Wäre es nicht eine Kampfansage zu behaupten, dass Motoren die meiste Zeit einfach gut laufen? Denn als Instandhaltungstechniker wissen wir recht gut, welche Leistung von unseren mechanischen Systemen erwartet wird, wir prüfen sie aus dem einen oder anderen Grund ziemlich regelmäßig, wir sind uns mehr oder weniger bewusst, mit welchen Lasten sie laufen und wir achten auf ihren Lebenszyklus – entweder mithilfe der Listen, die wir im Kopf führen oder mit einem etwas formaleren Instandhaltungsverwaltungsprogramm.
Wenn das alles so einfach ist, was hält uns dann beschäftigt? Meist sind es die Änderungen am System, die ältere Komponenten aus dem Gleichgewicht bringen. Und natürlich gehen Geräte auch einfach kaputt. Im Gegensatz zu dem saloppen Ton hier sind die meisten von uns sehr stolz darauf, die Dinge am Laufen zu halten, und wir mögen wirklich keine Überraschungen, insbesondere nicht die Art von Überraschungen, die dazu führen, dass unsere Telefone nach Dienstschluss klingeln.
An diesem Punkt setzt die Bedeutung von Messungen ein. Wenn wir all die anderen Teile unserer Arbeit wie oben beschrieben erledigen, sodass wir über den Zustand unserer mechanischen Anlagen ziemlich gut Bescheid wissen, bleiben nur noch die physischen Daten, die bestätigen, was wir wissen oder uns mit Bedingungen überraschen, von deren Entwicklung wir nichts wussten.
"Damit wird die Auffindung der Grundursache für nahezu jedes Motorproblem möglich"
Prüfungen von Temperatur, Schwingung, Isolationswiderstand sowie elektrische Messungen können mit Handmessgeräten recht einfach und schnell durchgeführt werden und sie sagen uns recht viel über die Systemleistung. Besonders interessant dabei ist, dass jede dieser vier Prüfungen Informationen zu unterschiedlichen Aspekten des Systems liefert. Die Messungen überschneiden sich und stehen so miteinander in Beziehung, wenn man sie in Verbindung betrachtet, dass damit die Auffindung der Grundursache für nahezu jedes Motorproblem möglich wird.
Darüber hinaus können die Messungen gespeichert und zentral hinterlegt werden, sodass sie für jedes Teammitglied zugänglich sind und verschiedene Mitarbeiter (nicht nur Du selbst) in der Lage sind, das Richtige zu tun, wenn sie spät am Abend gerufen werden.
Führen Sie das immer mit sich!
Was? Ihren gesunden Menschenverstand und Ihr Wissen über sichere elektrische Messungen! Wo dies möglich ist, schalten Sie alle Geräte ab und führen Sie Maßnahmen zur Wartungssicherung durch. Drahtlose Messgeräte ermöglichen es, das System abzuschalten, gegen Wiedereinschalten zu sichern, Messgeräte anzuschließen, die Schutzabdeckungen zu schließen, die Anlage wieder hochzufahren und mit dem Ablesen der Messdaten zu beginnen. Aber nicht alles kann abgeschaltet werden.
Wenn eine Situation eintritt, die Arbeiten unter Spannung erfordert, stellen Sie sicher, dass die folgenden wesentlichen Sicherheitspraktiken eingehalten werden. Zuerst müssen Sie die Störlichtbogenklasse Ihrer elektrischen Umgebung kennen. Zweitens muss darauf geachtet werden, dass die geeignete persönliche Schutzausrüstung (PSA) für diese Umgebung getragen wird. Drittens muss ein Messgerät verwendet werden, das für diese Umgebung sicherheitsspezifiziert ist. Viertens muss mit einem Messgerät geprüft werden, ob die Schaltkreise unter Spannung stehen oder nicht. Anschließend wird mit der Dreipunkt-Methode sichergestellt, dass das Messgerät ordnungsgemäß funktioniert. Prüfen Sie eine bekannte stromführende Schaltung, prüfen Sie die Zielschaltung und prüfen Sie anschließend noch einmal die stromführende Schaltung.
