Condition Monitoring

Condition Monitoring bedeutet Zustandsüberwachung. In der der Maschinen- und Fahrzeugtechnik wird beim Condition Monitoring das Maschinenverhalten von der Leittechnik bis hin zur Komponentenebene erfasst und bewertet. Es geht hierbei zum einen darum, Verschleißteile erst bei Erreichen der funktionsrelevanten Abnutzung auszutauschen. Zum anderen werden beim Condition Monitoring auch Bauteile mit veränderten Eigenschaften, die nicht durch normale Abnutzung verursacht wurden, rechtzeitig entdeckt, bevor sie Probleme verursachen. Nicht nur im Maschinenbau sondern auch für andere Anlagen, zum Beispiel die zur Energie- und Wasserversorgung und für sicherheitsrelevante Bauteile an Bauwerken, wie Brücken, Tunneln, Türmen und Hochhäusern, bietet Condition Monitoring viele Vorteile.

Produktionsanlagen, Anlagen zur Energieumwandlung und -erzeugung, Fahrzeuge, Fördertechnik und viele andere wichtige Anlagen und Geräte werden regelmäßig gewartet, um Ausfälle zu vermeiden. Oft werden im Zuge der geplanten Wartung Bauelemente oder Betriebsstoffe noch vorsorglich nach festgelegten zeitlichen Intervallen oder nach einer bestimmten Laufleistung ausgetauscht, um sicherzugehen, dass die Anlage nicht wegen Verschleiß dieser Bauteile ausfällt. Einige Bauteile oder Betriebsstoffe altern aufgrund ihrer Zusammensetzung unabhängig von der Beanspruchung, bei anderen ist dies aber stark von der Betriebsdauer und eventuellen Verschmutzungen oder anderen zusätzlichen Beanspruchungen abhängig. Wenn der Austausch kritischer Maschinenelemente nicht nach festgelegten Intervallen, sondern mit Hilfe des Condition Monitoring erst bei Erreichen der maximalen Nutzungsdauer durchgeführt wird, können enorme Kosteneinsparungen erzielt werden. Dazu müssen jedoch klare Kriterien für die jeweiligen Bauteile definiert und diese regelmäßig überwacht werden. Werte wie Temperatur, Abrieb, Auslenkung oder Verschmutzungsgrad können fortlaufend erfasst und Rückschlüsse auf die weitere Entwicklung gezogen werden. Außerdem muss die schnelle Verfügbarkeit des Ersatzteils oder Betriebsstoffes und der schnelle Wechsel sichergestellt werden. Kann die Wartung trotz Bedarf nicht umgehend durchgeführt werden, besteht in einigen Fällen die Möglichkeit, die Belastung der Anlage aus Sicherheitsgründen zu reduzieren.

Investitionen in Geräte für das Condition Monitoring helfen, drohende Anlagenstörungen früh zu erkennen und Produktionsausfälle zu vermeiden. Den zusätzlichen Ausgaben für die Einführung des Condition Monitoring stehen geringere Kosten für das Wartungspersonal, die Ersatzteile und den Anlagenstillstand gegenüber. Bauteile deren aktueller Zustand zu Gefahrensituationen und wirtschaftlichen Schäden führen kann, werden schnell erkannt, so dass rechtzeitig Gegenmaßnahmen eingeleitet werden können. Condition Monitoring führt außerdem zu höherer Fertigungsqualität und Planungssicherheit, da die Überwachung auch zur Vermeidung von unzulässigen Fertigungstoleranzen beiträgt.

Condition Monitoring und Predictive Maintenance - Zustandsüberwachung und Vorausschauende Instandhaltung
Beim Condition Monitoring werden typische Messgrößen, die Informationen zum Zustand von Komponenten geben, erfasst. Dazu gehören zum Beispiel Temperatur, Füllstand, Druck, Strömungsgeschwindigkeit, Schwingungen, Vibrationen, Drehzahl, Frequenz, Lautstärke. Zur Zustandsüberwachung können Systeme oder Einzelgeräte eingesetzt werden, die in der Lage sind, bei Erreichen von voreingestellten Grenzwerten Alarme auszulösen. Dadurch kann auch bei Anlagen, die nicht permanent durch Bedienpersonal überwacht werden, rechtzeitig gegengesteuert werden. Ausfälle, längere Stillstandszeiten und dadurch bedingte Folgeschäden lassen sich mit Condition Monitoring trotz längerer Nutzung von Verschleißteilen und Betriebsstoffen weitgehend vermeiden.

