O+P Fluidtechnik 10/2016

PREDICTIVE MAINTENANCE

PREDICTIVE MAINTENANCE MIT DEM „FINGERABDRUCK“ DIE LIFE CYCLE COSTS MINIMIEREN PRODUKTE UND ANWENDUNGEN Das Fluid kann in einem Hydrauliksystem als Fingerabdruck bezeichnet werden, verrät der Zustand der Flüssigkeit doch viel über die Maschine oder Anlage. Systeme, die die Betriebsflüssigkeit kontinuierlich überwachen, können dabei helfen, die Verfügbarkeit zu steigern und die Gesamtkosten über die Lebensdauer der Maschine zu reduzieren. Wer den Schaden hat, hätte rechtzeitig etwas dagegen tun können – besser lässt sich der Hauptnutzen von Predictive Maintenance nicht beschreiben. Ein solches „zustandsorientiertes“ Konzept schafft die Voraussetzungen dafür, dass nachteilige Veränderungen in Hydraulikund Schmiersystemen frühzeitig erkannt und zeitnah Gegenmaßnahmen eingeleitet werden können. Das Prinzip von Predictive Maintenance basiert auf drei Säulen: n Den Zustand eines „gesunden“ Systems permanent zu überwachen, um Verschleiß oder Abweichungen vom Normalzustand frühzeitig zu erkennen - Fluid Condition Monitoring n Ist eine Abweichung erkannt, gilt es im einfachsten Fall nur eine Alarmierung, besser aber die Restlaufzeit einer Komponente oder eines Subsystems zu bestimmen und auszugeben – im Sinne von Industrie 4.0 n Basierend auf diesem „Zustand“ der Anlage kann nun sicher ein kostspieliger Stillstand vermieden und eine kostengünstige Wartung geplant werden. In nahezu allen fluidischen Systemen gibt es zahlreiche Möglichkeiten, den Fluidzustand konsequent zu überwachen und dadurch unnötige Kosten zu sparen. DER FINGERABDRUCK DES SYSTEMS In Hydraulik- und Schmiersystemen tragen Reibung, Verschleiß, Leckagen und Übertemperaturen zum Eindringen von Verschmut- 34 O+P Fluidtechnik 10/2016

