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Condition Monitoring Hochpräzise Sensoren helfen Wartungskosten zu senken

| Autor/ Redakteur: Renate Bay* / Ines Stotz

Condition Monitoring gewinnt immer mehr an Bedeutung. Durch die kontinuierliche Überwachung von Maschinen und Infrastruktur lassen sich Instandhaltungskosten deutlich senken.

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Die hochpräzisen ASC-Sensoren ermöglichen die frühzeitige Erkennung von Schäden im Schienennetz. So lassen sich umfangreiche und teure Bauarbeiten vermeiden.
Die hochpräzisen ASC-Sensoren ermöglichen die frühzeitige Erkennung von Schäden im Schienennetz. So lassen sich umfangreiche und teure Bauarbeiten vermeiden.
(Bild: ©RCP - stock.adobe.com)

ASC fertigt seine Sensoren in Deutschland, einen Großteil davon sogar als maßgeschneiderte Lösungen. Die Auswahl ist vielfältig: Beschleunigungs-, Neigungs- und Drehratensensoren sowie Inertial Measurement Units (IMU. Eine IMU ist eine Sensoreinheit mit sechs Freiheitsgraden und besteht aus drei Beschleunigungs- und drei Drehratensensoren. Sie misst somit zeitgleich Linear- und Winkelgeschwindigkeiten in drei Richtungen.

Die ASC-Sensoren finden in Betriebsfestigkeitsprüfungen und Fahrkomforttests in der Agrarwirtschaft, Automobilindustrie und im Schienenverkehr ebenso Verwendung wie in Strukturanalysen in der Luftfahrtindustrie. Ein besonderer Anwendungsschwerpunkt ist aber das Condition Monitoring, ein Bereich, der für die Kunden immer wichtiger wird. Auf der Suche nach Möglichkeiten zur Effizienz-Steigerung haben sie ein großes Einsparpotenzial bei den Instandhaltungskosten ausgemacht. Hochgenaue Sensoren ermöglichen es, Schäden frühzeitig zu erkennen sowie Ausfallzeiten und teure Reparaturen zu vermeiden.

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ASC-Sensoren können Wartungskosten erheblich reduzieren

Im Bauwesen kommen beim Condition Monitoring insbesondere kapazitive Beschleunigungssensoren und Drehratensensoren (Gyroskope) von ASC zum Einsatz. Sie melden dem Maschinenbetreiber selbst kleinste Abweichungen von der Norm sofort, damit dieser vorbeugende Instandhaltungsmaßnahmen ergreifen kann.

Der ASC OS-115LN (Low Noise) zeichnet sich durch ein hervorragendes Signal-Rausch-Verhältnis aus und ist deshalb prädestiniert für die Messung niedriger Frequenzen und Amplituden. Sein Messbereich liegt bei ±2 bis ±400 g, die Empfindlichkeit beträgt je nach Messbereich 2000 bis 10 mV/g. Einen weiten Frequenzbereich bietet der ASC OS-125MF (Medium Frequency), 0 Hz bis 7 kHz, sodass sich mit diesem Sensor besonders niedrige und mittlere Frequenzen sehr gut messen lassen.

Da die Sensoren zum Beispiel auf Baustellen rauen Umgebungsbedingungen ausgesetzt sind, müssen sie robust sein. Die beiden kapazitiven Beschleunigungssensoren erfüllen diese Anforderungen. Während der OS-115LN Schocks und Vibrationen bis zu einer Stärke von 4000 g standhält, können dem OS-125MF selbst Stöße bis 6000 g nichts anhaben. Beide sind zudem hermetisch versiegelt und damit gegen eindringenden Staub und Feuchtigkeit geschützt.

Sensoren erkennen selbst kleinste Unregelmäßigkeiten

Die kapazitiven Beschleunigungssensoren überwachen unter anderem die Funktionalität von sogenannten Tiefenrüttlern, die für Baugrunduntersuchungen und -verdichtungen eingesetzt werden. Da sich die Schwingungen am Rüttler im Normalbetrieb immer in einer bestimmten Bandbreite bewegen, sind Veränderungen ihrer Frequenz und Amplitude ein Indiz für mögliche Schäden an der Anlage. Um sie rechtzeitig erkennen zu können, setzt ein Hersteller der Maschinen einen kundenspezifisch modifizierten Beschleunigungssensor der Ausführung ASC OS-115LN ein. Er misst die am Rüttler-Mast auftretenden Schwingungen und macht auch geringste Abweichungen sofort sichtbar. Die vom Sensor gemessenen Werte werden dann mit einem Datenerfassungsgerät ausgewertet und analysiert. Der Anlagenbetreiber kann so Wartungsarbeiten oder kleinere Reparaturen vornehmen, bevor die Funktionsfähigkeit des Rüttlers beeinträchtigt wird.

