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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Warten einer Maschine der Tabak verarbeitenden Industrie, die eine Mehrzahl von Einrichtungen umfasst, denen jeweils mindestens ein Sensor zugeordnet ist, wobei die von den Sensoren übermittelten Signale kontinuierlich überwacht und ausgewertet werden, wobei aus den Sensorsignalen einer Einrichtung mindestens ein für den Verschleißzustand der betreffenden Einrichtung aussagekräftiger Indikator ermittelt wird, wobei beim Eintreten einer bestimmten Bedingung für den Indikator eine geeignete Maßnahme und/oder Meldung automatisch veranlasst wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine entsprechend eingerichtete Maschine der Tabak verarbeitenden Industrie.
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Ein Verfahren zum Warten einer Maschine der Tabak verarbeitenden Industrie ist beispielsweise aus der
DE 10 2007 007 845 A1 bekannt. Dabei werden aus Sensorsignalen periodisch Basisindikatoren berechnet und an eine Fernwartungsstation übertragen. Die Fernwartungsstation ermittelt aus den Basisindikatoren, wann ein Wartungseingriff an der Maschine erforderlich sein wird, plant Wartungseingriffe, und überträgt eine Anforderung zur Durchführung der Wartungseingriffe an ein Kundendienstzentrum.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren bereitzustellen, das eine möglichst frühzeitige und zuverlässige Diagnose von Wartungszuständen insbesondere rotierender Maschinenteile vorzugsweise ermöglicht.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Schäden insbesondere an rotierenden Bauteilen machen sich frühzeitig und signifikant im Frequenzspektrum bemerkbar. Erfindungsgemäß wird das Frequenzspektrum dabei gezielt an charakteristischen Schadensfrequenzen ausgewertet, da sich gezeigt hat, dass insbesondere rotierende Bauteile im Falle von Unregelmäßigkeiten schon lange vor einem Ausfall im Bereich bestimmter Schadensfrequenzen, die insbesondere durch die Drehzahl und die Geometrie des Bauteils, insbesondere eines Kugel- oder Wälzlagers, bestimmt sind, besonders signifikante Amplitudenänderungen verursachen. Die Erfindung ermöglicht daher eine frühzeitige und zuverlässige Diagnose von Wartungszuständen insbesondere rotierender Maschinenteile.
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Vorteilhaft zu überwachende Indikatoren sind die Unwucht eines rotierenden Bauteils, die vorzugsweise auf der Grundlage einer der Drehzahl des rotierenden Bauteils entsprechenden Schadensfrequenz ermittelt wird, und/oder ein Lagerzustand, der vorteilhaft auf der Grundlage der Amplituden charakteristischer Überrollfrequenzen von Teilen des Lagers ermittelt wird. Die Schadensfrequenzen werden dabei vorzugsweise aus der Drehzahl des rotierenden Bauteils multipliziert mit jeweils einer charakteristischen Ordnungszahl ermittelt. Die Ordnungszahlen können beispielsweise aus einer Datenbank entnommen oder aus der Geometrie des rotierenden Bauteils berechnet werden.
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Vorzugsweise umfasst die Auswertung eine auf Fouriertransformation beruhende Frequenzanalyse. Unregelmäßigkeiten, die zu harmonischen Signalen führen, beispielsweise Unwucht und andere Trägheitskräfte; Fluchtfehler, Zentrierfehler und deformierte Welle; Verzahnungsschäden; elektrisch induzierte Schwingungen; Auswirkungen erhöhter Turbulenzen am Lüfter; und/oder Prozesseinflüsse mit harmonischem Kraftverlauf werden vorzugsweise mittels eines Fast Fourier Transform (FFT) Verfahrens direkt aus den Beschleunigungssignalen des entsprechenden Schwingungssensors ermittelt.
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Schadensursachen, die zu hochfrequenten stoßförmigen Signalen führen, beispielsweise Lagerschäden, insbesondere Passieren von Unregelmäßigkeiten auf den Wälzbahnen von Wälzlagern (Außenring, Innenring, Wälzkörper); mechanisches Lagerspiel; bestimmte, meist fortgeschrittene Verzahnungsfehler; Anschlagen loser Teile; und/oder prozessbedingte Stoßanregungen werden vorzugsweise mittels eines Hüllkurven-Fast Fourier Transform (HFFT) Verfahrens aus Hüllkurven-demodulierten Beschleunigungssignalen des entsprechenden Schwingungssensors ermittelt.
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Je nach Zweckmäßigkeit und jeweiligem Bauteil können unterschiedliche geeignete Maßnahmen ergriffen werden. Beispielsweise kann eine Vormerkung der entsprechenden Einrichtung für eine nächste turnusgemäße Wartung erfolgen, vorzugsweise direkt durch eine Datenverarbeitungsvorrichtung der Maschine. Insbesondere bei Überschreiten einer Warnschwelle eines Bauteils kann eine Warnmaßnahme ergriffen werden, beispielsweise die visuelle Anzeige einer Warnmeldung insbesondere auf einer Bildschirmvorrichtung. Bei Überschreiten einer Alarmschwelle eines Bauteils, insbesondere bei Erreichen der Verschleißgrenze und drohendem Versagen oder Ausfall eines Bauteils, kann eine Notmaßnahme bis hin zur Maschinenabschaltung ergriffen werden.
