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antriebstechnik 4/2018

antriebstechnik 4/2018

WÄLZ- UND GLEITLAGER

WÄLZ- UND GLEITLAGER Gesucht: Der richtige Zeitpunkt für Wartung und Austausch Condition-Monitoring-Konzept für die vorbeugende Instandhaltung und Optimierung von Lagerstellen So spät wie möglich, so früh wie nötig: Auf diesen einfachen Nenner kann man die Interessenlage der Betreiber bringen, wenn es um den Austausch von Wälzlagern geht. Mit den Methoden der vorbeugenden Instandhaltung lässt sich deren Lebensdauer deutlich verlängern, ohne das Risiko des ungeplanten Stillstands zu erhöhen. Bei kritischen Anwendungen bewährt sich das Konzept der Predictive Maintenance. Peter Neubauer ist Key Account Manager und Ralf Petersen ist Engineering Manager Industrial, European Technology Centre; beide bei der NSK Deutschland GmbH in Ratingen Bewegliche Komponenten unterliegen dem Verschleiß. Das gilt für die Antriebstechnik im Allgemeinen und für Wälzlager als hochbeanspruchte Antriebselemente im Besonderen. Das bedeutet auch: Zu jedem Wartungskonzept gehört die Inspektion der Wälzlager. Vor wenigen Jahren noch verfolgten viele Betreiber ein einfaches „vorausschauendes“ Wartungskonzept: Um ungeplanten Stillstand und damit Produktivitätsverlust zu vermeiden, wurden Wälzlager präventiv ausgetauscht, bevor Anzeichen von Verschleiß einen bevorstehenden Ausfall ankündigten. Dabei ließ bzw. lässt es sich nicht vermeiden, dass funktionsfähige Komponenten vorzeitig entsorgt werden. Das ist aus kommerzieller Sicht und auch aus Gründen der ressourcenschonenden Produktion ein Nachteil, zumal dadurch auch immer knapper werdendes Personal in der Instandhaltung gebunden wird. Daraufhin entstand das Prinzip des Condition Monitoring. Hier werden Daten erfasst, die Aufschluss über den Zustand der Antriebskomponenten – in diesem Falle des Wälzlagers – geben. Wenn diese Daten mit entsprechender (maschineller) Intelligenz gesammelt und interpretiert werden, wird das Wälzlager im optimalen Fall erst ausgetauscht, kurz bevor ein Defekt auftritt. Das ist das Konzept der vorbeugenden Instandhaltung bzw. Predictive Maintenance. Dieses Prinzip kann bedarfsgerecht auf verschiedene Arten umgesetzt werden, die sich in Bezug auf Aufwand und Intensität unterscheiden. Punktuelle Datenerfassung bei Bedarf Vergleichsweise einfach ist das Condition- Monitoring-Konzept, das NSK im Rahmen des Added Value Programms AIP+ als Dienstleistung entwickelt hat. Ein Servicetechniker erfasst vor Ort servicerelevante Parameter wie Schwingung, Temperatur und Drehzahl von Maschinenkomponenten. Dabei kommt für diesen Zweck entwickelte Messtechnik zum Einsatz. Sie erfasst und analysiert die Daten mithilfe anspruchsvoller Software. Dieser Condition-Monitoring-Service (CMS) folgt einem standardisierten Verfahren. Als Ergebnis 102 antriebstechnik 4/2018