Überwachung des Schienennetzes hilft, Verspätungen zu reduzieren

Im Schienenverkehr leisten die Beschleunigungs- und Drehratensensoren ebenfalls wertvolle Dienste. Sie werden zur kontinuierlichen Zustandsüberwachung des Streckennetzes an Fernverkehrszüge montiert. Während der fahrplanmäßigen Fahrten messen sie vor allem die Längshöhe des Oberbaus, der aus Schienen, Schwelle und Schotter besteht. Dessen Zustand verändert sich durch Umwelteinflüsse ständig und muss regelmäßig kontrolliert werden, da Abweichungen einen starken Einfluss auf die Betriebsqualität haben. Fehler in der Geometrie des Bahnkörpers führen zu Streckensperrungen bzw. zur Einrichtung von Langsamfahrstellen und verursachen so Verspätungen im Zugverkehr. Zur Erfassung der Gleisgeometriedaten wird auch der uniaxiale Drehratensensor ASC 271 eingesetzt. Eine Besonderheit dieses Sensors ist die ausgezeichnete Bias-Instabilität von 0.02°/s/√Hz und ein niedriger Angle Random Walk von 0.2°/√Hz.

Exakte Messungen mit ASC-Sensoren machen es möglich, kleinste Schäden am Oberbau frühzeitig zu erkennen. Auf diese Weise werden die Instandhaltungskosten gesenkt und die Unannehmlichkeiten für die Fahrgäste reduziert. Zum Einsatz kommt neben zwei kundenspezifischen Ausführungen des Beschleunigungssensors ASC OS-115LN auch der piezoelektrische Sensor ASC P401A15. Die hochfrequenten IEPE-Sensoren (Integrated Electronics Piezo Electric) zeichnen sich durch Robustheit, hochgradige Stoßfestigkeit sowie eine hermetische Versiegelung aus. Sie verfügen über einen weiten Frequenzbereich von 0.5 Hz bis 15 kHz und einen Messbereich von ±50, ±100 und ±500 g. Ihre hohe Stoßfestigkeit von bis zu 5.000 gpk ist für den Einsatz im Schienenverkehr mit seinen hohen Schockbelastungen von Vorteil. Der ASC P401A15 punktet auch mit seinem weiten Temperaturbereich von -55 bis 150 °C, denn die Temperaturen können an den Messpunkten der Züge zwischen ca. -30 und 70 °C variieren.

Sicherheit für die längste Seebrücke der Welt

ASC-Sensoren überwachen aber nicht nur Baumaschinen oder Schienennetze, sondern im Rahmen des sogenannten Structural Health Monitoring auch Bauwerke. An der neuen Hong Kong-Zhuhai-Macau-Brücke unterstützen beispielsweise Stromsignalsensoren der ASC CS-Serie die Behörden dabei, die Auswirkungen eines Schiffsaufpralls an den Pfeilern zu erkennen und die umfassenden dynamischen Eigenschaften der Brückenstruktur zu bestimmen. Die längste Seebrücke der Welt durchquert auf einer Länge von rund 55 km eine stark befahrene Wasserstraße und muss daher besonders gegen Kollisionen mit Tankern geschützt werden. Im Sommer 2017 kam vom Brückenbetreiber der Auftrag für triaxiale kapazitive Beschleunigungssensoren vom Typ ASC CS-1611LN, die jeweils seitlich in den Köpfen der Brückenpfeiler installiert wurden. Die Sensoren haben einen Messbereich von ±5 g, eine Empfindlichkeit von 4 bis 0,16 mV/g und einen Stromsignalausgang von 4-20 mA. Die Wahl fiel auf diese Baureihe, weil die Sensoren auch bei großen Kabellängen, wie sie bei Brücken üblich sind, eine verlustfreie Signalübertragung garantieren.

BUCHTIPPDas Buch „Industriesensorik“ beschreibt die Entwicklung und die praktische Anwendung der wichtigsten Sensoren. Durch anwendungsbezogene Fehleranalysen von Messsystemen, Sensoren und Sensorsystemen, jeweils ergänzt durch viele detaillierte, vollständig durchgerechnete Anwendungsbeispiele, eignet sich das Buch nicht nur für Studenten, sondern auch für Ingenieure und Techniker verschiedener Fachrichtungen.

Qualität „Made in Germany“ bietet viele Vorteile

Namhafte Kunden aus Automobil, Schienenverkehr, Agrarwirtschaft, Bauwesen und Industrie setzen auf die hochpräzisen Sensoren von ASC. Das hängt unter anderem mit den ausgezeichneten Parametern der Sensoren sowie der lösungsorientierten Beratung und der kundenspezifischen Fertigung zusammen.

Die Ingenieure verfügen über ein umfassendes Know-how und können Kunden deshalb technologieübergreifend beraten. Dabei berücksichtigen sie sowohl den Einsatz und die Anwendung der Sensoren als auch deren technische Parameter. Für seine Kunden – Test- und Messingenieure aus verschiedensten Schlüsselindustrien – modifiziert ASC zudem seine Sensoren. Dabei arbeitet das Unternehmen eng mit den Anwendern zusammen, um die Sensoren exakt auf deren Anforderungen abstimmen zu können. Dieser besonderen Partnerschaft ist es zu verdanken, dass ASC heute eines der weltweit breitesten Sortimente an kapazitiven Beschleunigungssensoren anbieten kann.

* Renate Bay, Geschäftsführende Gesellschafterin, ASC GmbH

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