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Neben den auf der Grundlage von Schadensfrequenzen ermittelten Indikatoren können vorteilhaft je nach zu überwachendem Bauteil zusätzlich oder alternativ Indikatoren auf der Grundlage einer gemessenen Drehzahl, Temperatur, Kraft und/oder Druck ermittelt werden.
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Sämtliche Meldungen, Ankündigungen, Warnungen, Alarme und sonstige wartungsbezogenen Maßnahmen werden besonders vorteilhaft lokal und unabhängig von Fernwartungsstationen oder dergleichen durchgeführt, insbesondere durch Anzeige auf einer der Maschine zugeordneten Bildschirmvorrichtung. Dies ermöglicht erforderlichenfalls ein unverzügliches Eingreifen des Maschinenbedieners. Des Weiteren sind Übertragungsprobleme und Datenverluste praktisch ausgeschlossen. Die Diagnose von Wartungszuständen insbesondere rotierender Maschinenteile erfolgt somit vorteilhaft autark, direkt und lokal an der Maschine. Die hierfür erforderlichen mathematischen Operationen werden direkt mittels einer Datenverarbeitungsvorrichtung an der Maschine durchgeführt.
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Die Erfindung ist anwendbar auf Maschinen der Tabak verarbeitenden Industrie, einschließlich aber nicht beschränkt auf Zigarettenherstellungsmaschinen, Filterherstellungsmaschinen, Multisegmentfilterherstellungsmaschinen, Packmaschinen, Folieneinschlagmaschinen und Gebindepackmaschinen.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigt:
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1 eine Maschine der Tabak verarbeitenden Industrie;
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2 eine schematische Darstellung zur Illustration einer Anordnung zum Warten einer Maschine der Tabak verarbeitenden Industrie;
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3 ein HFFT-Spektrum eines einem Wälzlager zugeordneten Schwingungssensors;
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4 ein Diagramm zum Verschleißniveau für drei unterschiedliche Indikatoren eines Wälzlagers; und
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5 ein schematisches Diagramm zur Erläuterung der Wartungsplanung.
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Eine Maschine 10 der Tabak verarbeitenden Industrie, hier eine Zigarettenherstellmaschine, umfasst beispielsweise eine Verteilereinheit 11, eine Strangeinheit 12, einen Filteransetzer 13 und ein Bedienterminal 23 mit einer vorzugsweise berührungsempfindlichen Bildschirmvorrichtung 24. Einer Mehrzahl von in 1 nur schematisch gezeigten Bauteilen 15 bzw. Baugruppen sind entsprechende Sensoren 14 zugeordnet. Die Bauteile bzw. Baugruppen 15 können auch als Maschineneinrichtungen bezeichnet werden. Beispielsweise ist dem Sauglüfter 15A in der Verteilereinheit 11 mindestens ein Sensor 14A zugeordnet. In der Strangeinheit 12 ist den Tuben 15B, der Übergabeeinheit 15C, der Getriebeeinheit 15D, der Messerträger-Lagerbock 15E und/oder der Vakuumpumpe 15F jeweils mindestens ein entsprechender Sensor 14B, 14C, 14D, 14E, 14F zugeordnet. In dem Filteransetzer 13 ist dem Hauptgebläse 15G, der Übernahmetrommel 15H, der Separiertrommel 15K, der Hefttrommel 15L, der Spinnuttrommel 15M, der Zigarettensepariertrommel 15N und/oder der Inspektionstrommel 15P jeweils mindestens ein entsprechender Sensor 14G, 14H, 14K, 14L, 14M, 14N, 14P zugeordnet.
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In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind sämtliche Bauteile 15 rotierend, insbesondere Trommeln, Gebläse und/oder sonstige drehbar gelagerte Teile. Möglich ist aber auch die Sensierung von nicht-rotierenden Bauteilen. Umfasst sind allgemein schwingende Bauteile, beispielsweise auch hin- und her schwingende Bauteile, sowie auch nicht-schwingende Bauteile.
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Die Sensoren 14A, ..., 14E, 14G, ..., 14P zur Sensierung an rotierenden, Schwingungen verursachenden Bauteilen sind vorteilhaft Schwingungssensoren. Vorteilhaft kann es sich um Beschleunigungssensoren handeln, die beispielsweise auf kapazitiver, induktiver oder piezoelektrischer Messung beruhen. Die Montage der Schwingungssensoren 14A, ..., 14E, 14G, ..., 14P erfolgt zweckmäßigerweise in Lagernähe und vorzugsweise radial zur Drehachse des entsprechenden Bauteils 15A, ..., 15E, 15G, ..., 15P.
