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Upgrades und Überwachungstechniken von SKF: Kostengünstiges Leistungs-Plus für Pumpen und Gebläse

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Schattendasein: Wie wichtig Pumpen und Gebläse für die Fertigungsprozesse in der verarbeitenden Industrie sind, merkt man oft erst dann, wenn sie ausfallen.
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Stromsparer: Dank SKF Insocoat-Lagern mit keramischer Schutzschicht (links) oder Hybridlagern mit keramischen Wälzkörpern (rechts) können Pumpen und Gebläse mit drehzahlgeregelten Antrieben ausgestattet werden, was den Energieverbrauch um bis zu 30 Prozent senkt.
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Dynamisches Duo: Lagerungen mit einem Pendelrollenlager auf der Festlagerseite (links) und einem SKF CARB Toroidalrollenlager auf der Loslagerseite (rechts) sorgen in Gebläsen für weniger Schwingungen und senken letztlich den Wartungsaufwand.
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Kostengünstiger Einstieg: Eine automatisierte Zustandsüberwachung von Pumpen und Gebläsen lässt sich mit dem Wireless Machine Condition Sensor CMWA 8800 von SKF in Angriff nehmen.
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Lars Kahlman, leitender Anwendungsspezialist für Strömungsmaschinen bei SKF: „Mit ein paar kostengünstigen Upgrades für Pumpen und Gebläse kann man den äußerst kostenintensiven Ausfällen dieser Geräte produktivitätssteigernd entgegenwirken!“

2016 September 27, 10:00 CET

Pumpen und Gebläse sind quasi die „Arbeitstiere“ in der verarbeitenden Industrie. Da sie ihren eher „unspektakulären“ Job meist im Verborgenen verrichten, werden sie in der betrieblichen Praxis leicht vernachlässigt – was zu ebenso überraschenden wie teuren Ausfällen führen kann. Dabei lassen sich Zuverlässigkeit und Lebensdauer von Pumpen oder Gebläsen durch kostengünstige Upgrades und / oder Überwachungstechniken deutlich erhöhen.

Von Lars Kahlman*

Göteborg / Schweinfurt, den 27. September 2016

Welche bedeutende Rolle Pumpen und Gebläse in der verarbeitenden Industrie spielen, wird oft erst im Schadensfall klar: Bleiben sie plötzlich stehen oder erreichen sie ihr Leistungsoptimum nicht mehr, gerät nicht selten der gesamte Fertigungsprozess ins Stocken. Das verschärft den ohnehin schon enormen Kostendruck, dem Maschinenbau und verarbeitende Industrie ausgesetzt sind.

Eine derart unliebsame Erfahrung hat vor kurzem auch ein finnisches Unternehmen aus der Prozessindustrie gemacht: Aufgrund eines Defekts in einem ihrer Kühlsysteme sah sich die Raffinerie gezwungen, die Produktion auf 70 Prozent ihres Leistungsvermögens herunterzufahren. Die Störung kam für den Betreiber umso überraschender, als es sich beim „Störenfried“ um einen neuen Luftkühler handelte: Der war gerade erst bei Instandhaltungsarbeiten eingebaut worden. Unter dem Strich, so fürchtet das Unternehmen, addieren sich die daraus resultierenden Verluste auf mehrere Millionen Euro.

Natürlich ist der geschilderte Fall außergewöhnlich drastisch – aber er zeigt, dass solche Gebläse durchaus mehr Aufmerksamkeit verdienen als man ihnen gemeinhin beimisst. Diese Aufmerksamkeit muss noch nicht mal teuer sein: Zwar neigt man bei Fehlfunktionen bestimmter Komponenten dazu, das entsprechende Bauteil komplett zu ersetzen. Oft genug reicht eine Aufrüstung oder Modernisierung jedoch vollkommen aus – etwa in Form einer Lösung für die regelmäßige Schmierung oder durch den Wechsel eines Lagersatzes. Beides kommt meist deutlich billiger als der Austausch der gesamten Einheit.

Im Prinzip stellen Upgrades zur Steigerung der Anlageneffizienz im Zeitverlauf ohnehin ein probates Mittel dar. Beispielsweise sind bei der Inbetriebnahme einer komplett neuen Anlage nur selten genügend finanzielle Reserven vorhanden, um von Anfang an sämtliche Anlagenteile mit topaktueller „State-of-the-Art“- Ausrüstung auszustatten. Ergo kann es wirtschaftlich wie technisch durchaus vorteilhaft sein, die Anlage nach und nach zu optimieren: Der Betreiber kann sich zunächst mal um die größtmögliche Zuverlässigkeit seiner neuen Anlage kümmern, ohne dass die Bediener gleich von einer unüberschaubaren Menge an ungewohnter Technik überfordert werden. Dabei versteht es sich von selbst, dass sicherheitsrelevante Anlagenteile von Beginn an dem jüngsten Stand der Technik entsprechen sollten.