PREDICTIVE MAINTENANCE zung in die Betriebsflüssigkeit bei. Dies können beispielsweise partikuläre Feststoffverschmutzung und Wasser sein. Diese Verschmutzungen, verursachen in der Folge Fehler in Komponenten, Subsystemen und letztendlich in der gesamten Anlage. Darüber hinaus bewirkt auch der normale Alterungsprozess des Fluids Leistungsverluste, die häufig zu Anlagenstillstandszeiten führen. Um diese aufwendigen und kostspieligen Konsequenzen zu verhindern, ist die Überwachung des Zustands der Betriebsflüssigkeit von großer Bedeutung. Der Zustand der Betriebsflüssigkeit ist mit einem „Fingerabdruck“ des gesamten Systemzustands vergleichbar. Systeme zum permanenten Überwachen von Fluiden (Online Fluid Condition Monitoring) werden in diesem Zusammenhang zu einem entscheidenden Systembaustein. Sie unterstützen sowohl Maschinenbetreiber als auch Hersteller in ihren Anstrengungen, die Maschinenverfügbarkeit zu erhöhen, möglichst nur geplante Wartungen durchzuführen und somit die Gesamtkosten der Maschinen während ihrer Lebensdauer zu reduzieren. Für zahlreiche Produktionsbetriebe entscheiden inzwischen die Life Cycle Costs (LCC), die Kosten über die gesamte Lebensdauer der Maschine, über Neu- oder Nichtanschaffung. Dadurch können letztlich die tatsächlichen Gesamtstückkosten reduziert werden, um im globalen Markt wettbewerbsfähig zu bleiben. Um den heutigen Kundenanforderungen wie höherer Produktivität und Leistung gerecht zu werden, setzt die Industrie verstärkt auf Elektrohydraulik, höhere Systemdrücke und engere Spaltmaße. Diesem Trend geschuldet: die Maschinen werden immer empfindlicher gegen Ölverschmutzung. Werden die Reinheitsniveaus nicht kontrolliert und Verbesserungsmaßnahmen rechtzeitig getroffen, kann Verschleiß die Systemleistung schleichend vermindern. Dies kann durch den Einsatz von effizienten Fluid Condition Monitoring (FCM) Sensoren und Subsystemen verhindert werden. Diese erkennen die Abweichungen frühzeitig und ermöglichen dem Benutzer, vorausschauend Gegenmaßnahmen zu treffen. WAS KANN EIN FCM-SYSTEM LEISTEN? Die heutigen Marktanforderungen können sowohl für stationäre als auch für mobile Maschinen verallgemeinert werden. Die zwei grundlegenden Forderungen sind die unmittelbare Alarmierung bei schwerwiegenden Fehlern sowie die Reduzierung der Produkt- Stückkosten (wobei „Produkt“ ein maschinell hergestelltes Teil oder eine geförderte Tonnage pro Stunde sein kann). Um die oben genannten Forderungen zu erfüllen, reichen „reaktive“ (Betrieb bis zum Ausfall) oder „präventive“ (vorbeugende) Konzepte nicht aus. Nur ein „vorausschauendes” Konzept ermöglicht, die volle Lebensdauer aller kritischen Maschinenteile auszunutzen, indem es bereits zum frühstmöglichen, optimalen Zeitpunkt eine beginnenden (Fluid-)Abweichung vom Normalzustand erkennt. Dies ist die Basis für eine wesentliche Betriebskostenreduzierung durch die Minimierung teurer und ungeplanter Wartungs- und Stillstandskosten. Sobald eine beginnende Abweichung festgestellt wird, ist es möglich, die Restlebensdauer des entsprechenden Parameters oder der Komponente abzuschätzen und zur Weiterproduktion kontrolliert zu nutzen. Parallel können Ersatzteile beschafft und eine Wartung mit minimalen Kosten geplant werden. Durch die Reduzierung der Gesamtbetriebskosten lohnt sich für den Betreiber auch das anfängliche Invest in die Mehrkosten eines FCM-Systems. Ein weiterer Kostenvorteil des Fluid Condition Monitoring ergibt sich bereits bei der Konstruktion aus der besser angepassten Dimensionierungsmöglichkeit der Komponenten: n Komponenten müssen nicht mehr überdimensioniert und damit teurer werden. n Die Gefahr, dass Komponenten am Limit betrieben werden, entfällt. n Das System hat demzufolge einen höheren Wirkungsgrad. Der größte Vorteil von permanent installierten Fluid-Zustandssensoren und Subsystemen ist allerdings die Möglichkeit der Fluidzustandserfassung auf kontinuierlicher Basis nahezu in Echtzeit. Die wichtigsten zu überwachenden Systemeigenschaften und die geeigneten Sensoren (als Ergänzung zu den konventionellen Sensoren für Druck, Temperatur, Durchfluss, etc.) sind hier in absteigender Priorität aufgelistet. Eigenschaft Verschleiß Fluid-Quer-Verunreinigung durch falsche Fluidzugabe oder Leckage Wassereintritt durch Kondensation oder Leckage Fluidalterungszustand aufgrund von Hydrolyse oder Oxidation Sensor 1. Feststoff-Partikelsensor 2. Differenzdrucksensor für Filter 3. Sensor für freies oder gelöstes Wasser 4. Ölalterungssensor 5. Differenzdrucksensor für Filter Für die Implementierung in ein vorausschauendes Wartungskonzept müssen die elektrischen Sensorausgänge folgende Bedingungen erfüllen. Die Ausgangssignale müssen es dem System oder dem Betreiber grundsätzlich ermöglichen, die Restlebensdauer einer Komponente oder eines Prozesses abzuschätzen, um eine geplante Wartung durchzuführen. Zudem sind reine Schalt ausgänge bei langsamen Prozessen in der Regel ausreichend. Analoge oder digitale Busausgänge sollten bevorzugt bei hochtransienten Prozessen eingesetzt werden. Unter diesen Voraussetzungen kann Predicitve Maintenance auf Basis des Fluids Kosten minimieren und den Nutzen maximieren. www.hydac.com Investition in Fluid Condition Monitoring Kosten Produktionsausfall 100% 80% 60% Gesamtkosten 40% 20% 0% ■ Reaktive Wartung ■ Vorbeugende Wartung ■ Zustandsorientierte Wartung Typische Wartungskostenverteilung der drei Systeme Kosten geplanter Service Kosten ungeplanter Service O+P Fluidtechnik 10/2016 35