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Die Sensoren 14 sind keinesfalls auf Schwingungssensoren beschränkt. Je nach Zweckmäßigkeit kommen beispielsweise auch Drehzahl-, Druck-, Kraft- und/oder Temperatursensoren vorteilhaft zum Einsatz. Beispielsweise ist der Vakuumpumpe 15F in der Strangeinheit 12 vorteilhaft ein Drucksensor 14F zur Sensierung des Vakuumdrucks zugeordnet. Des Weiteren ist der Übergabeeinheit 15C zusätzlich zu dem Schwingungssensor 14C noch ein Kraftsensor 14C' und der Übernahmetrommel 15H, der Separiertrommel 15K, der Hefttrommel 15L, der Zigarettensepariertrommel 15N vorzugsweise noch jeweils ein Temperatursensor 14H', 14K', 14L' bzw. 14N' zugeordnet.
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Die Maschine 10 kann weitere, in 1 nicht gezeigte Sensoren 14 aufweisen. Beispielsweise können in der Strangeinheit 12 nicht gezeigten Baueinheiten Tubentrieb/Messerträger ein Kraftsensor und Messerträgerantrieb/Kardanwelle ein Schwingungssensor zugeordnet sein.
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Die Gesamtanordnung ist schematisch in 2 dargestellt. Die Maschine 10 weist eine Mehrzahl von Messpunkten 16 auf, in denen jeweils ein oder mehrere Sensoren 14A, 14B, 14C, ... angeordnet sind. Die Menge sämtlicher Sensoren 14 ist rechts unten in 2 dargestellt. Jeweils einem oder vorzugsweise einer Mehrzahl von beispielsweise bis zu vier Sensoren 14 ist eine elektronische Steuer-/Auswerteeinheit 17a, 17b, ... zugeordnet. Die Menge sämtlicher Steuer-/Auswerteeinheiten 17 ist rechts oben in 2 dargestellt. Die Steuer-/Auswerteeinheiten 17 dienen zur Steuerung und zum kontinuierlichen Auslesen der Sensoren 14 sowie vorteilhaft zur Vorverarbeitung und Auswertung der von den Sensoren 14 ausgelesenen Daten. Die Steuer-/Auswerteeinheiten 17 leiten die verarbeiteten Daten, insbesondere die errechneten Indikatorwerte (siehe unten), mit einer Frequenz vorzugsweise im Bereich von 0.1 Hz bis 10 Hz, beispielsweise jede Sekunde an eine Datenverarbeitungseinrichtung 19 weiter. Die Steuer-/Auswerteeinheit 17 kann vorteilhaft eine eigene Hardware-Baueinheit sein. Alternativ kann die Steuer-/Auswerteeinheit 17 in der Maschinensteuerung bzw. in der nachfolgend erläuterten Datenverarbeitungseinrichtung 19 realisiert sein. In der Datenverarbeitungseinrichtung 19 ist eine Wartungsplanung gespeichert, die später erläutert wird. Die Datenverarbeitungseinrichtung 19 dient vorteilhaft auch zur Steuerung und Einstellung der Steuer-/Auswerteeinheiten 17.
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Die von den Sensoren 14 ausgelesenen und vorverarbeiteten Signaldaten werden kontinuierlich über eine Datenschnittstelle 18 an eine Datenverarbeitungseinrichtung 19 gesendet. Die Datenschnittstelle 18 kann ein oder mehrere Datenbusse, Datennetzwerke und/oder Datenleitungen, beispielsweise nach den Standards OPC, TCP, Profibus und/oder Ethercat umfassen. Die Datenverarbeitungseinrichtung 19 kann in der Maschinensteuerung oder in einem separaten Computer, beispielsweise einem PC, realisiert sein.
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Im Folgenden wird die Datenverarbeitung der von den Schwingungssensoren 14A, ..., 14E, 14G, ..., 14P übermittelten Signale in den Steuer-/Auswerteeinheiten 17 und der Datenverarbeitungseinrichtung 19 genauer erläutert.
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Die Steuer-/Auswerteeinheiten 17 erfassen kontinuierlich die Schwingungsbeschleunigungen der Schwingungssensoren 14A, ..., 14E, 14G, ..., 14P und errechnen die Beschleunigungs- und gegebenenfalls die Geschwindigkeitsamplituden für die spezifischen Schadensfrequenzen der entsprechenden Bauteile. Zu diesem Zweck werden die von den Schwingungssensoren 14A, ..., 14E, 14G, 14P übermittelten Signale vorteilhaft kontinuierlich mindestens einer auf Fouriertransformation basierenden Analyse unterzogen. Für die Schwingungsanalyse werden die von den Sensoren 14 übermittelten Signale daher vorteilhaft nicht direkt, sondern in verarbeiteter Form ausgewertet, insbesondere durch Auswertung des durch Fouriertransformation erhaltenen Frequenzspektrums.
