Sensoren zur Zustandsüberwachung

Rotierende Anlagen sind für den reibungslosen Betrieb von Branchen wie der Öl- und Gasindustrie sowie der industriellen Fertigung von entscheidender Bedeutung. Diese kritische Anlagenkategorie stellt im Vergleich zu nicht rotierenden Anlagen besondere Herausforderungen dar. Pumpen, Motoren, Getriebe und Kompressoren sind ständiger Bewegung und Vibrationen ausgesetzt, wodurch potenzielle Probleme schwieriger zu erkennen sind. Zu diesen Problemen können Lagerverschleiß, Fluchtungsfehler und Unwucht gehören.

Darüber hinaus kann sich das in rotierenden Maschinen verwendete Schmieröl im Laufe der Zeit verschlechtern und zu Anlagenausfällen führen. Um diese Herausforderungen zu bewältigen, müssen die richtigen Sensoren zur Überwachung verschiedener Parameter wie Vibration, Temperatur und Schmierstoffzustand eingesetzt werden. Die Auswahl der geeigneten Sensoren kann jedoch anspruchsvoll sein.

Mit dem technologischen Fortschritt ist der Markt für Sensoren in der Zustandsüberwachung in den letzten Jahren stark gewachsen. Ein Verständnis der Komplexität und der Auswahlkriterien für geeignete Sensoren ist entscheidend für eine zuverlässige und effektive Zustandsüberwachung.

Bei der Beschaffung von Sensoren für die Überwachung rotierender Maschinen sind zunächst die Messparameter zu berücksichtigen. Für die Überwachung rotierender Maschinen stehen verschiedene Sensortypen zur Verfügung, die jeweils spezifische Vor- und Nachteile aufweisen.

Für kritische Anlagen wie Pumpen, Motoren, Getriebe und Kompressoren kommen am häufigsten folgende Sensoren zum Einsatz:

• Vibrationssensoren messen die von rotierenden Maschinen erzeugten Vibrationen und Schwingungen und dienen der frühzeitigen Erkennung mechanischer Probleme wie Lagerverschleiß, Fluchtungsfehler und Unwucht.

• Temperatursensoren messen die Temperatur rotierender Maschinen und dienen der frühzeitigen Erkennung von Überhitzung, die auf potenzielle Probleme wie elektrische Störungen, mechanische Defekte oder Schmierungsprobleme hinweisen kann.

• Ölzustandssensoren messen die Qualität des in rotierenden Anlagen verwendeten Schmieröls und dienen der frühzeitigen Erkennung von Problemen wie Verunreinigungen, Oxidation und Qualitätsverlust.

• Drucksensoren messen den Druck in Pumpen und Kompressoren und dienen der frühzeitigen Erkennung von Problemen wie Leckagen und nachlassender Pumpenleistung.

• Leistungssensoren (Spannungs- und Stromerfassung) dienen der Überwachung der elektrischen Leistungsfähigkeit von Anlagen und liefern Daten zur Spannung und Stromstärke, mit denen die Anlage versorgt wird. Diese Informationen sind nützlich, um Probleme wie Leistungsschwankungen und eine erhöhte Motorlast zu erkennen, die auf Störungen im elektrischen System oder an der Anlage selbst hinweisen können.

• Magnetflusssensoren (B-Feld) dienen der Überwachung des von der Anlage erzeugten Magnetfelds und liefern Daten zur Stärke und Richtung des Felds. Diese Sensoren sind weniger verbreitet, können jedoch erkennen, ob die Anlage unter Spannung steht, und in Kombination mit anderen Sensoren zusätzliche Informationen liefern.

• Ultraschallsensoren (Körperschall-/Geräuschmessung) dienen der Überwachung der von der Anlage erzeugten Geräusche und liefern Daten zur Frequenz und Intensität des Schalls. Diese Informationen sind wertvoll, um Probleme wie erhöhte Vibrationen zu erkennen, die auf Anlagenprobleme wie Lockerung oder mechanischen Verschleiß hinweisen können.