1. Thermisch
Im Hinblick auf Sicherheit sollte bei betriebstechnischen Anlagen zunächst mit einer thermischen Prüfung begonnen werden. Es ist dennoch nötig, eine persönliche Schutzausrüstung zu tragen – siehe Vorschrift NFPA 70E hinsichtlich der speziellen Ausrüstung, die für berührungslose Prüfungen erforderlich ist, – aber es ist weniger gefährlich, da man bei der Prüfung etwas von der Anlage entfernt ist und das Wärmebild auf einen Blick zeigt, welche Art von Wärmecharakteristik das System abgibt. Ist diese Charakteristik normal? Vergleichen Sie sie mit einem ähnlichen System oder einem früher aufgenommenen Bild, um das festzustellen. Unterschiede in der Temperatur helfen, schnell eine Liste der Punkte aufzustellen, die mit den anderen Messgeräten zuerst gemessen werden sollten.
Hohe Temperaturen haben für sich selbst genommen nicht unbedingt eine Bedeutung, aber eine Komponente mit höherer Temperatur als vergleichbare Komponenten oder ein Temperaturanstieg können ein Anzeichen dafür sein, dass etwas nicht stimmt. Eine überhitzte Kupplung könnte beispielsweise auf eine Fehlausrichtung hinweisen. Aus dem zweidimensionalen Wärmebild eines Motors lassen sich zahlreiche Rückschlüsse über Qualität und Betriebszustand ziehen. Falls der Motor überhitzt ist, altern die Isolierung und die Wicklungen zusehends. In der Tat halbiert sich die Lebensdauer der Wicklungsisolierung pro jeweils 10 °C über der Nenntemperatur, auch wenn die Überhitzung nur vorübergehend ist.
Hinsichtlich der Elektrik muss auf Unsymmetrien in dreiphasigen Energieversorgungen, fehlerhafte Verbindungen und ungewöhnlich starke Erhitzung der Stromversorgung geprüft werden. Hinsichtlich der Mechanik können mit Wärmebilduntersuchungen häufig Probleme bei Wellenlagern erkannt werden – die Lager laufen oft mehrere Tage lang heiß, bevor sie vollständig ausfallen. Auch die Motorgehäusetemperaturen können ein guter Testpunkt sein. Um jedoch die Motorgehäusetemperatur richtig zu interpretieren, müssen Sie zuerst wissen, welche Temperatur normal ist. Gewöhnen Sie es sich an, Temperaturmessungen Ihrer Motoren vorzunehmen, solange diese normal laufen, damit Sie einen Referenzwert für den Vergleich haben.
Wärmebildkameras eignen sich gut für Inspektionsarbeiten, da sie eine Infrarot-Ansicht des gesamten elektromechanischen Systems liefern, während Infrarot-Thermometer eine gute Wahl für schnelle und einfache Spot-Temperaturvergleiche sind und viel einfacher mitgeführt werden können. Drücken Sie einfach auf den Auslöser, um den ersten Messwert zu erfassen, speichern Sie diesen, fokussieren Sie erneut und erfassen Sie einen zweiten Messwert. Vergleichen Sie dann diese Messwerte. Ein visuelles IR-Thermometer liefert ein digitales Bild mit einblendbarer Wärmekarte, das die Anordnung abbildet, damit Sie sofort die genaue Position der zusätzlichen Wärme sehen können.
2. Schwingung
Bei Instandhaltungsexperten ist es gängiges Wissen, dass die meisten mechanischen Ausfälle bei rotierenden Maschinen auf vier Ursachen zurückzuführen sind: Unsymmetrien, Fehlausrichtungen, Probleme mit den Rollenlagern und Lockerungen.
- Rollenlager sind für bis zu 60 Prozent der Maschinenausfälle verantwortlich.
- Unsymmetrien sind für bis zu 50 Prozent der Maschinenausfälle verantwortlich.
- Eine Fehlausrichtung ist für bis zu 45 Prozent der Maschinenausfälle verantwortlich.
Wie kann es sein, dass die Addition dieser Zahlen über 100 Prozent ergibt? Weil sowohl Unsymmetrie als auch Fehlausrichtung zum Verschleiß von Rollenlagern und zu einem frühzeitigen Ausfall führen können.
Nicht jeder weiß, dass Schwingungen eines der frühesten Anzeichen des Maschinenzustands sind. Ja, die Thermografie zeigt, wenn ein Problem so schwerwiegend geworden ist, dass es eine Überhitzung verursacht. Eine Schwingungsanalyse ist jedoch weitaus empfindlicher und kann Probleme sehr viel früher als die Thermografie erkennen, lange bevor Komponenten beschädigt werden. Heute denkt man auch an den Wirkungsgrad von Maschinen. Wenn Maschinen falsch ausgerichtet sind, wird durch die Reibung nicht nur die Hardware strapaziert, sondern auch die Stromversorgung, mehr als ein Grund, häufig Messungen durchzuführen.