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Schadensursachen, die zu hochfrequenten stoßförmigen Signalen führen, beispielsweise Lagerschäden, insbesondere Passieren von Unregelmäßigkeiten auf den Wälzbahnen von Wälzlagern (Außenring, Innenring, Wälzkörper); mechanisches Lagerspiel; bestimmte, meist fortgeschrittene Verzahnungsfehler; Anschlagen loser Teile; und/oder prozessbedingte Stoßanregungen werden vorzugsweise mittels eines Hüllkurven-Fast Fourier Transform (HFFT) Verfahrens aus Hüllkurven der Beschleunigungssignale des entsprechenden Schwingungssensors ermittelt. In dem Frequenzspektrum gemäß 3 ist die Signalamplitude des entsprechenden Schwingungssensors 14, nämlich die Beschleunigungsamplitude in milli-g (g = 9,81 m/s^2), über der Frequenz aufgetragen.
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Ein Wälzlager weist typische charakteristische Schadensfrequenzen auf, nämlich Schadensfrequenz Innenring, Schadensfrequenz Außenring, Schadensfrequenz Wälzkörper. Die Schadensfrequenzen ergeben sich aus der Drehgeschwindigkeit multipliziert mit einer für das Wälzlager charakteristischen Ordnungszahl. Die Steuer-/Auswerteeinheit 17 hat vorteilhaft Zugriff auf eine Datenbank 22, die eine Liste der Ordnungszahlen für sämtliche gängigen Wälzlagertypen enthält. Es ist vorzugsweise möglich, eigene Lagertypen zu definieren und in der Datenbank 22 zu speichern. Die Datenbank 22 ist vorteilhaft lokal angeordnet, beispielsweise in der Datenverarbeitungseinrichtung 19 oder einem damit lokal verbundenen Computer oder Datenspeicher. Die Datenbank 22 kann jedoch auch entfernt angeordnet und beispielsweise über das Internet abgefragt werden.
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Die Sensorsignale des dem Wälzlager zugeordneten Sensors werden nun gezielt auf die spezifischen Schadensfrequenzen im Frequenzspektrum ausgewertet. Beispielsweise sei angenommen, dass für das betrachtete Wälzlager die Ordnungszahlen für den Innenring, Außenring und Wälzkörper fünf, drei und vier betragen. Diese Ordnungszahlen liest die Datenverarbeitungseinrichtung 19 aus der Datenbank 22 aus. Die Datenverarbeitungseinrichtung 19 errechnet sodann aus den Ordnungszahlen und der Drehfrequenz des betrachteten Wälzlagers die spezifischen Schadensfrequenzen. Die Drehfrequenz kann eine gemessene oder vorgegebene Ist-Drehfrequenz oder eine gespeicherte Soll-Drehfrequenz sein. Wenn die Drehfrequenz des Wälzlagers beispielsweise 50 Hz beträgt, so betragen die Schadensfrequenzen Innenring, Außenring und Wälzkörper in dem zuvor genannten Beispiel 250 Hz, 150 Hz und 200 Hz. Diese Schadensfrequenzen liegen in dem Frequenzspektrum gemäß 3 in dem linken mit „50 Hz” bezeichneten Rahmen. Wenn die Drehfrequenz des Wälzlagers beispielsweise 200 Hz betragen würde, so würden die Schadensfrequenzen Innenring, Außenring und Wälzkörper in dem zuvor genannten Beispiel 1000 Hz, 600 Hz und 800 Hz betragen. Diese Schadensfrequenzen würden dann in dem Frequenzspektrum gemäß 3 in dem rechten mit „200 Hz” bezeichneten Rahmen liegen.
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Das hochfrequent generierte Frequenzspektrum kann nun vorteilhaft innerhalb eines die jeweiligen Schadensfrequenzen umfassenden Bereichs, beispielsweise von 125 bis 275 Hz, betrachtet bzw. bewertet werden. Vorteilhaft wird dabei jede Schadensfrequenz separat ausgewertet. Zu diesem Zweck wird vorteilhaft die Amplitude in einem Frequenzfenster um die jeweilige Schadensfrequenz herum aufintegriert, wodurch ein Diagnose- bzw. Indikatorwert erhalten wird. Sofern für ein Bauteil mehrere Schadensfrequenzen ausgewertet werden, wird der Indikatorwert durch geeignet gewichtete Addition bzw. Mittelung der den einzelnen Schadensfrequenzen zugeordneten Einzelwerte ermittelt. Zeitlich müssen die Indikatorwerte so gemittelt werden, dass bei kurzen aber meldungsrelevanten Signalpegeln eine Meldung ausgelöst wird. Das Frequenzfenster kann beispielsweise in einem Bereich von +–x um die Schadensfrequenz herum gelegt werden, wobei x entweder eine relative Größe und vorzugsweise kleiner als 10%, weiter vorzugsweise kleiner als 5%, beispielsweise im Bereich von 1% ist, oder eine absolute Größe (Frequenz). Die Indikatorwerte können als relative Werte bezogen auf einen jeweiligen Bezugswert angegeben werden. Die Bezugswerte können Einlernwerte (Teach-Werte) sein, die sich auf den Normalzustand des jeweiligen Bauteils beziehen und vorteilhaft durch Normalbetrieb der Maschine mit fehlerfreien Bauteilen eingelernt werden. Die Teach-Werte werden beispielsweise in der Datenverarbeitungseinrichtung 19 hinterlegt. Die Indikatorwerte werden vorzugsweise über einen Zeitraum im Bereich zwischen 0.1 s und 10 s, beispielsweise über einen Zeitraum von 1 s gemittelt und mit einer Frequenz vorzugsweise im Bereich von 0.1 Hz bis 10 Hz, beispielsweise jede Sekunde von der Steuer-/Auswerteeinheit 17 an die Datenverarbeitungseinrichtung 19 übermittelt.
