Condition Monitoring System

Das Projekt

Die größte Stahltochter in der Salzgitter-Gruppe – Salzgitter Flachstahl – ist einer der führenden europäischen Stahlhersteller. „Für die Herstellung hochwertiger Stahlprodukte setzen wir auf moderne Fertigungstechnologien zur Erzeugung und Weiterverarbeitung“, sagt die Instandhaltungsingenieurin Rebecca Dittkrist. So betreiben sie unteranderem ein 42m³ großes Hauptgetriebe einer Walzstraße. Das einstufige Getriebe hat eine Nennlast von 14 MW und eine Nenndrehzahl von 32 Umdrehungen pro Minute. Condition Monitoring Systeme nutzen Schwingungsmessung, um Verschleiß schon im Frühstadium erkennen zu können. Die Schwingbeschleunigungsmessung liefert allerdings erst bei Drehzahlen über 60 Umdrehungen pro Minute zuverlässige Ergebnisse. Diese Grenze verfehlt das betroffene Getriebe in Salzgitter zwar um fast die Hälfte, aber eben nur im Walzbetrieb.

Eine Lösung für ein komplexes Problem

Eine Anlage mit diesen Spezifikationen ist eine Herausforderung für jedes Condition Monitoring System. Um zuverlässig zu arbeiten, ist die Verarbeitung von Prozessdaten unerlässlich. Der Fakt, dass in diesem Anwendungsfall die relevanten Informationen exklusiv auf verschiedene Betriebsmodi verteilt sind, stellt herkömmliche Condition Monitoring Systeme vor ein Problem. Die Lösung der iba AG: Subtrends. Sie ermöglichen es für unterschiedliche Betriebsbedingungen Daten zu erfassen, diese getrennt voneinander zu trenden und auch getrennt zu alarmieren. Konkret bedeutet das, dass bei diesem System sowohl Situationen mit niedrigen Drehzahlen und hoher Last, als auch Situationen mit höheren Drehzahlen ohne Last bewertet werden. Alle Kennwerte werden für jeden Betriebsmodus separat ermittelt.

In dem gewaltigen Hauptgetriebe sind nur vier Schwingungssensoren verbaut. Je ein Sensor oben, unten, antriebs- und abtriebsseitig, wobei an den Festlagern Dualsensoren verbaut sind, welche sowohl in radialer als auch in axialer Richtung messen. Die Anzahl der Sensoren hängt aber keineswegs von der Anzahl der überwachten Bauteile ab, sondern vielmehr von den Dimensionen des Getriebes. Schwingungen können sich eben doch nicht ungehindert durch Material bewegen. „Die verbaute Überwachungseinheit unterscheidet sich von handelsüblichen Systemen darin, dass sie direkt mit dem Prozessdatenaufzeichnungssystem ibaPDA kommuniziert“, erklärt Herwig Eichler, der Vertriebsmanager für Condition Monitoring bei HAINZL Industriesysteme. ibaPDA hat sich in den letzten 15 Jahren quasi zum Standard in der Metallindustrie etabliert. Das liegt nicht zuletzt an der Fülle von Schnittstellen zu Automatisierungssystemen. Diese Verbindung ist essenziell, denn ohne die Prozessdaten wäre eine Unterscheidung von Walzbetrieb und Kalibrierbetrieb nur sehr schwer umzusetzen.

Zeitpunkt für den Tausch des Getriebes optimal gewählt

Das iba-System lieferte knapp zwei Jahre vor dem endgültigen Austausch des Getriebes erste Anzeichen für dessen Verschleiß. Eine zuerst unglaubwürdige Neuigkeit, da das Getriebe für eine Lebenszeit von weit über 20 Jahren konzipiert und zu dem Zeitpunkt der ersten Verschleißanzeichen noch keine sechs Jahre in Betrieb war. Aus diesem Grund wurden auch Vergleichsmessungen mit einem handelsüblichen System vorgenommen. Der Verschleiß am Lager der schnell laufenden Antriebswelle wurde von diesem System ebenfalls erkannt und auch als „auffällig“ aber nicht „kritisch“ bewertet. Der viel kritischere Verschleiß am Wälzkörper der langsam laufenden Abtriebswelle wurde von diesem System jedoch nicht erkannt. Im iba-System waren die Anzeichen des Verschleißes jedoch deutlich sichtbar und verstärkten sich stetig. Bei anderen Aggregaten würde man vermutlich entscheiden, den Tausch beim nächsten geplanten Stillstand durchzuführen. Ein Wechsel dieses Getriebes im Rahmen eines geplanten Stillstandes hätte aber zehn Arbeitstage in Anspruch genommen. Ein Ausfall des Getriebes im Produktionsbetrieb würde hingegen einen weitaus längeren, ungeplanten Stillstand bedeuten, da notwendige Ersatzteile und Arbeitsgeräte erst herangeschafft werden müssten.

So wurde in wöchentlichen Besprechungen der aktuelle Zustand beurteilt und die Einschätzung für die Restlebensdauer laufend aktualisiert. „Wir haben dabei immer wieder Experten aus unserem eigens aufgebauten Netzwerk von Schwingungsspezialisten konsultiert. Die haben uns tatkräftig dabei unterstützt, den richtigen Zeitpunkt für den Tausch zu bestimmen“, sagt Günter Spreitzhofer und fügt hinzu: „Gemeinsam kamen wir im Oktober 2017 zu dem Entschluss, dass ein Weiterbetrieb bis Mai 2018, vorerst möglich ist.“

Sieben Monate später war zwar erkennbar, dass der Verschleiß kontinuierlich aber sehr langsam fortschreitet. Daher wurde im Mai 2018 entschieden, den Tausch nochmals um sechs Monate zu verschieben. Basis dieser Entscheidung war auch eine kontinuierliche Beobachtung von der Verschleißentwicklung und die Option, bei kritischen Veränderungen den Halbjahresstillstand vorzuziehen. Im September kamen dann alle eingebundenen Experten zu dem Schluss, dass das Getriebe beim nächsten Stillstand definitiv getauscht werden müsse. Der Vorhersage entsprechend, erledigte das mittlerweile stark verschlissene Wälzlager noch zwei weitere Monate seinen Dienst. Im Rahmen des nächsten geplanten Stillstandes wurde es schlussendlich getauscht. Danach wurde das Getriebe in der Werkstatt auf die tatsächliche Schädigung untersucht. Bei der Demontage des Lagers brach der geschädigte Wälzkörper und auch der Schaden am Innenring der Antriebswellenlagerung war deutlich zu sehen. Das war die Bestätigung, dass der Zeitpunkt für den Tausch perfekt gewählt war. Grundlage für diesen Erfolg bildet das leistungsfähige Condition Monitoring System, welches dank Berücksichtigung relevanter Prozessdaten zuverlässig und rechtzeitig alarmiert in Verbindung mit der Expertise erfahrener Spezialisten im Bereich der Schwingungsdiagnostik und der Instandhaltungsplanung.

Günter Spreitzhofer und Herwig Eichler sind sich einig: „Der Fall bei Salzgitter ist ein Musterbeispiel für eine perfekte Instandhaltungsstrategie. Alle Beteiligten ziehen an einem Strang und die Kommunikation zwischen mechanischer Instandhaltung und den beteiligten Schwingungsexperten funktioniert mustergültig. Nur unter diesen Voraussetzungen kann ein Condition Monitoring System seine Stärken ausspielen und den optimalen Nutzen bringen.“