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Einsatz der Thermografie zur Überwachung von Motoren und Getrieben

Bilder zur Verfügung gestellt von der Snell Group

Bei Programmen der vorausschauenden Instandhaltung wird der Anlagenzustand überwacht, mit dem Ziel, Probleme im Voraus zu erkennen und den Ausfall von Anlagen zu verhindern. Ein leistungsstarkes Werkzeug für die Überwachung rotierender Anlagenteile ist die Thermografie.

Wärmebildkameras erfassen wärmebasierte Bilder, bei denen Farbe verwendet wird, um jedes Pixel eines elektronischen Bildes mit einer spezifischen Oberflächentemperatur zu korrelieren. Bei Motoren und Getrieben in mechanischen Antrieben bedeutet Überhitzung häufig den bevorstehenden Ausfall. Ein Wärmebild zeigt sofort, welcher Teil des Motors in welchem Ausmaß überhitzt ist.

  1. Gemäß Standardpraxis werden drei grundlegende Methoden befolgt: Die Betriebstemperaturen ähnlicher Anlagen, die ähnliche Funktionen ausführen, werden regelmäßig verglichen.
  2. Die Betriebstemperatur einer einzelnen Einheit wird mit den Normen des Herstellers verglichen.
  3. Die Betriebstemperatur einer einzelnen Einheit wird mit früheren Bildern der gleichen Einheit verglichen.

Nachfolgend sind ein paar spezifischere Inspektionsrichtlinien aufgeführt.

Motoren

Idealerweise sollte ein Motor geprüft werden, während er mit mindestens 40 % seiner typischen Last läuft. So können Sie Messwerte richtig einschätzen und mit den normalen Betriebsbedingungen vergleichen. Durch Erfassen eines Bilds eines ganzen Motors können Sie die Betriebstemperaturen der Lager sowie die Temperatur und die Temperaturunterschiede auf der ganzen Oberfläche der Einheit bestimmen.

Alle Motoren haben ein normales thermisches Muster. Durch Schulung und Erfahrung mit Motoren und der Thermografie wird ein Thermografieexperte mit den Motorwärmemustern vertraut und weiß, in welchem Verhältnis sie zum Betrieb stehen. Ein erfahrener Thermografieexperte kann Wärmebilder nutzen, um Bedingungen wie unzureichenden Luftstrom, Spannungsunsymmetrie, bevorstehenden Lagerausfall und Verschlechterung der Isolierung im Rotor oder Stator eines Motors zu erkennen. Ein erfahrener Thermografieexperte kann auch eine Fehlausrichtung in einer Wellenkupplung erkennen, die mit dem Motor verbunden ist. Und sogar mit weniger Erfahrung kann man Anomalien in einem Motor erkennen, wenn man diesen mit anderen ähnlichen Motoren unter ähnlichen Lasten vergleicht und dann den Motor mit abweichendem Verhalten zur weiteren Untersuchung kennzeichnet.

Fehlersuche bei Motoren

Wenn die Überhitzung auf eine der folgenden Situationen zurückführbar zu sein scheint, sollte die beschriebene Maßnahme in Erwägung gezogen werden:

  • Unzureichender Luftstrom. Wenn ein kurzes Abschalten möglich ist, ohne wesentliche Prozesse zu beeinträchtigen, sollte der Motor lange genug abgeschaltet werden, um die Luftansauggitter kurz zu reinigen. Unter allen Umständen sollte eine gründliche Motorreinigung bei der nächsten geplanten Betriebsunterbrechung der Anlage eingeplant werden.
  • Spannungsunsymmetrie oder Überlast. Die Ursache für dieses Problem, meist eine hochohmige Verbindung in einer Schaltanlage, einem Trennschalter oder dem Motoranschlusskasten, kann normalerweise mit einer Wärmebilduntersuchung lokalisiert und mit einem Multimeter, einer Strommesszange oder einem Netz- und Stromversorgungsanalysator bestätigt werden.
  • Bevorstehender Lagerausfall. Wenn die Wärmebilder auf ein überhitztes Lager hindeuten, sollte ein Instandhaltungsauftrag erstellt werden, um das Lager auszutauschen oder zu schmieren. Eine Schwingungsanalyse hilft, die beste Vorgehensweise zu bestimmen.
  • Defekte Isolation. Wenn dies ohne allzu große Auswirkungen auf die Produktion möglich ist, sollte die Leistung des Motors in Einklang mit den NEMA-Normen reduziert werden. In jedem Fall sollte ein Arbeitsauftrag zum frühestmöglichen Austausch des Motors erstellt werden.
  • Falsche Ausrichtung der Welle. In den meisten Fällen bestätigt die Schwingungsanalyse eine falsch ausgerichtete Kupplung. Wenn ein Abschalten möglich ist, können Messuhren oder Laser-Wellenausrichtungsgeräte verwendet werden, um die falsche Wellenausrichtung auf der Stelle zu korrigieren.