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Für die Erfassung der Historie, das heißt des Signalverlaufs in der Vergangenheit, wird in der Steuer-/Auswerteeinheit 17 periodisch beispielsweise der höchste Signalwert jedes Sensors 14 gespeichert. Dadurch sind auch kurze Überschwinger oder Peaks, verursacht beispielsweise durch einen Hammerschlag oder eine lose Schraube beispielsweise in einem Gebläsekanal, sichtbar. Die Periodenlänge ist einstellbar und liegt vorteilhaft im Zeitraum zwischen einer und zehn Minuten und beträgt beispielsweise fünf Minuten. Die Historie wird vorteilhaft periodisch von der Datenverarbeitungseinrichtung 19 aus der Steuer-/Auswerteeinheit 17 ausgelesen, mit einem Zeitstempel versehen und gespeichert.
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Für die Erfassung des Trends, das heißt eines zeitlich Bemittelten Signalverlaufs, der eine zukünftige Prognose für den Indikatorwert mittels einer Trendanalyse erlaubt, wird in der Steuer-/Auswerteeinheit 17 der Indikatorwert jedes Sensors 14 über einen bestimmten Zeitraum gemittelt. Der Zeitraum ist einstellbar und liegt vorzugsweise zwischen einer und fünfzehn Minuten und beträgt beispielsweise sechs Minuten. Der Trend wird vorteilhaft kontinuierlich an die Datenverarbeitungseinrichtung 19 übermittelt und dort gespeichert.
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Die Indikatorwerte werden in der Datenverarbeitungseinrichtung 19 vorteilhaft dahingehend ausgewertet, ob vorbestimmte Warn- und/oder Alarmschwellen überschritten werden. Eine Alarmschwelle markiert einen weiter fortgeschrittenen Verschleißzustand des entsprechenden Bauteils als die entsprechende Warnschwelle und weist daher zum Normalzustand einen größeren Abstand auf als diese. Die Warn- und Alarmschwellen können auch als Voralarm- bzw. Hauptalarmschwellen bezeichnet werden. Die Warn- bzw. Alarmschwellen werden vorteilhaft ebenfalls als relative Werte bezogen auf den jeweiligen Referenz- bzw. Teach-In-Wert angegeben. Die Warnschwellen können beispielsweise im Bereich des Zwei- bis Vierfachen des Teach-In-Werts liegen und beispielsweise etwa das Dreifache des Teach-In-Werts betragen. Im Beispiel der 4 kann der Teach-In-Wert für die Unwucht beispielsweise eins und der für einen Lagerschaden beispielsweise zwei betragen. Die Alarmschwellen können beispielsweise im Bereich des Vier- bis Achtfachen des oben beschriebenen Teach-Werts liegen und beispielsweise etwa das Sechsfache des Teach-Werts betragen. Vorteilhaft können die Alarmschwellen im Bereich des Anderthalb- bis Zweieinhalbfachen der jeweils entsprechenden Warnschwelle liegen und beispielsweise das Zweifache der jeweils entsprechenden Warnschwelle betragen.
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Unregelmäßigkeiten, die zu harmonischen Signalen führen, beispielsweise Unwucht und andere Trägheitskräfte; Fluchtfehler, Zentrierfehler und deformierte Welle; Verzahnungsschäden; elektrisch induzierte Schwingungen; Auswirkungen erhöhter Turbulenzen am Lüfter; und/oder Prozesseinflüsse mit harmonischem Kraftverlauf werden vorzugsweise mittels eines Fast Fourier Transform (FFT) Verfahrens direkt aus den Beschleunigungssignalen des entsprechenden Schwingungssensors ermittelt. In dem oben mit Bezug auf 3 beschriebenen Beispiel würde die Unwucht niedrigster Ordnung beispielsweise im FFT-Spektrum in einem Fenster um eine der Drehfrequenz entsprechenden Schadensfrequenz, in 3 also beispielsweise in einem Fenster um 50 Hz herum, ausgewertet.
