Monitorings verdeutlicht Peters an einem praxisnahen Beispiel: „Um die Qualität des Öls in hydraulischen Maschinen wie etwa Pressen, Extrudern oder Spritzgießmaschinen zu überwachen, wird als Sensorik eine Partikelmessung installiert. Deren Messwerte werden kontinuierlich zyklisch abgefragt und in einer Datenbank hinterlegt.“ Das vom Hersteller empfohlene Intervall für den Ölwechsel betrage ein Jahr. Durch den Einsatz des Condition Monitoring Systems lasse sich, je nach Beanspruchung der Maschine, das Intervall auf bis zu auf zwei Jahre heraufsetzen: „Damit reduzieren sich die Wartungskosten auf die Hälfte und die Condition Monitoring-Investition hat sich in kurzer Zeit amortisiert.“

Und dass Condition Monitoring auch die Energieeffizienz von Produktionsanlagen steigern kann, liegt für Peters auf der Hand. „Die Systeme können zum Beobachten des Energieverbrauchs eingesetzt werden, etwa im Bereich Druckluft. Nur wenn bekannt ist, dass es unnötige Verluste gibt, lassen sich Gegenmaßnahmen einleiten.“

Diese Strategie beleuchtet Michael Stolze, Vertriebsleiter bei der Prüftechnik Condition Monitoring GmbH in Ismaning, noch aus einer anderen Perspektive: „Mechanische Schwingungen im Vorfeld eines Anlagenausfalls führen zu einem erhöhten Energiebedarf. Gelingt es, diese Schwingungseinträge per Condition Monitoring frühzeitig aufzudecken und die entsprechenden Maschinenkomponenten auszutauschen, sinkt der Energiebedarf des Fertigungssystems.“ Entsprechend steige der Wirkungsgrad, da keine Energie mehr unnötig verschwendet werde. Auch beim Thema Datenschutz und Abwehr von Hackerangriffen sieht Daniel Peters die Betreiber auf der sicheren Seite – zumindest, was die Produkte aus dem eigenen Hause betrifft. „Unser System ‚ConditionPro‘ basiert auf einer MySQL-Datenbank und dem Apache-Webserver. Wir nutzen die darin bereits zur Verfügung gestellten Möglichkeiten zur Gewährleistung der Datensicherheit.“ Zudem verfüge diese Lösung über eine Benutzerverwaltung mit Passwort und Rechtezuweisung. Darüber hinaus werde ConditionPro in die bestehende IT-Landschaft integriert, hier habe der Anwender alle bekannten Sicherheitsmöglichkeiten, wie etwa Firewall und Intrusion Protection. „Ebenso steht es außer Frage, dass sich bestehende Fertigungsanlagen problemlos mit Condition Monitoring nachrüsten lassen“, ergänzt der CM-Experte. Schließlich greife das System nicht steuernd in eine Anlage oder Maschine ein, sondern erfasse Maschinendaten unabhängig vom Prozess. Hierzu könnten Sensorik und Schnittstellen zu Steuerungen genutzt oder auch Sensorik nachgerüstet werden.

Genau deswegen macht das Baumüller-Reparaturwerk die zustandsorientierte Überwachung zu einem wichtigen Bestandteil seines Serviceangebots. Mit ihren Condition-Monitoring-Systemen sind die Nürnberger in der Lage, anhand von Sensoren Anlagen und Prozesse herstellerunabhängig und rund um die Uhr zu überwachen und, wenn nötig, mit ihren mobilen Serviceteams rechtzeitig vor Ort einzugreifen. Gemeinsam mit dem Kunden wird dabei festgelegt, ob die Überwachung auf einzelne Maschinenteile oder auf komplette Prozesse hin ausgerichtet ist. Geschäftsführer Ralf Dietrich: „Mit intelligentem Condition Monitoring lässt sich der Abnutzungsvorrat einer Anlage optimal ausschöpfen und Stillstandszeiten weitgehend reduzieren. Zu diesem Zweck legen wir mit unseren Kunden die Lösung fest.“ Auch immer mehr Verpackungsmaschinenbauer erkennen, wie wichtig es ist, nicht nur auf geringe Anschaffungskosten zu schielen, sondern ihr Hauptaugenmerk auf die Lebensdauer-Gesamtkosten einer Anlage zu legen.

