Sensorsysteme zur Zustandsüberwachung (Condition Monitoring System CMS) werden seit vielen Jahren bei Großanlagen eingesetzt, um Ertragseinbußen durch Produktionsausfälle und kostenintensive Wartungsaufwände zu minimieren. Anwendungsbeispiele sind Drehrohröfen in Zementwerken, Förderanlagen in der Rohstoffgewinnung, Vortriebsmaschinen im Tunnelbau, Kraftwerksturbinen oder Windkraftanlagen. Durch die Fortschritte bei der Sensortechnik und der zunehmenden Verfügbarkeit von Hochgeschwindigkeits-Datennetzen werden CMS-Systeme nunmehr auch für geringer wertige Investitionsgüter, wie Spritzgießmaschinen interessant. Ein Spritzgießmaschinenhersteller solche Systeme entwickelt und bietet die CMS-Fähigkeit als Optionsausrüstung für seine Spritzgießmaschinen an.

Das Wittmann Battenfeld-CMS-Konzept der Sensorik zur Zustandsdatenerfassung und anschließenden Aufbereitung als Entscheidungsgrundlage für Wartungsmaßnahmen. (Bild: Wittmann Battenfeld)

Ein Condition Monitoring System zur zustandsorientierten Vorausplanung von Wartungsarbeiten erhöht die Anlagenverfügbarkeit in einer bedarfsorientierten „Just-in-time-Zulieferkette“. (Bildquelle: Reinhard Bauer)

Im Gegensatz zur zeitorientierten Instandhaltung, bei der Komponenten in festgelegten Zeitintervallen unabhängig vom Zustand der Bauteile ausgetauscht werden (Preventive Maintenance), setzt das Condition Monitoring (CM), auf eine permanente Zustandsüberwachung (Predictive Maintenance). Letzteres bietet den Vorteil, den Austausch ausschließlich vom Grad des Verschleißes und der Funktionserfüllung abhängig machen zu können. Die Überlegenheit der Zustandsüberwachung gegenüber der vorbeugenden Wartung ist in der Methode selbst begründet. Denn die zwischen zwei Wartungen eintretenden Schäden bleiben in der Regel unentdeckt und können deshalb bis zum Totalausfall führen. Dieser wäre, rechtzeitige Entdeckung vorausgesetzt, oft mit geringem Aufwand zu beseitigen. Die derart eintretenden ungeplanten Reparaturkosten und der Ertragsausfall durch den Maschinenstillstand sind meist höher als die Kosten für ein Condition Monitoring System (CMS). Dies zählt umso mehr, je enger die Produktionen in einer Just-in-time-Kette eingebunden sind, wie dies beispielsweise Spritzgießproduktionen in der Automobilzulieferindustrie sind.

Wittmann Battenfeld, Kottingbrunn, hat zur K 2016 ein CMS-System vorgestellt, das als Optionsausrüstung zu den Spritzgießmaschinen lieferbar ist. Es greift auf die Messwerte bereits vorhandener sowie zusätzlich eingebauter Sensoren zu und gibt diese an ein Aufzeichnungssystem weiter.

Das Wittmann Battenfeld-CMS-Konzept der Sensorik zur Zustandsdatenerfassung und anschließenden Aufbereitung als Entscheidungsgrundlage für Wartungsmaßnahmen. (Bildquelle: Wittmann Battenfeld)

Anzeigebeispiel der Zustandsüberwachung des Schneckenantriebs und der Rückstromsperrenfunktion. (Bildquelle: Wittmann Battenfeld)

Bei (servo-) hydraulischen Maschinen wird die Antriebsfunktion der Hydraulik (Vibrationen im Pumpenantrieb, Stromaufnahme, Systemdruck) und die Ölqualität (Temperatur, Partikelanzahl im Öl und Wassergehalt) sowie bei elektrischen Maschinen die Getriebeölqualität, das „Klima“ im Elektroschrank (Temperatur, Feuchtigkeit, eventuelle Rauchbildung) erfasst. Überwacht werden auch die Kapazität der Kühlwasser- und der Luftversorgung (Durchflussmenge, Druck, Temperatur) und die mechanischen Parameter der Schließeinheit (Drücke in den Druckkissen bei den Macro Power-Maschinen, Vibrationen und Drehmomente bei den servoelektrischen Antrieben), außerdem die mechanischen Parameter des Plastifizier-/Spritzaggregates (Vibrationen, Plastifizier-Drehmoment, Schneckenhub, Schließverhalten der Rückstromsperre). Eine Vibrationsursache kann beispielsweise eine gelockerte Schraube der Schneckenkupplung sein, die, wenn sie unbemerkt bleibt, zu einem größeren Folgeschaden führen kann.