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Das Ergebnis einer Auswertung ist in 4 gezeigt. In dem Diagramm sind drei das Verschleißniveau eines Wälzlagers widerspiegelnde Schadens- bzw. Verschleißzustandsindikatoren gezeigt, nämlich links Indikator Unwucht, in der Mitte Indikator Lagerschaden, jeweils in willkürlichen Einheiten, sowie rechts Indikator mittlere effektive Schwingbeschleunigung (quadratisches Mittel) in Milli-g. Der Indikator Unwucht wurde, wie zuvor beschrieben, aus dem FFT-Spektrum, d. h. aus dem Frequenzspektrum, das sich durch Anwendung einer FFT-Analyse auf die Signalamplituden des entsprechenden Schwingungssensors ergibt ermittelt. Der Indikator Lagerschaden wurde aus dem HFFT-Spektrum ermittelt.
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Der Indikator mittlere effektive Schwingbeschleunigung wird nicht aus dem Frequenzspektrum (Frequenzdomäne), sondern direkt aus den Beschleunigungssignalen (Zeitdomäne) bestimmt. Dieser Indikator ist ein Beispiel für einen sog. Pegelwächter. Mittels direkt aus den Beschleunigungssignalen ermittelter breitbandiger Indikatoren (Pegelwächter) können auch Unregelmäßigkeiten bzw. Schäden festgestellt werden, die in Frequenzbereichen außerhalb der Schadensfrequenzfenster auftreten. Andere Pegelwächter-Indikatoren sind die maximale Beschleunigungsamplitude oder die mittlere Geschwindigkeitsamplitude. Die Pegelwächter-Indikatoren sind absolute Werte der Beschleunigung (in Milli-g) oder der Geschwindigkeit (in mm/s) und werden dementsprechend in Bezug zu absoluten Warn- bzw. Alarmschwellen, d. h. nicht relativ zu Teach-In-Werten überwacht.
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Im Beispiel der 4 befindet sich der Messwert aller drei Indikatoren (1.295; 2.175; 171) unterhalb der jeweiligen Warnschwellen (2; 5; 200). Das Wälzlager befindet sich daher in einem ungeschädigten Zustand, der keine wartungsbezogene Maßnahme erforderlich macht.
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Wenn einer oder mehrere Indikatoren eines Bauteils die jeweilige Warnschwelle bzw. Voralarmschwelle überschreiten, kann dies eine beginnende Unregelmäßigkeit oder einen beginnenden oder sich ausbreitenden Schaden in dem jeweiligen Bauteil, hier Lagerschaden, anzeigen. Das Überschreiten einer Warnschwelle löst eine wartungsbezogene Maßnahme aus, insbesondere die Ausgabe einer visuellen Warnmeldung in einer Visualisierung 20 (siehe 2). Die Visualisierung 20 ist vorteilhaft lokal realisiert, insbesondere auf der der Maschine 10 zugeordneten Bildschirmvorrichtung 24 (siehe 1). Die Warnmeldung kann anzeigen, dass ein Indikatorwert einen maximal zulässigen Wert fast erreicht hat.
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Wenn einer oder mehrere Indikatoren eines Bauteils die jeweilige Alarmschwelle bzw. Hauptalarmschwelle überschreiten, kann dies eine fortgeschrittene Unregelmäßigkeit oder einen sich ausbreitenden oder fortgeschrittenen Schaden in dem jeweiligen Bauteil, hier Lagerschaden, anzeigen. Das Überschreiten einer (Haupt-)Alarmschwelle löst eine wartungsbezogene Maßnahme aus, insbesondere die Ausgabe einer visuellen Alarmmeldung in der Visualisierung 20. Die Alarmmeldung kann anzeigen, dass ein Indikatorwert einen maximal zulässigen Wert erreicht oder überschritten hat.
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Die Warn- und Alarmmeldungen können eine Textmeldung und/oder ein entsprechendes graphisches Symbol umfassen. Die Anzeige von Warn- und Alarmmeldungen bzw. Vor- und Hauptalarmmeldungen auf der Bildschirmvorrichtung 24 können unterschiedlich farblich kodiert sein, beispielsweise Warn- bzw. Voralarmmeldung in Gelb und (Haupt-)Alarmmeldung in rot. Sämtliche Meldungen sind vorteilhaft durch einen Bediener quittierpflichtig, damit sichergestellt ist, dass auch kurzfristige, aber relevante Schwellwertüberschreitungen Beachtung finden.
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Jede zu überwachende Baugruppe wird in einen oder mehrere Überwachungskanäle eingeteilt, die in der Visualisierung 20 vorzugsweise in Form einer Liste geführt werden. Wird aufgrund eines Sensorsignals eine Meldung veranlasst, so wird der die Meldung verursachende Überwachungskanal in der Liste auf der Bildschirmvorrichtung 24 angezeigt. Allgemeiner wird der Sensor, der die Meldung ausgelöst hat, auf der Bildschirmvorrichtung 24 angezeigt. Vorteilhaft wird im Falle einer Meldung die voraussichtliche Zeitdauer bis zum Erreichen der Verschleißgrenze für das entsprechende Bauteil in der Visualisierung 20 angezeigt.