Eine Studie von Rockwell Automation förderte verblüffende Zahlen zutage: Zwischen 15 und 40 % der indirekten Kosten eines Fertigungsbetriebs leiten sich aus Wartung und Instandhaltung ab. Dabei gilt rund die Hälfte dieser Kosten als vermeidbar. Wenn man strategisch orientierte Diagnose- und Condition-Monitoring-Systeme einsetzt. Mit 70 % der Aufwendungen sind laut der Studie Reparaturen der größte Posten an indirekten Kosten. Als ungeplante Folgekosten betragen diese sogar 10 bis 28 % der kompletten Lebenszykluskosten einer Anlage. Und diese Folgekosten müssen nach Expertenmeinung um den Faktor 4 bis 5 multipliziert werden. Warum? Weil Maschinenstillstände auch Qualitätsmängel oder Lieferunfähigkeit und sogar Einbußen am Unternehmensimage nach sich ziehen können. Hohe Inbetriebnahmekosten bei Produkt- und Chargenwechsel sind weitere Faktoren, die durch das Überwachen und Speichern prozess- und qualitätsrelevanter Parameter reduziert werden können.

Ungeplante Maschinenstopps könnten die hohen Anforderungen an kurze Taktzeiten und Produktivität in der Verpackungsindustrie durchkreuzen. Die Schlauchbeutel-Verpackungsmaschine VPP 250 der Wolf Verpackungsmaschinen GmbH mit einer Taktrate von 100 Beuteln pro Minute ist daher mit einem Diagnosesystem von Festo zum lückenlosen Monitoring der Pneumatik und der direkten Überwachung prozessrelevanter Parameter ausgestattet. Der Durchflusssensor MS6-SFE und der Drucksensor SDE1 überwachen Druckluftabweichungen gegenüber einer Referenz. Die Messdaten und die verfügbaren Ventilsteuer- und Endschaltersignale werden eingelesen und verarbeitet.

Überwacht werden Prozessparameter wie der folienabhängige Anpressdruck und der Riemenverschleiß durch Positionsmessung mittels Analogsensor Smat der zustellenden Pneumatikzylinder. Ebenso die Kühlluftmenge und der Druck als prozess- und folienabhängige Größen zur Vermeidung von unnützem Verbrauch von Druckluft. Bei der Querversiegelung wird die Abnutzung des Messers über die Positionierzeit der Zylinder überwacht und bei der Längssiegelung der vorzeitige Verschleiß über die Verfahrzeit der Zylinder. Hinweise über Betriebsdauer und Austauschzeitpunkt geben Hubzähler der Zylinder und Schaltspielzähler der Ventile. Die elektrische Peripherie der CPX überwacht Ereignisse wie Kurzschluss, Kabelbruch, Überspannung und Ventilhemmung.

Diagnosekennwerte sind beispielsweise Luftverbrauch und Betriebsdruck zur Erkennung von Leckagen sowie Positionierzeiten. Die Diagnose erkennt Störungen und Fehlerort. Funktionen wie gezählte Ventilschaltspiele und gefahrene Zylinderhübe unterstützen die vorbeugende Wartung. Das Touchpanel FED von Festo stellt die Ergebnisse dar. Via Feldbus werden diese auch der Maschinensteuerung bereitgestellt. Die Diagnoselösung integriert sich damit leicht in ein bestehendes Steuerungskonzept. Alle Diagnosedaten sind auch für einen globalen Zugriff zugänglich. Damit können Servicemitarbeiter des Maschinenherstellers, Instandhaltungspersonal des Maschinenbetreibers und externe Service-Provider die Anlagenverfügbarkeit steigern und Instandhaltungsprozesse optimieren.

Auch am Beispiel Werkzeugmaschinen rechnet sich CMS. So haben sich beispielsweise die Spindeln zu hochkomplexen Bauteilen entwickelt. Im Falle eines Defektes an der Spindel sind häufig nur noch Spezialisten in der Lage, eine fachgerechte Instandsetzung durchzuführen. Ganz anders dagegen verhält es sich laut SKF mit dem Überwachen des Maschinenzustandes, um ungeplanten Maschinenstillständen zuvorzukommen. Denn die intelligenten Messgeräte zur Schwingungsanalyse seien ohne Vorkenntnisse zu bedienen und würden zuverlässige Ergebnisse liefern, so dass gezielte Maßnahmen zur Instandhaltung des Spindel- und Lagersystems rechtzeitig eingeleitet werden können.

Werner Möller werner.moeller@konradin.de

Globaler Zugriff und Integration in Kundensysteme

Durchfluss- und Drucksensor überwachen Druckluftlecks