Wenn mechanische Fehler auftreten, sollten nicht nur einfach die Lager ausgetauscht, sondern etwas Zeit in die Ermittlung der Grundursache gesteckt werden. Nachdem die Maschine ordnungsgemäß ausgerichtet und die Wellen ausgewuchtet sind, sind die Lager deutlich weniger belastet und halten über Jahre hinweg.
Mit Hand-Schwingungsmessgeräten kann all dies wesentlich einfacher und schneller erreicht werden als bisher. Die Handmessgeräte enthalten in einer integrierten Datenbank Muster für gute/schlechte Werte von mechanischen Geräten, können Schwingungssignale dynamisch vergleichen und je nach Art des Messgeräts sogar eine Diagnose eines Fehlers erstellen. Bisher konnten nur Spezialisten für vorausschauende Instandhaltung/Zuverlässigkeit Schwingungsanalysen durchführen. Jetzt können Techniker ein Schwingungsmessgerät mit sich führen, um Gut-/Schlecht-Prüfungen durchzuführen. Erfahrene Techniker sind nach einer einfachen Schulung mühelos in der Lage, die Diagnoseversion des Messgeräts einzusetzen. Damit gewinnt das Instandhaltungsteam ein deutlich besseres Verständnis des Gesamtzustands der Maschine und des Zustands der Lager – und auch diese Daten können weitergegeben und gespeichert werden.
3. Isolierung
Probleme bei der Isolierung von Motoren und Antrieben entstehen meist durch übermäßige Wärme, unsachgemäße Installation, Verschmutzungen in der Umgebungsluft, mechanische Belastung oder Alterung. Eine Isolationsprüfung ist auch sinnvoll, um im Rahmen der regelmäßigen Motorinstandhaltung eine Verschlechterung rechtzeitig vor einem Ausfall zu erkennen und die Systemsicherheit und Leistung einer Installation sicherzustellen. Bei der Fehlersuche können Sie mit einer Isolationswiderstandsmessung möglicherweise erkennen, dass Sie einen Motor auf einfache Weise wieder in Betrieb nehmen können, indem Sie einfach nur ein defektes Kabel ersetzen.
Isolations-Multimeter wie das Fluke 1587 kombinieren die Isolationswiderstandsprüfung mit häufig verwendeten Funktionen digitaler Multimeter. Für Techniker, die viele Motoren zu betreuen haben, ist dieses Messgerät das ideale Werkzeug für die meisten Prüfungen, die zur Fehlersuche und Wartung von Motoren nötig sind. Wenn Probleme bei einem Motor auftreten, prüfen Sie die Versorgungsspannung und verwenden Sie dann das Ohmmeter, um den Motorwicklungswiderstand Phase für Phase zu messen. Anschließend verwenden Sie die Isolationswiderstandsfunktion des Messgeräts, um die Leitung, die Lastleitungen gegen Erde und die Motorwicklungen gegen Erde zu messen.
Durch die Messung des Isolationswiderstands der Motorwicklungen lassen sich Verschleißerscheinungen aufgrund von Wärme, Alter, Korrosion, Verschmutzung, Feuchte und übermäßigen Schwingungen noch vor einem Ausfall des entsprechenden Motors erkennen. Da sich der Isolationswiderstand durch Temperaturunterschiede und Feuchte ändert, müssen möglicherweise mehrere Widerstandsmessungen über einen bestimmten Zeitraum durchgeführt werden, um ein genaues Ergebnis zu erhalten. Regelmäßige Isolationswiderstandsmessungen ermöglichen eine Aussage über den Zustand des Motors und helfen entscheiden, wann ein Austausch oder eine Neuwicklung erforderlich ist.
4. Elektrische Messung
Stromunsymmetrie ist eine häufige Ursache für das Überhitzen von Motoren. Unsymmetrie kann verschiedene Gründe haben: Probleme in der Energieverteilung, niedrige Spannung in einem Leitungsstrang oder einen Isolationsdurchschlag in den Motorwicklungen. Das Worst-Case-Szenario einer Stromunsymmetrie in einer Phase besteht darin, dass die gesamte Phase verloren geht und die Sicherung durchbrennt.