Neben den Messparametern hängt die Auswahl des geeigneten Sensors für eine bestimmte Anwendung maßgeblich von den spezifischen Anforderungen und Zielen des Zustandsüberwachungsprogramms ab. Für Anwendungen in der industriellen Fertigung könnte beispielsweise die Vibrations- und Temperaturmessung in Betracht gezogen werden. Sind diese Sensoren zuverlässig und präzise, können sie frühzeitig vor Lagerverschleiß an Motoren und Wellenfluchtungsfehlern warnen sowie Kavitation und Installationsfehler bei Pumpen erkennen. Diese Messungen können in Verbindung mit der Temperaturüberwachung dazu beitragen, Probleme vorherzusagen, die sich auf die Produktion auswirken könnten.

Bei der Beschaffung von Sensoren für Getriebeanwendungen sind Ölqualitätssensoren neben Vibrationssensoren eine naheliegende Wahl. Ölzustandssensoren liefern wichtige Informationen über die Qualität des Schmieröls, und Hochfrequenz-Vibrationssensoren können frühzeitigen Zahnradverschleiß erkennen – das verlängert die Lebensdauer der Anlagen und reduziert Ausfallzeiten erheblich.

• Kalibrierung
  Die Aufrechterhaltung der Kalibrierung von Sensoren ist wichtig, um die Genauigkeit langfristig sicherzustellen. Der ideale Sensor ist werkskalibriert und weist eine hohe Stabilität auf, wodurch sich der Bedarf an regelmäßiger Nachkalibrierung reduziert oder ganz entfällt.

• Wiederholbarkeit und Stabilität
  Wiederholbarkeit und Stabilität beziehen sich auf die Fähigkeit der Sensoren, über einen längeren Zeitraum hinweg konsistente und genaue Ergebnisse zu liefern. Die Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Sensoren kann durch Faktoren wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Vibration beeinträchtigt werden. Daher ist es wichtig, robuste Sensoren zu wählen, die für einen zuverlässigen Betrieb unter diesen Bedingungen ausgelegt sind.

• Genauigkeit
  Die Genauigkeit der Sensoren ist entscheidend dafür, dass die erfassten Daten aussagekräftig und nutzbar sind. Sie sollte anhand der Anforderungen der jeweiligen Anwendung und der Art der überwachten Informationen bewertet werden.

• Geräuschmessung
  Ultraschallsensoren dienen der Überwachung der von der Anlage erzeugten Geräusche und liefern Daten zur Frequenz und Intensität des Schalls. Diese Informationen sind wertvoll, um Probleme wie erhöhte Vibrationen zu erkennen, die auf Anlagenprobleme wie Lockerung oder mechanischen Verschleiß hinweisen können.

• Langlebigkeit
  Die Langlebigkeit der Sensoren ist wichtig, damit diese langfristig zuverlässig funktionieren. Langlebige Sensoren sind weniger anfällig für Defekte oder Ausfälle und liefern über einen längeren Zeitraum genaue Ergebnisse. Die Wahl von Sensoren mit Gehäusen in Schutzart IP6X ist ein wirksamer Weg, diese Langlebigkeit zu erreichen und langfristig genaue Messergebnisse sicherzustellen.

• Empfindlichkeit
  Sensoren müssen zwar robust sein, um ihre Stabilität nicht zu verlieren, gleichzeitig aber auch empfindlich. Die Empfindlichkeit bezeichnet die Fähigkeit der Sensoren, kleinste Veränderungen des überwachten Parameters zu erkennen. Für eine effektive Zustandsüberwachung ist es wichtig, hochempfindliche Sensoren zu wählen, die Veränderungen des überwachten Parameters zuverlässig erkennen.
  