WÄLZ- UND GLEITLAGER erhält der Maschinenbetreiber einen ausführlichen CMS-Report mit einer Zustandsbeschreibung des Wälzlagers. Im Zuge der Messung werden unerwünschte Zustände und Kräfte wie Unwuchten an drehenden Maschinenbauteilen oder Fluchtungs- bzw. Ausrichtungsfehler von Wellen zuverlässig erkannt. Der CMS-Report gibt z. B. auch Hinweise auf unzureichende Schmierung und auf den vorzeitigen Verschleiß von Antriebselementen. Deshalb dient die Messung in der Praxis nicht nur der vorbeugenden Instandhaltung, sondern auch der Optimierung von Lagerstellen mit dem Ziel einer höheren Lebensdauer. Kontinuierliche Zustandsüberwachung Bei sicherheitskritischen Antrieben kann eine dauerhafte Überwachung gewünscht sein. Für diese Fälle hat NSK Sensorlager entwickelt: Wälzlager mit integrierter Sensorik, die kontinuierlich Informationen z. B. über Temperatur und Schwingungen erfassen, aufzeichnen und an eine übergeordnete Steuerung melden. Diese mechatronischen Antriebselemente haben inzwischen einen hohen Reifegrad erreicht. Die Signalauswertung stellt allerdings eine Herausforderung dar. Denn je nach Art des Schadens (Kratzer, Eindruck, Riefen) und seiner Position im Lager (Innen- oder Außenring, Käfig) entstehen Daten, die entsprechend ausgewertet werden müssen. Dabei steht die Frage im Zentrum: Wann deutet das Schwingungsprofil auf einen bevorstehenden Schaden bzw. einen Ausfall hin? Um dem Anwender die Beantwortung dieser Frage zu ermöglichen, hat NSK ein internes Software-Tool entwickelt, das aus den Intervallen der per Schwingungsanalyse erfassten Unregelmäßigkeiten auf deren Ursache schließt. Dabei spielt die Signalgüte keine große Rolle. Die Schwingungen lassen sich sogar mit einem Smartphone erfassen und anschließend auswerten. Im Anschluss lässt sich aus diesen Daten die Lebensdauer des individuellen Lagers mit guter Zuverlässigkeit ermitteln – sowohl als Offline-Verfahren mit einem externen Messgerät, dessen Messungen im Labor ausgewertet werden, als auch über die integrierte bzw. außerhalb des Lagers montierte Sensorik. Erfahrungen aus der Automobilindustrie genutzt Sowohl für die Entwicklung solcher Systeme als auch für die Auswertung der von den Sensoren generierten Daten benötigt man umfassendes Know-how, das NSK über viele Jahre gesammelt hat. In Fahrzeugen z. B. sind die Systeme für aktive Fahrsicherheit (ABS, ESP etc.) sowie komplexe elektrisch-elektronische Regelsysteme (z. B. elektrische Servolenkungen) auf Informationen aus Fahrwerk und Antriebsstrang angewiesen. Die Radlager bilden eine gute Integrationsmöglichkeit für die Sensorik, die für derartige Regelkreise benötigt wird. Deshalb kommen in den NSK-Radlagern der neuesten Hub-III-Generation magnetische Multipol-Encoder zum Einsatz. Bei Schienenfahrzeugen hat NSK ein „aufgelöstes“ Condition-Monitoring-System mit Radlager und separatem, industriegerechtem Vibrationssensor verwirklicht. Zu den Herausforderungen gehörte es, die von außen, d. h. vom Fahrweg kommenden Schwingungen herauszufiltern, sodass nur die im Lager entstehenden Schwingungen für die Lebensdaueranalyse berücksichtigt werden. Derartige Systeme befinden sich – in Verbindung mit doppelreihigen Kegelrollenlagern – bereits im Einsatz in Hochgeschwindigkeitszügen. Ein ähnliches Condition-Monitoring-System hat NSK für Windkraftanlagen entwickelt, das in einem japanischen Offshore-Windpark im Einsatz ist. Hier geht es darum, Unregelmäßigkeiten so frühzeitig zu erkennen, dass die Wartungsintervalle der Anlagen entsprechend getaktet werden können. Für solche Systeme sieht NSK großes Marktpotenzial – zumal die derart überwachten Wälzlager nicht nur Signale über ihren eigenen Zustand geben. Sie erfassen auch Messgrößen, die Aufschluss über den Zustand des gesamten Antriebsstrangs geben und unter Umständen Rückschlüsse auf den Prozess erlauben. So erlauben CMS-Messungen z. B. die Erfassung von dynamischen Unwuchten an Pumpen, Gebläsen und Ventilatoren. Mit professionellem Werkzeug Fehlern vorbeugen So fortgeschritten die Möglichkeiten der vorbeugenden Instandhaltung mit Sensorlagern und CMS-Messtechnik auch sind – der Anwender sollte darüber nicht die „guten alten“ Werkzeuge der Instandhaltung vernachlässigen. Auch sie leisten einen Beitrag zur Standzeitverlängerung von Antrieben. Das gilt insbesondere für die Werkzeuge zur Ausrichtung von Antriebswellen und -riemen. Mit ihnen lassen sich Fehlausrichtungen vermeiden, die zu erhöhtem Verschleiß und Vibrationen sowie vorzeitigen Ausfällen von Wälzlagern führen können. Denn: An mehr als 50 % der Maschinen wird mit der Zeit eine fehlerhafte Ausrichtung von Wellen und Riemen festgestellt. Aus diesem Grund hat NSK das LAB-Set ins Programm aufgenommen. Es erlaubt das einfache und präzise Erkennen von Fehlausrichtungen von Riemenantrieben. Die Messung erfolgt über zwei Linienlaser mit integrierten Zielmarken, die sich einfach befestigen lassen und die Detektion auch kleiner 01 Wälzlager mit integrierter Sensorik für Condition-Monitoring-Anwendungen 02 Die hochauflösenden digitalen Sensoren der Laserausrichtgeräte schaffen die Voraussetzung für ein genaues Ausrichten von Riemenantrieben 03 Doppelreihige Kegelrollenlager in den Radsätzen von Hochgeschwindigkeitszügen werden bereits per Condition Monitoring überwacht Ausrichtungsfehler erlauben. Parallelversatz, Winkelfehler und Verdrehung sind sofort ersichtlich. Wenn sie behoben werden, erhöht sich die Lebensdauer der Antriebskomponenten einschließlich der Wälzlager. Zugleich wird der Verschleiß im Antrieb reduziert und – wegen der verringerten Reibung – die Energieeffizienz gesteigert. Ein ähnliches Laserausrichtsystem (LAS-Set) bietet NSK auch für Antriebswellen an. www.nskeurope.de antriebstechnik 4/2018 103