Übersicht der Zustandsmesswerte auf der B8-Maschinensteuerung. (Bildquelle: Wittmann Battenfeld)

Die Messwerte werden teils zyklussynchron, teils zeitabhängig (Temperaturen, Feuchtigkeit, Signale vom Rauchmelder im Elektroschrank) an der Maschine gesammelt und anschließend an den CMS-Rechner zum Auswerten weitergeleitet. An der Maschine werden die aktuellen Zustandsdaten auf eine Überblicksseite der B8-Maschinensteuerung kompakt dargestellt. Abweichungen von voreingestellten Sollwerten (Temperaturbereiche, Luftdruck, Rauchmeldersignale) werden mittels Grün/Rot-Ampelanzeigen visualisiert.

Das Herz des Zustandsüberwachungssystems ist der CMS-Rechner, der Teil eines Produktionsleitstandes ist. Er kommuniziert mit den Spritzgießmaschinen und greift die Messdaten ab, sammelt und speichert sie für eine gegebenenfalls später notwendige Rückverfolgung. Die CMS-Software verarbeitet die Messdaten zu Trendfolgemodellen.

Ein CMS-Leitstand kann gleichzeitig bis zu 50 Maschinen überwachen und Vorwarnungen via E-Mail an das Instandhaltungspersonal weitergeben.

Die Überwachungsdaten von bis zu 50 Maschinen können auf einem Condition-Monitoring-Leitrechner zusammengefasst werden. Die errechneten Datentrends lösen bei Toleranzwertüber- oder -unterschreitungen Signale aus, die von qualifizierten Instandhaltern entsprechend interpretiert und in Aktionen umgesetzt werden müssen. (Bildquelle: Wittmann Battenfeld)

Zur Datenbewertung werden anerkannte Qualitätsstandards zu Grunde gelegt, beispielsweise zum Beurteilen der Ölqualität die NAS (National Aerospace Standard) 1638 oder die Öl-Reinheitsklassifizierung nach ISO 4406. Bei den Werten für den Öl- oder Luftdruck, Temperaturen oder dem Schließverhalten der Rückstromsperre werden Erfahrungswerte als Beurteilungslimits eingestellt. Zusätzlich werden die Schwingungen von verschleißgefährdeten Bauteilen mit Vibrationssensoren erfasst und mit Analysealgorithmen ausgewertet.

Die CMS-Software liefert neben aktuellen Statusinformationen auch Trends zum Verändern von Funktionswerten. Diese stellen Entscheidungsgrundlagen für das Instandhaltungspersonal dar. Sollte zur Interpretation der Entscheidungsgrundlagen vor Ort nicht ausreichend qualifiziertes oder erfahrenes Personal verfügbar sein, so besteht die Möglichkeit, die Dateninterpretation über eine Online-Vernetzung an ein Servicecenter von Wittmann Battenfeld auszulagern und von dort aus notwendige Wartungsmaßnahmen einzuleiten.

Die zustandsorientierte Maschinenwartung bietet eine größere Ausfallsicherheit als die Wartung in fixen Zeitintervallen oder das Prinzip der vorsorglichen Wartung, da durch die fehlende Information zwischen den Wartungen Störungen (gelockerte Schrauben, beginnender Lagerschaden) mit dem Potenzial für einen plötzlich eintretenden Totalausfall kaum erkannt werden können. Deshalb ist ein CMS-System ein nützlicher Beitrag zur Steigerung der Ausfallsicherheit von Produktionen, insbesondere und ganz besonders in Just-in-time-Produktionsketten. Und schon wenige Tage Produktionsausfall kompensieren die Kosten zur Implementierung eines Condition-Monitoring-Systems.

Technokomm, ist freier Redakteur für kunststofftechnische Berichte.  

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