Zustandsüberwachung von Maschinen: Temperatursensoren, die Ausfälle frühzeitig erkennen

Jede Maschine in einer Fabrikhalle sagt Ihnen bereits, wie sie sich anfühlt. Ein Lager, das ein paar Grad wärmer läuft als im letzten Monat, ein Getriebeölsumpf, der schneller ansteigt als die Umgebungstemperatur, eine Motorwicklung, die sich unter Last erwärmt: Das sind leise Signale, und sie treten meist schon lange vor einer Panne auf. Bei der Zustandsüberwachung von Maschinen geht es einfach darum, gezielt auf diese Signale zu hören, anstatt darauf zu warten, dass sich ein Fehler ankündigt.

Denn unsere eigene Werkstatt baut Temperatursensoren und Kontrollinstrumenten verbringen wir viel Zeit damit, über die erste Schicht der Kette nachzudenken. Hier erfahren Sie, wie die Temperatur in ein modernes Überwachungsprogramm passt, wo Sensoren hingehören und wie die Daten vertrauenswürdig genug bleiben, um darauf reagieren zu können.

Was die Zustandsüberwachung von Maschinen eigentlich abdeckt

Unter Zustandsüberwachung versteht man das Sammeln und Analysieren von Daten von Geräten während des normalen Betriebs, um deren Zustand zu beurteilen. Nichts wird abgebaut, nichts gestoppt. Die Messungen werden kontinuierlich oder in regelmäßigen Abständen durchgeführt, mit einem bekanntermaßen guten Zustand verglichen und zur Entscheidung verwendet, ob ein Eingriff erforderlich ist.

Es hilft, die Strategie von der sie unterstützenden Sensorschicht zu trennen:

• Korrigierende Wartung: Laufen lassen, bis etwas kaputt geht, dann reparieren.
• Vorbeugende Wartung: Wartung nach Kalender- oder Stundenplan, unabhängig davon, ob die Maschine dies benötigt oder nicht.
• Zustandsbasierte Wartung: Handeln Sie nur, wenn ein Messwert einen definierten Schwellenwert überschreitet.
• Vorausschauende Wartung: Erstellen Sie Trends für die Daten und prognostizieren Sie, wann dieser Schwellenwert erreicht wird.

Die Zustandsüberwachung ist die darunter liegende Erfassungs- und Analyseebene. Es ersetzt keine Wartungsstrategie; es gibt einem etwas Faktisches, auf dem man stehen kann.

Warum die Temperatur oft der erste Sensor ist, der installiert wird

Die meisten mechanischen Probleme machen sich durch Hitze bemerkbar. Lagerverschleiß erhöht die Reibung. Eine Fehlausrichtung belastet ein Ende einer Welle. Das Schmiermittel zersetzt sich und kann die Last nicht mehr tragen. Die elektrische Isolierung verschlechtert sich und der Widerstand steigt. Prozessanlagen werden überlastet oder verschmutzt. In jedem dieser Fälle wird Energie irgendwo in Wärme umgewandelt, und diese Wärme ist von der Außenseite des Gehäuses messbar.

Die Temperaturmessung ist auch die am einfachsten nachzurüstende Technik. Eine Oberflächensonde, ein Magnetsensor oder ein Widerstandsthermometer mit Gewinde können ohne Neukonstruktion in eine bestehende Maschine eingebaut werden, und ein einzelner Messpunkt ist im Vergleich zu einem vollständigen Vibrationskanal kostengünstig. Aufgrund dieser geringen Einstiegskosten beginnt in der Regel das erste Zustandsüberwachungsprogramm mit der Temperaturüberwachung.

Es ist kein vollständiges Bild für sich. Ein sich entwickelnder Lagerfehler ist oft in Vibrationsdaten sichtbar, bevor er sich als Temperaturanstieg zeigt, da die Wärmeentwicklung Zeit braucht. Zusammengenommen decken Vibration und Temperatur gegenseitig die toten Winkel ab.

Vergleich der wichtigsten Zustandsüberwachungstechniken

Keine einzelne Technik fängt alles ein. Die meisten erfolgreichen Programme kombinieren zwei oder drei, ausgewählt entsprechend der Anlage und den für sie wichtigen Fehlerarten.

