Die Anforderungen an die Verfügbarkeit von Pumpen bei Industrieanwendungen sind extrem hoch. Ein Ausfall einer nicht redundanten Pumpenanlage führt häufig zum Stillstand des gesamten Anlagenkomplexes. Da Produktionsunterbrechungen immense Kosten verursachen, kommt der Zustandsüberwachung von Pumpen eine hohe Bedeutung zu. Werden Probleme rechtzeitig erkannt und behoben, sind Einsparungen bei den Instandhaltungskosten möglich und können Laufzeiten und Produktivität gesteigert werden. Mit Hilfe von Messgeräten werden Informationen über den Zustand der Pumpe gesammelt. Diese Daten werden analysiert. Um die Diagnosesicherheit zu erhöhen, sind neben der Maschinenschwingung unter anderem auch Prozessparameter wie Temperatur, Leistung und Drehzahl wichtig.

Man unterscheidet zwei Überwachungsstrategien: Offline und Online. Bei der Offline Methode wird mit Datensammlern in festgelegten Intervallen gemessen. Es sind sowohl Kenngrößenbewertungen, wie z.B. Schwinggeschwindigkeiten nach ISO 10816-3, als auch Frequenzanalysen möglich. Die permanente Überwachung ist für kritische Prozesse empfehlenswert, da hier die Überwachung im Vergleich zu Offline nahezu kontinuierlich erfolgen kann.
Wurde im Rahmen des Instandhaltungskonzeptes die Messmethode festgelegt, ist es wichtig, zu definieren, wie die eigentliche Fehlerdiagnose aussehen soll. Reicht es aus, die Zustandsänderung zu erkennen und die Schadensentwicklung zu verfolgen oder möchte man das Problem lokalisieren und die genaue Ursache für die Veränderung finden? Im ersten Fall spricht man von der Überwachung der Kenngrößen, auch Level 1 genannt. Dabei ist es nicht immer möglich, die Schadensart exakt zu ermitteln, allerdings lassen sich Aussagen zur Schwingungsbelastung und zum Wälzlagerzustand treffen. Der Kenngrößen-Überwachung liegen Parameter wie Schwingstärke, Schwingweg, Schwingbeschleunigung, Stoßimpulse zur Wälzlagerbeurteilung, Temperatur, Drehzahl und Kavitation zugrunde.
Im zweiten Beispiel spricht man von Tiefendiagnose, Level 2. Bei der Tiefendiagnose werden aus dem erfassten Zeitsignal der Schwingbeschleunigung die erforderlichen Messaufgaben wie z.B. FFT (Fast Fourier Transformation) zur Schwingungsdiagnose oder Hüllkurvenspektrum zur Wälzlagerdiagnostik berechnet. Mit Hilfe dieser frequenzselektiven Messverfahren können neben dem Schadensverlauf auch die exakten Schadensursachen detektiert werden. Somit besteht die Möglichkeit, zum Beispiel Unwuchten, Ausrichtfehler und Turbulenzen zu finden oder eine Lagerdiagnose zu stellen. Nachfolgend wird am Online Monitoring System Vibnode die permanente Zustandsüberwachung an Pumpen exemplarisch dargestellt.

Überwachungsknoten integriert Pumpe ins Werksnetz

Das Überwachungssystem Vibnode wird direkt an der Pumpe installiert und per Ethernet ins Werksnetz eingebunden. Dies ist möglich, da mehr und mehr Firmen eine flächendeckende Ethernet-Verkabelung in den Produktionsbereichen haben. Hier sind die kurzen Kabelstrecken zwischen Sensorik und Online System und demzufolge wesentlich geringere Installationskosten von Vorteil. Da die Signalverarbeitung und die Grenzwertüberwachung im Gerät erfolgen, benötigt das System nur eine sehr geringe Übertragungsbandbreite im Netzwerk und keinen eigenen PC für die Auswertung. Über die frequenzselektive Überwachung der spezifischen Maschinenschwingungen, der strömungsangeregten Schwingungen und des Wälzlager-Körperschalls ist es möglich, den Zustand der Komponenten Pumpenwelle, Pumpenlaufrad, Wälzlagerungen und Antrieb zu überwachen. Gleichzeitig werden Betriebsparameter wie Fördermenge, Saugdruck, Förderdruck, Antriebsleistung, Drehzahl, Lagertemperaturen oder Leckageüberwachung betrachtet. Die Messdaten und Statusinformationen können via Modbus TCP oder OPC in vorhandene Prozessleitsysteme eingebunden werden. Bei einer Grenzwertüberschreitung wird der Leitstand informiert und es werden die FFT-Spektren zur Schadensdiagnose aufgezeichnet. Nur im Alarmfall werden die Maschinensignale für FFT- oder Hüllkurvenanalysen gespeichert.

Die Zustandsinformationen werden automatisch über die Netzwerkanbindung oder per E-Mail an übergeordnete Systeme des Betreibers oder an Servicepartner übermittelt. Die Daten können auf Wunsch in die Datenbank und Diagnose-Software Omnitrend übertragen und gespeichert werden. Mit dieser ist eine übersichtliche Darstellung und komfortable Analyse aller gespeicherten Zustandsinformationen möglich.

Fazit: Schwingungsbasierte Zustandsbeobachtung und -analyse ermöglichen es, Schäden früh zu erkennen. Für moderne, auf dem Zustand basierende Instandhaltungsstrategien ist dies ein entscheidender Faktor. Durch moderne Messtechnik und Messverfahren lassen sich Verschleißerscheinungen nachweisen und Schadensursachen exakt erkennen, um die Restlebensdauer abzuschätzen. Dies ist der Weg für einen störungsfreien Produktionsprozess.

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