Um auf eine Stromunsymmetrie zu prüfen, verwenden Sie eine Wechselstrom- Strommesszange, um den Strom an jedem der drei Stränge zu messen. Um die durchschnittliche Stromstärke zu bestimmen, summieren Sie den Strom aller drei Phasen und teilen Sie das Ergebnis durch 3. Anschließend subtrahieren Sie die durchschnittliche Stromstärke vom größten Messwert, um die Stromabweichung zu ermitteln. Verwenden Sie die Formel unten zur Ermittlung der Stromunsymmetrie. Der Wert für die Stromunsymmetrie darf 10 Prozent nicht überschreiten.
(Iu = Stromunsymmetrie in %; Id = Stromabweichung in Ampere; Ia = durchschnittliche Stromstärke in Ampere)
Iu = (Id / Ia)*100
Das beste Messgerät zur Ermittlung eines Phasenverlusts ist eine Strommesszange: ein Strommesswert 0 in einer Phase ist ein klares Anzeichen für einen Leistungsverlust. Eine Spannungsmessung an derselben Phase kann jedoch aufgrund von induziertem Strom aus den zwei verbleibenden Phasen unter Spannung irreführend sein. Ein „Geistspannungs“-Messwert rund um zwei stromführende Schaltungen ist nicht unüblich.
Um zu überprüfen, ob eine Sicherung durchgebrannt ist, nehmen Sie die Sicherung aus der Schaltung heraus und verwenden Sie die Widerstandsfunktion eines Digitalmultimeters oder einer Strommesszange, um die Sicherung zu prüfen. Nachdem die Sicherung aus der Schaltung herausgenommen wurde, stellen Sie am Multimeter oder an der Strommesszange die Ohm-Funktion (Ω) ein. Legen Sie die Messspitzen an jedem Ende der Sicherung an. Bei einer funktionsfähigen Sicherung wird ein sehr niedriger Widerstandswert gemessen (unter 10 Ohm). Bei einer offenen Sicherung wird im Display des Messgeräts „OL“ angezeigt. Prüfen Sie Ihre Messungen immer mehrfach: Viele Techniker wurden in die Irre geführt, weil sie bereits glaubten, die tatsächliche Ursache zu kennen. Messen Sie erst alle Schaltkreiselemente durch, bevor Sie einen Schluss ziehen.
Messungen sind ähnlich wie ein Elefant
Die Zusammenführung der Prüfungen von Temperatur, Schwingung, Isolationswiderstand und von elektrischen Messungen ähnelt ein bisschen dem Gleichnis von den blinden Männern und dem Elefanten. (Je nachdem, an welchem Körperteil die verschiedenen blinden Männer den Elefanten berührten, glaubten sie, dass es sich um unterschiedliche Dinge handelte.) Es ist wichtig, das gesamte betriebliche Bild im Kopf zu haben. Mit vier verschiedenen Prüfungsverfahren, die zusammen verwendet werden, haben Sie nicht nur wahrscheinlich alles verfügbar, was Sie jetzt gerade benötigen, sondern Sie, Ihr Team und Ihre Geräte verfügen über die proaktiven Daten, um in den kommenden Monaten wesentlich effektiver zu arbeiten. Achten Sie darauf, dass diese elektrischen Messungen, Wärmebilder, Isolationswiderstandsmessungen und Schwingungsanalyseergebnisse gespeichert und zugänglich sind, als Referenz für zukünftige Instandhaltungsarbeiten oder für die Fehlersuche. Damit verfügen Sie über einen Ausgangspunkt, um die Zeit für die Durchführung einer Aufgabe deutlich zu verkürzen.
Viele Faktoren fließen in die Entscheidung ein, ob ein Motor repariert oder ausgetauscht werden soll: Reparaturkosten, Kosten des neuen Motors, erwartete Lebensdauer, Verfügbarkeit eines neuen Motors und Wirkungsgrad des vorhandenen Motors. Wenn die Kosten einer Motorreparatur 50 % der Kosten für den Motoraustausch übersteigen, sollte ein neuer Motor erworben werden. Mit Ihren Messdaten können Sie nun die Daten zu Wirkungsgrad und Lebenszyklus der Gleichung liefern.
Vier unverzichtbare Messmethoden für Instandhaltungstechniker in der Mechanik (PDF)