Zuverlässigkeit und Effizienz von Pumpen steigern

Bei der Modernisierung von Pumpen und Gebläsen gibt es zwei maßgebliche Zielsetzungen: höhere Zuverlässigkeit und größere Effizienz. Ein großer Schritt in diese Richtung ist ein modernes Schmiersystem. In warmen, feuchten Regionen – oder in feuchten Umgebungen wie etwa einer Zellstoff- und Papierfabrik – besteht immer die Gefahr, dass die Lager durch eindringendes Wasser korrodieren: Luftfeuchtigkeit gelangt in die Ölwanne, kondensiert und wird über die Ölringe zum Lager transportiert. Die winzige Menge von 200 ppm Wasser im Öl reicht aus, um die Lager schneller altern zu lassen.

Eine gängige Lösung ist der Einbau eines Ölnebel-Schmiersystems z. B. von Alemite aus dem Hause SKF, das die Schmierstellen äußerst präzise mit ultrafeinen Tröpfchen Öl versorgt. Damit ist das Öl im System immer „frisch“ und wirkt Problemen, die durch eindringende Feuchtigkeit verursacht werden, entgegen. Derartige Systeme finden immer mehr Verbreitung: Etwa die Hälfte aller Raffinerien in den USA haben mittlerweile derartige Ölnebelausrüstungen in ihren Pumpen.

Was die Aufrüstung speziell im Hinblick auf mehr Effizienz anbelangt, verspricht ein drehzahlgeregelter Antrieb (Variable Speed Drive; VSD) für Pumpen oder Gebläse die größten Effekte: Bei fachgerechter Durchführung bewirkt eine solche Maßnahme eine Senkung des Energieverbrauchs um bis zu 30 Prozent.

Allerdings kann der Einsatz von Drehzahlreglern zum Stromdurchgang im Lager führen. Dadurch wird das Lager innerhalb kürzester Zeit zerstört – in manchen bekanntgewordenen Extremfällen schon nach drei Tagen! Dieser Gefahr kann man durch die Verwendung stromisolierter Lager wie etwa Insocoat-Lagern von SKF (mit keramischer Schutzschicht) oder Hybridlagern (mit keramischen Wälzkörpern) begegnen. Davon profitieren insbesondere kleinere Motoren. Weitere Maßnahmen wie Bürsten, Erdung, isolierte Kupplungen und spezielle Zustandsüberwachungen tragen ebenfalls dazu bei, das Problem aus der Welt zu schaffen. Das Beste daran: Die enormen Stromeinsparungen übertreffen den Kostenaufwand für den (VSD)/Drehzahlregler-Einbau und die Aufrüstung des Lagersystems bei weitem.

Gebläse leistungsfähiger machen

Gebläse und Pumpen haben vieles gemein. In der Praxis fällt jedoch auf, dass Gebläse oft mit schlechteren Konstruktionsvorgaben in Betrieb genommen werden. Aus diesem Grund hält SKF ein breites Portfolio an Verbesserungsmöglichkeiten bereit; so zum Beispiel selbstausrichtende Lagerungen und Ölumlaufschmiersysteme, die nicht nur die Effizienz optimieren, sondern auch die Zuverlässigkeit. Bei bestimmten Gebläsetypen gibt es sogar mehr Aufrüstungsmöglichkeiten als für Pumpen.

Die bereits angesprochenen Drehzahlregler können auch bei Gebläsen für einen kräftigen Sprung nach vorn sorgen – stromisolierte Lager zur Verbesserung von Zuverlässigkeit und Gebrauchsdauer vorausgesetzt. Ein Problem, das bei Gebläsen wesentlich häufiger als bei Pumpen auftritt, sind Ausrichtungsfehler (Schiefstellungen / Axialversatz). Dies gilt insbesondere für große Gebläse, wie sie hauptsächlich in der Zellstoff- und Papierindustrie, in der Zementindustrie sowie in der Metallverarbeitung vorkommen.

Wirksame Abhilfe schafft zum Beispiel das SKF CARB Toroidalrollenlager: Es vereint die Winkelbeweglichkeit des Pendelrollenlagers mit der zwangsfreien axialen Verschiebbarkeit des Zylinderrollenlagers. Lagerungen mit einem Pendelrollenlager auf der Festlagerseite und einem CARB Lager auf der Loslagerseite können platz- und gewichtsparend ausgeführt und mit geringem Wartungsaufwand betrieben werden. Eine Aufrüstung mit einer solchen Kombination sorgt in Gebläsen außerdem für weniger Schwingungen.

