Predictive Maintenance, also vorausschauende Wartung, ist die konsequente Fortführung des Condition Monitoring, das als Weiterentwicklung der klassischen Betriebsstundenerfassung schon länger in viele moderne Industrieanlagen integriert ist. Während Condition Monitoring nur das Erkennen eines Abnutzungszustandes ermöglicht, kann mit der vorausschauenden Wartung im Idealfall rechtzeitig im Voraus ein Wartungstermin eingeplant werden. In der Konsequenz ergeben sich daraus eine höhere Anlagenverfügbarkeit sowie reduzierte Kosten.

Speziell bei kleineren Getriebemotoren, die in Intralogistik-Installationen in großer Zahl verbaut sind, ist der Einsatz zusätzlicher ‚realer‘ Sensoren für das Condition Monitoring – wie sie in Industriegetrieben zum Einsatz kommen – oft zu kostenintensiv. Vor diesem Hintergrund hat Nord Drivesystems ein Konzept entwickelt, das mit den ‚Vitaldaten‘ des Antriebs beziehungsweise mittels ‚virtueller‘ Sensorik Zustände der Anlage berechnen kann. Ein solches Konzept bietet eine wirtschaftliche Umsetzung von Predictive Maintenance insbesondere für Anlagen mit vielen kleinen Antrieben.

Mittels virtueller Sensorik, die auf mathematischen Algorithmen basiert, sowie der in den Umrichtern integrierten SPS können die Frequenzumrichter durch Vorverarbeitung der internen Zustandswerte Größen berechnen, die nur mit größerem Aufwand messbar sind. Aus den elektrischen Daten berechnet sich zum Beispiel die Antriebsleistung, die in Kombination mit weiteren Parametern und Daten des Getriebeöls hinreichend genau auf die Öllebensdauer schließen lässt. So wird der Ausnutzungsgrad des Getriebeöls und damit der voraussichtliche Ölwechseltermin zugänglich. Je nach Beanspruchung, Auslastung und Aufstellung des jeweiligen Getriebemotors können sich diese Termine auch innerhalb einer Anlage mit gleich-altrigen Getriebemotoren deutlich unterscheiden.

Ein weiteres Szenario plant Ähnliches für die Vorhersage des Verschleißzustandes und des idealen Wartungstermins durch einen Soll- und Ist-Abgleich per Algorithmus: In einer Lernphase werden an der neuen Förderanlage im unbelasteten und belasteten Zustand die elektrischen Daten ermittelt und als Referenzwerte festgelegt. Werden diese im späteren Realbetrieb überschritten, erkennt der Frequenzumrichter, dass sich am mechanischen System etwas verändert hat. Das kann durch stärkere Reibung, Verschleiß, ein beschädigtes Lager oder Getriebe sowie durch eingeklemmte Fremdkörper (Verpackungsmaterial, Klebebänder) geschehen. Sind die mathematischen Zusammenhänge der Anlage bekannt und in validierte intelligente Algorithmen für die Datenauswertung überführt, lässt sich auch ohne reale Sensorik eine vorausschauende Wartung für die Antriebstechnik durchführen.

Gesundheitsvorsorge für große Getriebe

Industriegetriebe sind die Schwergewichte in der Antriebstechnik und müssen hohe Drehmomente übertragen. Kleine unbemerkte Defekte können aufgrund der großen einwirkenden Kräfte hier schnell zu Schäden führen. Das wäre nicht nur teuer, sondern fatal: Wichtige Anlagenteile stünden still, bis Ersatz geliefert und eingebaut ist.

Ergo empfiehlt sich bei den Industrie-getrieben ebenso, auf Condition Monitoring und Predictive Maintenance zu setzen, um maximale Anlagenverfügbarkeit bei hoher Wirtschaftlichkeit zu erreichen. Voraussetzung sind auch in diesem Fall intelligente Frequenzumrichter mit integrierter SPS, die autarke Entscheidungen treffen können. Allerdings sind die Kosten physischer Sensoren dabei im Verhältnis zu den Getriebekosten nicht so gravierend, weshalb ergänzend auch reale Temperatur- und Schwingungssensoren sinnvoll sind.

Pilot-Förderanlage bei Nord Drivesystems in Bargteheide: Mit der Cloud-Anbindung kann ein Techniker die Zustandsdaten der Antriebe ortsunabhängig über­sichtlich aufbereitet auswerten.

© Nord Drivesystems

Insbesondere die Schwingungssensorik bietet in diesem Kontext eine Reihe von Vorteilen. So gibt es für die in den In­dustriegetrieben eingebauten Lager detaillierte Herstellerdatenbanken, welche die charakteristischen Schwingungsfrequenzen von Innenring, Außenring und Wälzkörpern jedes Lagertyps enthalten. Bekannt sind daneben die Zahneingriffsfrequenz, die Lagerfrequenz und die je­weilige Drehzahl. Die einzelnen Frequenzen lassen sich also klar identifizieren und zuordnen.

Anhand der Zeitsignale oder einer FFT-Analyse kann auf dieser Grundlage das Frequenzspektrum untersucht werden, um die Ursachen der auftretenden Schwingungen klar zu erkennen. Die FFT-Analyse (Fast Fourier-Transformation) ist ein Algorithmus zur effizienten Berechnung der diskreten Fourier-Transformation (DFT). Mit ihr kann man ein digitales Signal in seine Frequenzanteile zerlegen und analysieren. Die Ermittlung der Frequenzanteile, Amplituden und Phasen der Schwingungen und ihr Abgleich mit den Schwingungsdatenbanken erlauben somit eine detaillierte Zustandsdiagnose. Auf diese Weise ist nicht nur der ideale oder erforderliche Wartungszeitpunkt berechenbar, sondern darüber hinaus wird auch klar, wo gegebenenfalls der Fehler liegt und welche Ersatzteile erforderlich sind.

Cloud-Anbindung für vernetzten Service

Grundsätzlich ist eine Cloud-Anbindung selbst beim Retrofitting bestehender Anlagen unkompliziert umzusetzen. Alle Antriebe haben eine eigene IP-Adresse, über die sie mittels eines Routers erreichbar sind. Die durch Condition Monitoring und Predictive Maintenance gewonnenen Daten jedes einzelnen Antriebes in der Anlage lassen sich abfragen, ohne in die Gerätesteuerung oder die Software einzugreifen.

Bei großen Getrieben sinnvoll: Kontrolle der Verzahnung mittels Endoskopie.

© Nord Drivesystems

Die intelligenten Antriebskomponenten übertragen die Werte zum Beispiel über ein Internet-Gateway an eine sichere Cloud. Dort stehen sie für die Auswertung mit Filter- und Analyse-Tools zur Verfügung.

Ein Techniker kann also an einem beliebigen anderen Ort die Daten übersichtlich aufbereitet in einem browserbasierten Web-Interface analysieren. Dabei kann festgelegt werden, welche Information der Antriebsexperte braucht und welche Informationen für den Servicetechniker wichtig sind.

Für all diese neuen Technologien entwickelt Nord Drivesystems derzeit zum Teil in Kooperation mit Partnern das entsprechende Know-how, um dieses zukünftig mit Anwendern in deren Anlagen umzusetzen.

Autor: Jörg Niermann ist Bereichsleiter Marketing bei Nord Drivesystems.