Digitale Zustandsüberwachung durch Schallemissionsverfahren I

Umsetzungsprojekt mit der InfraServ Wiesbaden Technik GmbH & Co. KG

© InfraServ Wiesbaden Technik GmbH & Co. KG

Die InfraServ Wiesbaden Technik GmbH & Co. KG, kurz ISW-Technik, agiert als technischer Dienstleister im Industriepark Kalle-Albert für dort angesiedelte Standortfirmen und für Mittelständler in der Rhein-Main-Region. Zu den Angeboten gehören unter anderem die Inspektion, Wartung und Instandhaltung von Maschinen und Anlagen. Auf dem Weg in Richtung Industrie und Mittelstand 4.0 wurden im Leistungsportfolio bereits diverse digitale Technologien für die Wartung und Zustandsüberwachung (Condition Monitoring) von Anlagen etabliert.

Bei Maschinen einzelner Kunden sieht sich die ISW-Technik mitunter mit besonderen Herausforderungen konfrontiert: Beispielsweise treten bei einem bestimmten Maschinentyp eines Industrieparkkunden immer wieder Risse auf, die bislang erst nach Außerbetriebnahme, Ausbau und Demontage der Geräte festgestellt werden können. Dadurch entstehen unplanmäßige Ausfallzeiten für das Unternehmen. In einem gemeinsamen Umsetzungsprojekt mit dem Mittelstand-Digital Zentrum Darmstadt (Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF) soll nun eine praktikable Lösung für genau dieses Problem entwickelt werden.

In dem mehrmonatigen Umsetzungsprojekt wird nun untersucht, ob das Acoustic Emission (AE)-Verfahren geeignet ist, um Risswachstum im laufenden Betrieb ausfindig zu machen und zu lokalisieren. Dadurch könnten frühzeitig und zu vorgeplanten Zeiten Instandhaltungsarbeiten an der Maschine eingeleitet werden. Bestenfalls können sogar Rückschlüsse auf die Quelle der Schadensentwicklung und deren Behebung gewonnen werden.

Bei dem AE-Verfahren werden durch mikroskopisch kleines Risswachstum ausgelöste Oberflächenwellen von spezieller Hardware digitalisiert und ausgewertet. Da dies in einem Frequenzbereich weit oberhalb üblicher Schwingungen und hörbarem Schall erfolgt, können diese Wellen in der Regel gut von Lärm und Vibrationen aus dem Maschinenbetrieb unterschieden werden. Nach Feststellung der Eignung sieht der Projektplan vor, dass die Experten des Kompetenzzentrums und der ISW-Technik ein Systemkonzept entwickeln, welches die AE-Methode und -Datenerfassung in die entsprechenden Instandhaltungsprozesse integriert.

Für Untersuchungen mit dem AE-Verfahren steht am Fraunhofer LBF ein Laborsystem zur Verfügung. Dieses wird aktuell in verschiedenen Tests bei ISW-Technik und in den Laboren des Fraunhofer LBF eingesetzt, um die Verfahrenseignung zu überprüfen. Alle weiteren Entwicklungsschritte werden dann auf den Ergebnissen dieser Tests basieren sowie auf den gesammelten Erfahrungen und dem Wissen zur konkreten Maschine und dem speziellen Anwendungsfall im Industriepark Kalle-Albert.

Sollte sich die Möglichkeit einer Risserkennung durch AE-Verfahren validieren und effizient in den Betrieb von ISW-Technik integrieren lassen, ist eine Übertragung auf andere Maschinen und Elemente der Prozess- und Anlagentechnik eine Option. Neben der Detektion von Risswachstum wäre die Nutzung des AE-Verfahrens auch für die Erkennung von Leckagen, Korrosion, Reibung, Lagerschäden oder die ungewollte Teilentladung von Geräten denkbar.

Darüber hinaus könnten die mit dem AE-Verfahren gesammelten Informationen eine wesentliche Grundlage für eine auf Künstlicher Intelligenz basierende Zustandsprognose bilden. Dadurch würde Smart Maintenance, also eine digital unterstützte „Kluge Instandhaltung“ ermöglicht. Voraussetzung hierfür wäre die Digitalisierung und Zusammenführung aller für die Instandhaltung einer Anlage relevanten Informationen.