Gebläse und Pumpen überwachen

Die Gebrauchsdauer vom Pumpen und Gebläsen lässt sich nicht zuletzt durch eine Online-Anlagenüberwachung verlängern. Zwar werden derartige Techniken bislang hauptsächlich zur Überwachung teurer, prozesskritischer Ausrüstungen eingesetzt: Sie erkennen sich anbahnende Probleme extrem früh, indem sie beispielsweise geringfügigste Schwankungen der Lagerschwingungen erfassen. Das versetzt den Anwender in die Lage, Gegenmaßnahmen zu ergreifen, bevor sich ein kleineres Problem überhaupt zu einem kapitalen Schaden entwickeln kann.

Inzwischen wird die erforderliche Sensortechnik – mitsamt der Möglichkeit zur Verarbeitung großer Datenmengen – immer kostengünstiger. Dieser Trend macht die automatisierte Überwachung auch für kleinere Geräte wie Pumpen und Gebläse interessant: Anwender, die ihre Pumpen oder Gebläse mit einem Sensor samt Signalgeber ausstatten, können ein eigenes Überwachungsnetzwerk aufbauen – etwa auf Basis des SKF Wireless Machine Condition Sensors. Werden die damit gewonnenen Daten regelmäßig analysiert, lassen sich daraus Optimierungsmaßnahmen ableiten. Beispielsweise registrieren die Sensoren, ob sich in einer Pumpe Kavitation anbahnt. Gefahr erkannt, Gefahr gebannt: Die Bediener können das Problem etwa durch Änderung der Drehzahlen oder durch Umschalten auf eine Backup-Pumpe aus dem Weg räumen.

Nun gibt es in großen Prozessanlagen oder Raffinerien oft Hunderte von Pumpen. Hier besteht die Herausforderung darin, Unmengen an sensorgenerierten Daten zu verarbeiten. Dabei können hoch automatisierte Online-Überwachungssysteme helfen. Sie ermöglichen es beispielsweise, der Ursache für divergierende Funktionstüchtigkeiten vergleichbarer Maschinen auf den Grund zu gehen – durch Gegenüberstellung der jeweiligen Datensätze. Nicht zuletzt lassen sich damit Maschinen in Gefahrenbereichen überwachen, was das Risiko für die Instandhaltungsmitarbeiter auf ein Minimum senkt.

Dabei darf man nicht vergessen, dass selbst die modernste Sensortechnik ihre Grenzen hat. Tatsächlich ist es alles andere als „von gestern“, wenn ein Bediener betriebswichtige Komponenten immer wieder mal persönlich in Augenschein nimmt. Denn oft genug werden dabei Beobachtungen gemacht, die die automatisiert gesammelten Online-Daten sehr aufschlussreich ergänzen. Ergo stellt die bedienergestützte Maschinenüberwachung (Operator Driven Reliability; ODR) noch immer einen wichtigen Faktor bei der angestrebten Verlängerung der Gebrauchsdauer von Pumpen und Gebläsen dar: Insbesondere erfahrene Bediener kennen ihre Ausrüstung in aller Regel aus dem „Effeff“ – und entdecken deshalb Auffälligkeiten, die so manch ausgeklügelter Hightech-Sensor gleichsam „stumpfsinnig“ ignoriert. Dass die bedienergestützte Maschinenüberwachung, die sich u. a. im Bereich von Raffinerie-Pumpenanlagen durchgesetzt hat, zu enormen Leistungssteigerungen beitragen kann, weiß SKF auch aus eigener Erfahrung: Hier hat ODR zu einer Erhöhung der mittleren Betriebsdauer zwischen zwei Ausfällen (Mean Time Between Failures; MTBF) um 15 Prozent geführt – bei gleichzeitiger Senkung der Instandhaltungskosten um über 10 Prozent im gleichen Bereich.

Unter dem Strich lässt sich festhalten, dass eine Symbiose aus Online-Überwachung und ODR mehr als die Summe beider Teile bringt: Zusammen sorgen die jeweiligen Experten zur Analyse der Prozessdaten bzw. zur Bedienung von Pumpen und Gebläsen dafür, dass sie das absolute Maximum an Leistung und Gebrauchsdauer aus ihren Maschinen herausholen.

*Lars Kahlman ist leitender Anwendungsspezialist für Strömungsmaschinen im Göteborger „Drives Competence Center“ von SKF in Schweden.

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