  Vibrationssensoren mit piezoelektrischer Technologie beispielsweise sind dafür bekannt, in höheren Frequenzbereichen zu arbeiten. Sie liefern detailliertere Informationen über die Vibrationen der Anlage und ermöglichen die frühzeitige Erkennung potenzieller Probleme. Die MEMS-Technologie (mikroelektromechanische Systeme) hingegen ist aufgrund ihrer geringen Kosten und kompakten Bauweise in Zustandsüberwachungssystemen weit verbreitet. MEMS-Sensoren haben jedoch häufig einen niedrigeren Frequenzbereich als piezoelektrische Sensoren und erreichen bei der Erkennung früher Warnzeichen eines Anlagenausfalls möglicherweise nicht dieselbe Empfindlichkeit und Genauigkeit. Die frühzeitige Erkennung von Anlagenverschleiß ist entscheidend, um ungeplante Ausfallzeiten zu minimieren.

• Berücksichtigen Sie die Umgebungsbedingungen
  Berücksichtigen Sie die häufige und langanhaltende Einwirkung extremer Temperaturen, Vibrationen, Korrosion, Verunreinigungen, Feuchtigkeit, hohem Druck und Stößen. Die von Ihnen ausgewählten Sensoren müssen empfindlich genug sein, um Veränderungen bestimmter Bedingungen zu erfassen, und gleichzeitig robust genug, um diesen rauen Bedingungen standzuhalten. Achten Sie auf gekapselte Bauformen, Gehäuse in Schutzart IP6X sowie ATEX-Zertifizierungen und Zertifizierungen für Eigensicherheit.

• Kabelgebundene und drahtlose Optionen bewerten
  Kabelgebundene Sensoren stellen eine direkte Verbindung zwischen der überwachten Anlage und dem Überwachungs- und Steuerungssystem her, was ein stabileres und zuverlässigeres Signal ermöglichen kann. Allerdings kann die Montage kabelgebundener Sensoren in bestehenden Fertigungsanlagen aufwendiger und kostspieliger sein.  Drahtlose Sensoren hingegen lassen sich einfacher installieren und bieten oft mehr Flexibilität bei Platzierung und Mobilität. Viele drahtlose Sensoren sind jedoch batteriebetrieben, sodass Batterielebensdauer und Batteriewechsel berücksichtigt werden müssen.
  
  Sensoren mit stromsparender Elektronik und Edge-Verarbeitung können die Batterielebensdauer erheblich verlängern. Bei der Entscheidung zwischen kabelgebundenen und drahtlosen Sensoren ist es wichtig, die Kompatibilität mit Ihren bestehenden Systemen zu berücksichtigen. Falls Sie bereits über ein kabelgebundenes System verfügen, ist es möglicherweise kostengünstiger und unkomplizierter, weiterhin kabelgebundene Sensoren zu verwenden. Wenn Sie hingegen Ihr System aufrüsten möchten oder mehr Flexibilität bei der Platzierung der Sensoren wünschen, sind drahtlose Sensoren möglicherweise die bessere Wahl.

• Kommunikationsprotokoll berücksichtigen
  Sensoren für die Zustandsüberwachung nutzen häufig unterschiedliche Kommunikationsprotokolle zur Datenübertragung. Stellen Sie sicher, dass die Sensoren und die Überwachungs- und Steuerungssysteme hinsichtlich des verwendeten Kommunikationsprotokolls kompatibel sind. Die beiden am häufigsten verwendeten Kommunikationsprotokolle sind Bluetooth für kurze Reichweiten und LoRaWAN für abgelegenere Standorte, an denen die Sensoren weiter voneinander entfernt sind. Bei der Bewertung der Kompatibilität müssen zudem die Anforderungen an die Stromversorgung berücksichtigt werden.

• Sensoren mit benutzerfreundlicher Einrichtung sowie geeigneter Baugröße und Bauform wählenAchten Sie auf Sensoren, die auf einfache Montage ausgelegt sind und sich durch unkomplizierte, klar verständliche Verfahren auszeichnen. Sensoren mit benutzerfreundlichen Schnittstellen lassen sich einfacher einrichten und konfigurieren. Auch die Baugröße und Bauform der Sensoren können sich auf die einfache Installation und Wartung auswirken. Achten Sie auf Sensoren, die kompakt und leicht sind und sich problemlos in die zu überwachenden Anlagen integrieren lassen.