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Lebensmittel-, Nahrungsmittel-, Genussmittel-, Getränkeindustrie, Edelstahl, Norm, Zulassung

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ifm10315Anwenderbericht

Um Stillstandzeiten durch ungeplante Maschinenausfälle zu vermeiden, setzt Hassia-Mineralquellen in der Flaschenabfüllung auf permanente elektronische Schwingungsdiagnose von IFM Electronic. Die Investition hat sich schon in der Pilotphase gelohnt: Ein sich anbahnender Schaden an einem Antrieb wurde rechtzeitig erkannt und konnte behoben werden. Es gab keinen ungeplanten Anlagenstillstand.




Permanente Schwingungsdiagnose in der Mineralwasser-Abfüllung

ifm20315Mit einem Jahresabsatz von rund 765 Millionen Litern ist Hassia-Gruppe einer der größten Mineralbrunnen Deutschlands, der mit unterschiedlichen Unternehmenstöchtern und Marken Mineralwässer und alkoholfreie Erfrischungsgetränke in den oberen Preisklassen anbietet. Allein im Stammwerkwerk im hessischen Bad Vilbel laufen sechs Abfüllanlagen parallel im Dreischicht-Betrieb.

Leistungsstarke Antriebe transportieren hier die Flaschen über hunderte Meter durch die einzelnen Stationen – vom Rinser, Füller, Verschließer über die Etikettierung bis zur Abfertigung. Beim Übergang der Flaschen von einem Transportband auf das nächste sowie beim Anstoßen der Flaschen mit der Führungsschiene und untereinander entstehen punktuelle Stoßbelastungen, die sich letztendlich über hunderte von Flaschen zu starken, unregelmäßigen Vibrationen am Antrieb aufaddieren. Die Lager am Getriebe und Motor müssen deshalb überwacht werden, um die Verschleißgrenze rechtzeitig voraussagen und eine Wartung durchführen zu können.

Mechanische Schwingungsdiagnose

ifm30315Eine weitverbreitete Methode, das Schwingungsverhalten zu überwachen, ist das manuelle akustische Abhören mittels Stethoskop. Gerhard Simon, Instandhaltungsleiter bei Hassia-Mineralquellen, erzählt: „Früher haben wir die Anlage manuell überwacht. Eine Person wurde zur Maschine geschickt und hat den Motor abgehört – ein rein subjektives Empfinden. Drei Personen, die mit einem Stethoskop einen Antrieb, Motor oder Getriebe abhören, empfinden jeweils etwas komplett Unterschiedliches.

Dieses manuelle Abhören hat zudem einen entscheidenden Nachteil: Bei dreimaligem Abhören hat man nie die gleichen Betriebszustände. „Ich muss die Maschine im Drehen abhören, kann das aber zum Beispiel im Füller-Rinser-Bereich aus mikrobiologischen Gesichtspunkten nicht während des Abfüllbetriebs tun.

ifm40315Da man diesen Reinraum während des Abfüllens nicht betreten kann, ist dieser Vorgang nur am Wochenende möglich bzw. sobald nicht abgefüllt wird. Jedoch ergibt sich im Leerlaufbetrieb ein anderes Schwingungsverhalten. Und es gibt Bereiche, zum Beispiel am Entettikettierer, wo Kardanwellen laufen. Dort sind die Motoren und Getriebe eng verbaut und laufenden Betrieb nicht zugänglich“, beschreibt Gerhard Simon, Instandhaltungsleiter bei Hassia-Mineralquellen in Bad Vilbel die Situation.

Elektronische Schwingungsdiagnose

Eine andere Lösung zur Maschinendiagnose ist gefordert. Der Automatisierungs- und Sensorikspezialist IFM Electronic bietet unter der Bezeichnung „Efector 800“ solche Schwingungsdiagnosesysteme an. Gerhard Simon: „Wir haben uns dafür entschieden, an einer unserer PET-Mehrweganlagen, die ersten Versuche mit der elektronischen Schwingungsdiagnose durchzuführen. Einige Maschinen wie die Spiragrip, die Flaschenreinigungsmaschine, Entettiketiermaschine, Abschrauber sowie der Füller-Rinser-Bereich wurden mit den Sensoren ausgestattet.“

ifm50315Das System besteht zum einen aus Schwingungssensoren vom Typ VSA001 und zum anderen aus Auswerteeinheiten vom Typ VSE100. Die zylindrischen Sensoren werden mittels Bohrungen direkt in den Motor oder Getriebeblock verschraubt. Sie erfassen kontinuierlich die Vibrationen an nicht-rotierenden Maschinenoberflächen. Sie arbeiten mit kapazitivem Messprinzip und sind durch ihren speziellen mikromechanischen Aufbau (MEMS) frei von Sättigung und triboelektrischen Störeinflüssen. Ein integrierter Selbsttest bietet zusätzliche Sicherheit.