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Die Visualisierung 20 umfasst vorzugsweise eine Darstellung der aktuellen Indikatorwerte, beispielsweise als Balkendiagramm eines ausgewählten Überwachungskanals. Diese Darstellung wird vorzugsweise mit einer Frequenz im bereich von 0.1 Hz bis 10 Hz, beispielsweise jede Sekunde aktualisiert.
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Die Visualisierung 20 umfasst vorzugsweise eine Darstellung des Trendverlaufs, d. h. des zeitlichen Verlaufs der zuvor beschriebenen Trendwerte, beispielsweise als Liniengraph in einem Zeitdiagramm eines ausgewählten Überwachungskanals.
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Die Visualisierung 20 umfasst vorzugsweise die Darstellung der Historie, d. h. des zeitlichen Verlaufs der zuvor beschriebenen Historie, beispielsweise als Liniengraph in einem Zeitdiagramm eines ausgewählten Überwachungskanals. Die Anzeige der Historie kann vorzugsweise über einen Zeitraum im Bereich der letzten zehn bis 60 Tage, beispielsweise über die letzten 30 Tage erfolgen. Zusätzlich kann vorzugsweise auch eine Anzeige der Historie der Maschinendrehzahl angezeigt werden, beispielsweise als weiterer Liniengraph in demselben Zeitdiagramm. In der Historie-Anzeige können auch besondere Ereignisse zeitlich protokolliert werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung wird der aufgezeigte Trendverlauf bzw. die Historie nach Austausch des betreffenden Bauteils, insbesondere Lagers, zurückgesetzt.
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Die zuvor genannten Darstellungen können beispielsweise in einem oder mehreren Detailreporten in der Visualisierung 20 realisiert sein, die auf der Bildschirmvorrichtung 24 angezeigt werden können. Die Detailreporte einzelner Überwachungskanäle können beispielsweise aus der zuvor beschriebenen Liste der Überwachungskanäle durch den Bediener ausgewählt werden.
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Um Fehlalarme zu vermeiden, ist vorteilhaft eine Ansprechverzögerung in der Datenverarbeitungseinrichtung 19 eingestellt. Die Ansprechverzögerung sorgt dafür, dass ein Anstieg eines Indikatorwerts erst nach einer Anzahl n von Schwellüberschreitungen zur Auslösung einer Warn- oder Alarmmaßnahme führt. Die ganze Zahl n liegt vorteilhaft im Bereich drei bis sieben und beträgt beispielsweise fünf.
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Vorzugsweise ist eine Wartungsplanung für die Maschine 10 vorgesehen, die insbesondere in der Datenverarbeitungseinrichtung 19 gespeichert sein und ausgeführt werden kann. Eine schematische Darstellung der Wartungsplanung ist in 5 gezeigt. Hier ist für ein betrachtetes Bauteil oder eine Bauteilgruppe der Signalpegel eines Indikators, beispielsweise die Beschleunigungsamplitude, über der Zeit aufgetragen. Aus dem Signalverlauf soll allgemein der Zeitpunkt für eine Wartung ermittelt werden (Wartungsplanung). Der Zeitpunkt Null kann beispielsweise einem ungeschädigten Bauteil entsprechen. Der Zeitpunkt tVG markiert das Erreichen der Verschleißgrenze des betrachteten Bauteils. Eine Wartung wird üblicherweise vor Erreichen der Verschleißgrenze fällig, um einen Ausfall des Bauteils aufgrund verspäteter Wartung sicher vermeiden zu können. Die Fälligkeit der Wartung ist mit tW markiert. Der Zeitraum ΔtW zwischen tW und tVG ist der Wartungszeitraum (einstellbar), in dem die Wartung durchgeführt werden soll. Durch Einstellung des Wartungszeitraums wird festgelegt, wie groß die Reserve zwischen Fälligkeit und Verschließgrenze sein soll. Der Wartungszeitraum steht als Spielraum für die Durchführung der Wartung zur Verfügung. Um eine Planung der Wartung und Durchführung unmittelbar nach der Fälligkeit zu ermöglichen, ist eine Wartungsankündigung bereits vor der Fälligkeit vorteilhaft. Der Zeitpunkt der Wartungsankündigung ist mit tA markiert. Der Zeitraum ΔtP zwischen tA und tW ist der Planungszeitraum (einstellbar), der für die Teilebeschaffung und Wartungsplanung zur Verfügung steht.