Legt man Zeitpunkt und Umfang der Instandsetzung auf Grund des beim Condition Monitoring erfassten aktuellen Zustands der Bauteile fest, wird dies Vorausschauende Instandhaltung – Predictive Maintenance - genannt. Die vorausschauende Instandhaltung ist sowohl gegenüber der präventiven Instandhaltung nach festen Intervallen, als auch gegenüber der operativen Instandhaltung nach Schäden, meist günstiger, da Bauteile und Betriebsstoffe zwar länger, aber nicht bis zum Funktionsausfall genutzt werden.

Aktuelle Sensoren können bereits minimale Änderungen von Temperaturen, Vibrationen, von Schall- oder Ultraschallpegeln oder in der Zusammensetzung von Kühl- oder Schmiermitteln messen. Diese Daten werden oft bereits in den angeschlossenen Geräten mit spezifischen Vorgaben verglichen. Für die vorausschauende Instandhaltung werden alle Messdaten des Condition Monitoring gespeichert und ausgewertet, um den optimalen Zeitpunkt für Austauschmaßnahmen zu finden.

Für das Condition Monitoring können sowohl mobile als auch fest installierte Sensoren eingesetzt werden. Mehrkanalgeräte können gleichzeitig die Signale von an verschiedenen Messstellen installierten Sensoren erfassen. Die Auswertung der aufgenommenen Messwerte kann meist sehr komfortabel über spezielle Software auf einem PC erfolgen oder die Daten werden in eine bereits vorhandene Software übertragen. Die auf dem PC anschaulich dargestellte Schwingungsanalyse zeigt zum Beispiel frühzeitig kleinste Unregelmäßigkeiten von Antriebselementen wie Motoren und Getrieben und an Wälzlagern. Die Maschine kann sofort oder bei der nächsten passenden Gelegenheit abgeschaltet werden, um die Ursache der Störung zu untersuchen und zu beheben, bevor es zu Schäden kommt. Neben der Schwingungsdiagnose und der Temperaturerfassung gehören auch Schallpegel- und Strömungsmessungen und Inspektionen mit Endoskopkameras zum Condition Monitoring.

Condition Monitoring in der automatisierten Produktion
Auch das Fraunhofer Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM befasst sich mit Condition Monitoring Systemen. Im Projekt EcoMoS unter dem großen Schlagwort „Industrie 4.0“ werden preiswerte kleine Sensorknoten zu energieautarken drahtlos kommunizierenden Netzwerken verknüpft. Das System soll Reichweiten von bis zu 100 m abdecken und auch bei Hitze, Nässe, Schmutz, Hochspannung, Stößen und Rotationen zuverlässig funktionieren. Die im Projekt eingesetzten kleinen, wartungsfreien Funksensoren ermöglichen die Messdatenerfassung auch an schwer zugänglichen Positionen. Die drahtlose Datenübertragung vereinfacht die Installation der Sensoren und während des Betriebs der überwachten Anlage muss nicht auf die Sicherung von Anschlusskabeln geachtet werden. Die untereinander vernetzten Sensoren im Projekt werden unter den realen Bedingungen in einer Papierfabrik getestet. Die Messdaten des Condition Monitoring sollen nicht nur der Vorausschauenden Instandhaltung dienen, sondern auch zum besseren Verständnis der überwachten Anlagen beitragen.

Effektives Arbeiten wird nicht nur bei Menschen gewünscht, auch Produktionsanlagen in der Industrie sollten so gewartet werden, dass Ausfälle aufgrund von defekten Einzelkomponenten so gut wie nie vorkommen. Doch gerade das macht es so schwierig. Condition Monitoring versucht das Maschinenverhalten von der Leittechnik - bis hin zur Komponentenebene vorhersagen zu können. Es geht darum Ersatzteile erst dann auszutauschen, kurz bevor sie ihre Arbeit einstellen und nicht nach einer gewissen Zeitspanne oder nach einer bestimmten Stückzahl.

Ausgetauschte Bauteile könnten noch durchaus für eine lange Zeit intakt bleiben. Es ist wichtig den Zustand von Produktionsmaschinen in allen Bereichen zu kennen, mögliche Fehlerquellen frühzeitig festzustellen, um Wartungsarbeiten rechtzeitig planen zu können. Wenn kritische Maschinenelemente bis zur maximalen Nutzung im Einsatz sind, gelingen mit Conditon Monitoring enorme Kosteneinsparungen.