Die Auswerteeinheit Typ VSE überwacht bis zu 32 Schwingungsindikatoren (Objekte) an bis zu 4 unterschiedlichen Messpunkten, an denen ein Schwingungsaufnehmer vom Typ VSA angebracht ist. Über Schaltausgänge lassen sich Voralarm und Hauptalarm ausgeben und – wie hier bei Hassia – per Leuchtmelder signalisieren. Per Ethernet TCP/IP kommuniziert die Auswerteeinheit beispielsweise mit der Maschinensteuerung oder der Leitebene.

Gerhard Simon: „Mit meinem wertefreien System kann ich hier Grenzwerte definieren und beispielsweise entscheiden: Ok, das ist mein Level, den will ich nicht überschreiten, hier muss ich einschreiten und mechanisch etwas verbessern wie durch Schmierung oder den Austausch von Bauelementen. Vorher war das nicht möglich.“

Bewährungsprobe bestanden

ifm60315Schon kurze Zeit nach der Installation hat die Schwingungsdiagnose ihre erste Bewährungsprobe bestanden. „Bereits nach wenigen Wochen hatten wir erste Erfolge, als durch die Schwingungsdiagnose ein sich anbahnender Anlagenstillstand durch eine mechanische Störgröße erkannt wurde. Wir konnten rechtzeitig reparieren und so den Anlagenausfall verhindern“, freut sich der Instandhaltungsleiter.

Die gelben Leuchtmelder gaben Voralarm. Dann haben die Mitarbeiter die Maschine an einem Wochenende genau inspiziert und festgestellt, dass an einem Transferstern, an dem die Flaschen vom Rinser zum Füller übergeben werden, eine Lagerstelle erhöhtes Spiel aufweist. Zudem erkannten sie, dass die den Rinser und der Verschließerblock antreibende Kardanwelle unrund läuft und damit Schwingungen im Gesamtsystem verursacht. Diese Störquellen wurden bei einem geplanten Stillstand ausgeschalten und so ein ungeplanter Stopp während der Produktion verhindert. Dieser hätte in einem 3-Schicht-Betrieb fatale Folgen gehabt und immense Kosten nach sich gezogen hätte..

Rundumschutz im Fokus

ifm70315Neben der Vor-Ort-Anzeige des Schwingungszustands mittels Leuchtmelder lässt sich die Auswerteeinheit per Ethernet TCP/IP auch mit dem Leitstand vernetzen. Hier plant Hassia einen weiteren Ausbau seiner Anlage. Instandhaltungsleiter Simon: „Momentan ist eine Anlage vernetzt auf den Arbeitsplatz eines Mitarbeiters. Wir werden das sukzessive ausbauen. Die anderen drei Anlagen werden momentan noch vom Bedienpersonal überwacht, die der Instandhaltung Meldung erstatten, wenn ein gelber Voralarm oder ein roter Hauptalarm auf den Leuchtmeldern angezeigt wird. Dann können wir rechtzeitig reagieren. Künftig möchten wir den Zustand unserer Anlagen online verfolgen können.“ Bislang werden vier Maschinen in einer Pilotanlage überwacht. In Zukunft soll die gesamte Anlage mittels Schwingungsdiagnose überwacht und dokumentiert werden. Simon hat noch viele weitere Ideen für das System: „Wir haben noch unzählige Pumpen in solchen Anlagen, die überwachungswürdig sind und viele Nebenstellen sowie Nebenantriebe.“

Vorreiter gelobt

Die Entscheidung, die Prozesssicherheit mittels permanenter Schwingungsdiagnose abzusichern, wurde beim jährlich stattfindenden IFS (International Featured Standards)-Audit, einer in der Lebensmittelbrache üblichen Zertifizierung, besonders gewürdigt. Gerhard Simon: „Wir sind in der Getränkeindustrie wohl der erste Abfüllbetrieb, der angefangen hat, mit der IFM-Schwingungsdiagnose zu arbeiten. Im Abschlussbericht wurde lobend erwähnt, dass wir in der Instandhaltung mittlerweile anfangen, mit solchen Systemen die Anlage zu überwachen, was sich natürlich auch auf die Produktsicherheit auswirkt.“

ifm80315Bei einem Stillstand in einer Anlage muss diese leergefahren werden. Dieses Leerfahren wird notwendig, um eine Verkeimung der gereinigten Flaschen, die im Reparaturfall auf den Bändern stehen oder eine Verkeimung im Reinraum, sollte in diesem gearbeitet werden, zu vermeiden. So kann aus einer Reparatur, die an sich nur 30 Minuten dauert, ein ungeplanter Stillstand von bis zu 2 Stunden entstehen. Der Verschleiß von Maschinenteilen lässt sich nicht verhindern. Doch mit der permanenten Schwingungsdiagnose werden Schäden zuverlässig und rechtzeitig erkannt. Die Instandhaltung wird planbar. Mit vergleichsweise geringer Investition lassen sich teure Anlagenausfälle verhindern, was sich letztendlich auch positiv auf die Produktqualität auswirkt.
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