Temperaturüberwachung in der Praxis

Wo Temperatursensoren ihren Platz verdienen

Eine Instrumentierung lohnt sich an den Stellen, an denen Hitze zuerst auftritt oder die Folgen einer Überhitzung schwerwiegend sind:

• Motorwicklungen und Lagerschilde, bei denen die Lebensdauer der Isolierung mit jedem zusätzlichen Grad schnell abnimmt.
• Lagergehäuse an Pumpen, Lüftern, Gebläsen und Förderbändern.
• Getriebeölwannen, in denen die Öltemperatur die Last und den Schmierzustand überwacht.
• Kompressorauslassleitungen und Abgaskrümmer.
• Ofenzonen, Brennöfen, Wärmebehandlungskammern und Aluminiumverarbeitungslinien.
• Prozessrohre und Behälter in der chemischen, petrochemischen und Lebensmittelproduktion.
• Schaltschränke und Transformatorenräume, in denen einem Fehler häufig ein langsamer Anstieg vorausgeht.

Wahl zwischen einem RTD und einem Thermoelement

Dies sind die beiden Sensorfamilien, die wir täglich entwickeln, und die Wahl hängt normalerweise vom Temperaturbereich, der Genauigkeitserwartung und der rauen Umgebung ab.

Unterhalb von etwa 400 °C, wo ein Überwachungspunkt jahrelang zuverlässig bleiben muss, ist ein Platin-Widerstandsdetektor normalerweise die bessere Lösung. Ein Edelstahl-RTD der Klasse A 316, wie die PT100-Einheiten, die wir für den Motor- und Pumpenbetrieb liefern, behält seine Kalibrierung gut bei und erzeugt ein sauberes, lineares Signal, das sich leicht trenden lässt.

Pt100 Klasse A RTD-Thermometersonde der WZPK-Serie Für Industriepunkte mit niedrigeren Temperaturen unter 400 °C unterstützt dieser Pt100-Sonde der Klasse A aus SS316 eine stabile, lineare Überwachung über -200 bis 450 °C. Produkt anzeigen →

Oberhalb dieses Bereichs übernehmen Thermoelemente die Oberhand. Sie sind robust, kostengünstig und tolerant gegenüber Vibrationen und wiederholten Temperaturwechseln, weshalb sie vorwiegend in Öfen, Öfen und Abgasen eingesetzt werden. Für einen Industrieofen mit 1200 °C ist eine K-Sonde mit Edelstahlmantel und passendem Montageflansch ein praktischer Ausgangspunkt.

Hochtemperatur-Thermoelementsensor aus Edelstahl vom Typ K Für Öfen, Brennöfen und Abgaspunkte oberhalb des RTD-Bereichs deckt diese Edelstahlsonde vom Typ K Thermoelementanwendungen bei 1200 °C ab. Produkt anzeigen →

Zwei Details sind wichtiger als das Datenblatt. Passen Sie zunächst die Montage an die Oberfläche an: Ein Sensor, der keinen festen Kontakt mit dem Lagergehäuse hat, misst die Lufttemperatur, nicht die Metalltemperatur. Zweitens: Passen Sie das Mantelmaterial an die Umgebung an, denn Korrosion zerstört mehr Sensoren als Überhitzung.

Das Signal zwischen Maschine und Überwachungssystem aufrichtig halten

Ein guter Sensor kann immer noch nutzlose Daten produzieren. Lange Kabelstrecken nehmen elektrisches Rauschen von Antrieben und Schützen auf. Ein Thermoelement-Verlängerungskabel des falschen Typs führt bei jeder Verbindung zu einem eigenen Fehler. Eine schlechte Erdung führt zu Schleifen, die sich als langsame Schwankungen im Trend zeigen, und langsame Schwankungen sehen genau wie ein Prozessproblem aus.

Die üblichen Antworten sind einfach: Verwenden Sie den richtigen Ausgleichs- oder Verlängerungsdraht für Thermoelemente, halten Sie Signalkabel von Stromkabeln fern, erden Sie die Abschirmung an einem Ende und wandeln Sie das Rohsignal in eine robuste Stromschleife in der Nähe der Maschine um. Ein Temperaturtransmitter führt diese Umwandlung durch, indem er ein Thermoelement- oder RTD-Signal mit niedrigem Pegel aufnimmt und einen stabilen 4- bis 20-mA-Ausgang liefert, der Hunderte von Metern zu einer SPS oder einem DCS zurücklegen kann, ohne sich zu verschlechtern.

Vollständig isolierter integrierter Zweidraht-Temperaturtransmitter Wandelt RTD- oder Thermoelementsignale in eine stabile 4–20-mA-Schleife mit 3,75-kV-Isolierung und HART/PROFIBUS-PA-Optionen um. Produkt anzeigen →

Eine vollständige Isolierung zwischen Ein- und Ausgang ist die geringen Mehrkosten bei Überwachungsinstallationen wert, da dadurch das Erdschleifenproblem vollständig beseitigt, anstatt es verringert wird.