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Die Wartungsplanung umfasst vorteilhaft eine Trendanalyse. Die Trendanalyse eines Indikators wird auf der Grundlage der errechneten Trendwerte (siehe oben) durchgeführt. Die Trendanalyse dient dazu, den wahrscheinlichsten Zeitpunkt des Erreichens der Verschleißgrenze aus den verfügbaren Signalwerten zu errechnen. Vorteilhaft wird die Restlaufzeit berechnet, also die Zeitdauer, in der laut der Trendanalyse die Verschleißgrenze des überwachten Objektes erreicht ist. Die Berechnung des Algorithmus für die Trendanalyse kann im einfachsten Fall beispielsweise linear aus der Steigung einer Geraden über die letzten zwei gemittelten Trendwerte erfolgen. Die Mittelung erfolgt dabei vorzugsweise über einen Zeitraum von mindestens 10 Tagen, beispielsweise über einen Monat. Andere geeignete Algorithmen für die Trendanalyse unter Einbeziehung der letzten n (n > 2) Trendwerte und beispielsweise Polynomen höherer Ordnung sind selbstverständlich möglich. Für die Wartungsplanung muss der Signalpegel stark Bemittelt werden, damit kurzzeitige Schwankungen unberücksichtigt bleiben. Die Signalmittelung und gegebenenfalls eine Normierung erfolgen vorzugsweise in einer Trendauswertung. Die Trendauswertung stellt für jedes zu überwachende Objekt bzw. jeden Überwachungskanal vorteilhaft folgende Größen zur Verfügung: Restlaufzeit bis zur Wartungsankündigung tA; Restlaufzeit bis zur Fälligkeit tF; Restlaufzeit bis zur Verschleißgrenze tVG.
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Wenn der Zeitpunkt tA erreicht ist, wird vorteilhaft eine Wartungsankündigungsmeldung auf der Bildschirmvorrichtung 24 ausgegeben, beispielsweise „Wartung wird erforderlich”. Wenn der Zeitpunkt tW erreicht ist, wird vorteilhaft eine Wartungsmeldung auf der Bildschirmvorrichtung 24 ausgegeben, beispielsweise „Wartung ist erforderlich”. Die vorgenannten Meldungen werden entweder als Warn- oder als einfache Hinweismeldung ausgegeben. Die Meldungen zeigen dem Bediener vorteilhaft den jeweils erforderlichen Handlungsbedarf an. Wenn der Zeitpunkt tVG erreicht ist, wird vorteilhaft eine Warn- oder Alarmmeldung auf der Bildschirmvorrichtung 24 ausgegeben und gegebenenfalls ein Maschinenstop veranlasst.
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In einer differenzierten Wartungsplanung können folgende Meldungen zur Anzeige auf der Bildschirmvorrichtung 24 vorgesehen sein, wenn in der Trendauswertung eine entsprechende Grenze für die Restlaufzeit erreicht ist: Hinweis oder Warnmeldung „Wartung wird erforderlich” signalisiert ohne bzw. mit Handlungsbedarf, dass sich mindestens eine Wartung im Planungszeitraum befindet. Hinweis oder Warnmeldung „Wartung ist erforderlich” signalisiert ohne bzw. mit Handlungsbedarf, dass sich mindestens eine Wartung im Wartungszeitraum befindet.
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Warnmeldung „Verschleißgrenze erreicht” signalisiert, dass für mindestens eine Wartungstätigkeit die Verschleißgrenze erreicht ist. Stoppmeldung „Verschleißgrenze erreicht” signalisiert darüber hinaus, dass die Betriebsbereitschaft der Maschine nicht mehr gegeben ist. Warnmeldung „Verschleiß steigt an” signalisiert, dass der Verschleiß in einem Überwachungskanal ungewöhnlich schnell ansteigt. Dieses Szenario wird auch als „Trendalarm” bezeichnet und ist in 5 mit „TA” bezeichnet.
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Sämtliche der zuvor beschriebenen Meldungen, Ankündigungen, Warnungen, Alarme und sonstige wartungsbezogenen Maßnahmen werden vorteilhaft lokal durchgeführt, insbesondere durch Anzeige auf der der Maschine 10 zugeordneten Bildschirmvorrichtung 24. Dies ermöglicht gegebenenfalls ein unverzügliches Eingreifen des Maschinenbedieners. Übertragungsprobleme und Datenverluste sind praktisch ausgeschlossen. Es ist auch möglich, dass alternativ oder zusätzlich eine Datenübertragung an eine nicht-lokale Stelle beispielsweise per E-Mail erfolgt. Dies erfolgt vorteilhaft nicht kontinuierlich, sondern ereignisgesteuert im Falle von Meldungen, Ankündigungen, Warnungen, Alarmen, etc.
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Die Datenverarbeitungseinrichtung 19 und/oder die Visualisierung 20 können auch als von der Maschinensteuerung/-bedienung autarkes System ausgeführt sein. Dies kann für die Nachrüstbarkeit bestehender Maschinen der Tabak verarbeitenden Industrie vorteilhaft sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007007845 A1 [0002]