Getriebe

Das Lebenselixier eines jeden Getriebes ist das Öl darin, das das Getriebe schmiert. Wird das Öl in einem Getriebe zu gering oder verliert es seine Schmierfähigkeit, fällt das Getriebe, nachdem es sich überhitzt hat, letztlich aus. Die vorbeugende Instandhaltung für Getriebe bestand herkömmlicherweise darin, regelmäßig den Ölstand zu prüfen und Öl nachzufüllen. Einige Instandhaltungsabteilungen haben dieses Vorgehen um ein vorausschauendes Element der Getriebewartung in Form von Ölprobennahme und -analyse ergänzt. Die Ölanalyse, in der Regel von einem externen Labor durchgeführt, lässt erkennen, ob das Öl im Getriebe seine Schmierfähigkeit verloren hat und Metallteilchen im Öl vorhanden sind, ein bekanntes Anzeichen für Getriebeverschleiß, das einem möglichen Ausfall vorausgeht.

Diese Maßnahmen der Getriebeinstandhaltung sind zeitaufwändig und teuer, und sie erfordern das Abschalten der Anlage. Außerdem sind Getriebe häufig unzugänglich oder an unsicheren Stellen untergebracht, sodass die Prüfung des Ölstands und die Ölprobennahme schwierig sind. Glücklicherweise bietet die Thermografie einen alternativen Ansatz für die vorbeugende Instandhaltung. Da Getriebe in der Regel überhitzen, bevor sie ausfallen, kann eine Wärmebildkamera sichtbar machen, wenn ein Getriebe heißer als normal läuft und/oder heißer als ähnliche Getriebe, die ähnliche Arbeiten in ähnlichen Umgebungen verrichten.

Da die Thermografie eine berührungslose, zerstörungsfreie Technologie ist, können selbst unzugängliche Getriebe in gefährlichen Bereichen geprüft werden, während sie in Betrieb sind. Erfassen Sie Wärmebilder sowie digitale Sichtbilder aller kritischen Getriebe, die heißer als normal laufen. Suchen Sie auch nach leckenden Dichtungen. Wärmebilder können heißes Öl erkennbar machen, das am Getriebegehäuse hinunter läuft.

Denken Sie daran, dass übermäßige Wärme, die in mechanischen Getrieben erzeugt wird, die Folge von Reibung ist, jedoch auch eine andere Ursache als eine unzureichende Schmierung haben kann. Ursache könnte beispielsweise Reibung sein, die durch defekte Lager, falsche Wellenausrichtung, Unwucht, Fehlanwendung oder einfach normalen Verschleiß ausgelöst wird. Die Thermografie ist ein guter erster Schritt für eine vollständige Analyse des Zustands eines kritischen Getriebes.

Fehlersuche bei Getrieben

Wenn Sie feststellen, dass ein Getriebe überhitzt ist, kann das Wärmebild des Getriebes Hinweise auf die Ursache der anormalen Betriebstemperatur liefern. Wenn beispielsweise eine Ölpumpe ausgefallen ist, sind die Ein- und Austrittstemperaturen gleich. Aber unabhängig von der vermuteten Ursache der Überhitzung kann das Instandhaltungspersonal eine nachfolgende Untersuchung veranlassen, bei der der Ölstand, die Ölqualität und der Gehalt an Metallteilchen im Öl geprüft wird, oder eine akustische Prüfung oder Schwingungsanalyse durchführen.

Allgemein ist es sinnvoll, regelmäßige Inspektionswege einzuführen, in die alle wichtigen Kombinationen von Motor/Antrieb einbezogen werden. Anschließend sollten Wärmebilder aller wichtigen Geräte auf einem Computer gespeichert und die Messwerte mit der zur Wärmebildkamera gehörenden Software über einen längeren Zeitraum verfolgt werden. Auf diese Weise verfügen Sie über Referenzbilder, die zum Vergleich herangezogen werden können und Ihnen helfen, zu ermitteln, ob eine heiße Stelle ungewöhnlich ist oder nicht. Außerdem können Sie nach Reparaturen überprüfen, ob diese erfolgreich waren.