Von einer Lektüre zu einer Wartungsentscheidung

Daten werden nützlich, wenn jemand weiß, wie normal aussieht. Das bedeutet, dass eine Basislinie während des Dauerbetriebs, bei bekannter Last und bei bekannter Umgebungstemperatur aufgezeichnet wird. Ohne eine Basislinie ist ein Alarmgrenzwert nur eine Schätzung.

Sobald eine Grundlinie vorliegt, sollten Sie drei Dinge im Auge behalten:

• Absoluter Wert im Vergleich zum Hersteller- oder Prozessgrenzwert.
• Abweichung von der Grundlinie für denselben Betriebszustand.
• Änderungsrate, die oft wichtiger ist als der Wert selbst, da ein schneller Anstieg auf ein aktives Problem hinweist.

Von dort aus können Schwellenwerte mit tatsächlicher Bedeutung festgelegt werden: eine Warnschwelle, die eine Inspektion auslöst, und eine Auslöseschwelle, die die Maschine schützt. Auf dieser zweiten Ebene kommen Steuerungsinstrumente ins Spiel. Ein PID-Temperaturregler mit einem Relais oder einem Analogausgang kann direkt auf die Messung einwirken, indem er ein Ventil schließt, eine Heizung abschaltet oder einen Alarm auslöst, ohne darauf warten zu müssen, dass ein Mensch einen Bildschirm bemerkt.

Eine praktische Sequenz für ein erstes Programm

1. Erstellen Sie ein Geräteregister und ordnen Sie jede Anlage nach ihrer Kritikalität ein, damit der Aufwand dort ankommt, wo ein Ausfall am meisten weh tut.
2. Zeichnen Sie die Grundwerte unter normalen, stabilen Betriebsbedingungen auf.
3. Identifizieren Sie die Fehlermodi, die für jede Anlage von Bedeutung sind, und wählen Sie die Techniken aus, mit denen sie erkannt werden können.
4. Wählen Sie die Sensorhardware nach Reichweite, Umgebung, Montage und erforderlicher Genauigkeit aus, nicht nur nach dem Preis.
5. Installieren Sie Sensoren mit festem Thermokontakt und dokumentieren Sie genau, wo jeder einzelne sitzt.
6. Erfassen Sie Daten konsistent und erstellen Sie Trends, möglichst bei gleichen Last- und Umgebungsbedingungen.
7. Definieren Sie Warn- und Auslöseschwellenwerte und notieren Sie, was jeder Schwellenwert auslösen soll.
8. Überprüfen Sie die Ergebnisse regelmäßig und verfeinern Sie die Schwellenwerte, wenn sich reale Erfahrungen ansammeln.

Die Reihenfolge ist wichtig. Anlagen, die Sensoren kaufen, bevor sie Fehlermodi definieren, enden meist mit Daten, die niemand nutzt.

Branchen, in denen die Temperaturüberwachung eine wichtige Rolle spielt

Der Wert der Zustandsüberwachung ist dort am höchsten, wo ein ungeplanter Stopp teuer ist oder eine Überhitzung ein Sicherheitsrisiko darstellt. Petrochemische und chemische Anlagen überwachen Reaktor- und Leitungstemperaturen, da Abweichungen sowohl die Produktqualität als auch die Prozesssicherheit beeinträchtigen. Erdgasanlagen überwachen die Kompressor- und Heizungstemperaturen an abgelegenen, unbeaufsichtigten Orten. Lebensmittelmaschinen benötigen aus Qualitäts- und Hygienegründen wiederholbare Temperaturen, und Analyseinstrumente sind für genaue Ergebnisse auf stabile Innentemperaturen angewiesen.

Welche Branchen wir regelmäßig beliefern, können Sie auf unserer Seite einsehen Seite für Branchenanwendungen , zusammen mit den Sensoranordnungen, die zu jedem passen.

Die Sensorschicht gleich beim ersten Mal richtig machen

Die Zustandsüberwachung von Maschinen wird selten durch Software eingeschränkt. Der schwierige Teil besteht darin, in einer heißen, vibrierenden und manchmal korrosiven Umgebung eine Messung zu erstellen, der Sie jahrelang vertrauen können. Dabei kommt es darauf an, das richtige Sensorelement auszuwählen, es ordnungsgemäß zu montieren und das Signal auf dem Weg zum Steuerungssystem zu schützen.

Wenn Sie eine Überwachungsinstallation planen oder Sensoren austauschen, die sich als unzuverlässig erwiesen haben, schaut sich unser Team gerne gemeinsam mit Ihnen die Messpunkte an und empfiehlt Ihnen eine praktische Lösung. Du kannst Nehmen Sie hier Kontakt mit uns auf , und wir helfen Ihnen dabei, Thermoelemente, RTDs, Sender und Controller an die spezifischen Maschinen anzupassen, die Sie überwachen müssen.