Aktuelles aus dem AZT

  • Bei einem stationären Dieselmotor kam es nach 180 Betriebsstunden zum Bruch eines Ventils. Die herkömmlichen Laboranalysen im Rasterelektronen- und Lichtmikroskop wiesen auf eine erhöhte Biegebelastung des Ventils als Grund für die Rissinitiierung hin.

    Die Vermutung lag nahe, dass diese erhöhte Biegebelastung dadurch verursacht wurde, dass Führung und Sitz am Ventilkopf nicht zusammen passten. Ein Beleg für diese Vermutung konnte durch den Einsatz des HandySCANs 3D erbracht werden. Dazu wurde die Geometrie des Ventilkopfes gescannt.

    Anhand der gescannten Geometrie wurde festgestellt, dass die Achse des Kegelsitzes um 5° zur Führung verschoben ist. Dadurch kommt es zu einem einseitigen Aufsitzen des Ventils am Kegelsitz (siehe das grün markierte Segment im Foto unten rechts)

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    Die Technik der Zerstörungsfreien Prüfungen (ZfP) befindet sich im stetigen Wandel. Bewährte Prüfverfahren werden weiter entwickelt und durch neue, innovative Prüfverfahren ergänzt. Zusammen mit unserem akkreditierten Kooperationslabor können durch das AZT CT- Untersuchungen durchgeführt werden. Innere Strukturen der zu untersuchenden Bauteile können mittels CT zerstörungsfrei 3-dimensional dargestellt werden.

    Bei der Schadensanalyse liefert das CT wertvolle Hinweise auf Lage, Orientierung und Geometrie möglicher Schadstellen oder Unregelmäßigkeiten. Hieraus ergeben sich häufig bereits Hinweise zur Schadensursache bzw. Schadensentstehung. Die genaue Kenntnis der Fehlerlage erlaubt, zur Vorbereitung der weiteren Untersuchungen, eine gezielte Präparation des zu untersuchenden Bauteils.

     

     

    CT kann natürlich auch zur Qualitätssicherung eingesetzt werden. CT erlaubt einen zerstörungsfreien Blick in das Bauteil und kann somit zum Nachweis möglicher innerer Unregelmäßigkeiten eingesetzt werden. Insbesondere bei innovativen Fertigungsverfahre, wie z.B. additiver Fertigung (3D- Druck), ist die CT ein wertvolles Werkzeug zur Validierung des Fertigungsprozesses und zur anschließenden produktionsbegleitenden Qualitätssicherung

     

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    In vielen Fällen von Industrieschäden sind detaillierte Laboruntersuchungen ein wichtiger Schritt, um die zugrundliegende Ursache zu ermitteln und die Schadensregulierung sowie die Wiederinbetriebnahme der ausgefallenen Maschinen zu erleichtern. Die am AZT praktizierte traditionelle Art der Laboruntersuchungen besteht darin, dass der verantwortliche Gerätespezialist und der beauftragte Ingenieur die Untersuchungen gemeinsam durchführen, insbesondere wenn es sich um Rasterelektronenmikroskopie oder Lichtmikroskopie handelt. Die Analysen werden also auf die Gespräche zwischen Bediener und Ingenieur konzentriert durchgeführt. Im Hinblick auf eine bessere Zugänglichkeit ohne persönliche Anwesenheit hat das AZT im vergangenen Jahr den "Remote Lab Access" entwickelt und eingeführt.

     

    In der aktuellen Situation hilft der Fernzugriff dem AZT, die Sicherheitsbestimmungen hinsichtlich eingeschränkter persönlicher Kontakte und Reisebeschränkungen zu erfüllen. AZT-Ingenieure können an verschiedenen Analysen teilnehmen und im Live-Modus Diskussionen mit den Bedienern führen.

     

    Natürlich kann "Remote Lab Access" auch für Kunden zur Verfügung gestellt werden, nicht nur in der aktuellen Situation, sondern auch nach der Corona-Krise, so dass diese nicht unbedingt ins Labor reisen und dort für einige Tage bleiben müssen, um die Untersuchungen zu verfolgen.

     

     

     

    Autor:  Daniel Aschoff

     

    Kontakt: Johannes Stoiber, Stefan Thumm   

     

     



  • Das AZT setzt den Handyscan3D (der Fa. Creaform) ein, um Objekte mit einer Genauigkeit von 0,1mm dreidimensional zu digitalisieren. Die generierten Modelle können dann bei FEM-Analysen eingesetzt werden oder zum Geometrievergleich gescannter Objekte untereinander bzw. mit Referenzen-Modellen.  Hierbei werden wichtige Ergebnisse für Schadenursachenanalysen gewonnen.


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    • Beim Industrieversicherungs-Kongress „AGCS Expert Days 2019“ diskutierten Fachleute über die Chancen und Risiken von vorausschauender Instandhaltung
    • Analysen der Allianz Global Corporate & Specialty zeigten: Predictive Maintenance-Systeme helfen  Schadensfälle an Industrieanlagen zu verhindern. Ein Garant zur Vermeidung von Maximalschaden-Ereignissen sind sie jedoch nicht.
    • Ausfälle oder Funktionsstörungen durch missinterpretierte Daten oder unzureichende Datenqualität  als neue Risiken. 
       

    München – 29. Oktober 2019 – Im Zuge der industriellen Vernetzung (Industrie 4.0) hält die vorausschauende Instandhaltung (predictive maintenance) in vielen Fabriken und Industrieanlagen Einzug. Im Optimalfall lassen sich dadurch Störungen vorhersagen und Instandhaltungs-/Reparaturarbeiten einleiten, bevor es zu Ausfällen kommt. „Die vorausschauende Instandhaltung wird helfen, die vielen kleineren Sachschäden an Maschinen zu vermindern, doch sie ist kein Garant gegen Großschäden und schafft ihre eigenen Risiken“, erklärte Hartmut Mai, Vorstand der Allianz Global Corporate & Specialty (AGCS) auf den AGCS Expert Days, einer Ingenieurstagung des Industrieversicherers in München. 

    Anomalien automatisch erkennen

    Predictive Maintenance zählt zu den großen neuen Technologien der Industrie 4.0 – vorausschauende Datenanalysen und Automatisierung sind laut dem AGCS Trend Compass eine der wichtigsten Zukunftstechnologien über alle Industriebrachen hinweg. Maschinen und Anlagen werden dabei mit Hilfe von Sensoren proaktiv gewartet, um Ausfallzeiten niedrig zu halten. Der Hauptunterschied zur „Condition-based Maintenance“, bei der die Instandhaltung auf Basis des Komponentenzustands durchgeführt wird, ist die Fähigkeit, die Lebensdauer von Maschinenteilen mit Hilfe von regelbasierten Modellen, Simulationen und künstlichen neuronalen Netzen vorherzusagen. Es werden dazu über Sensoren große Mengen an Daten erfasst, gespeichert und analysiert. Das Predictive-Maintenance-System soll Anomalien in den Maschinendaten automatisch erkennen und interpretieren. Im Optimalfall lassen sich dadurch Störungen vorhersagen, bevor es zu negativen Auswirkungen oder gar Ausfällen kommt. 

    Folgeschäden vermeiden

    In einer Analyse hat sich das Allianz Zentrum für Technik (AZT) der AGCS fundiert mit der vorrausschauenden Instandhaltung beschäftigt – und erste konkrete Auswirkungen auf Chancen und Risiken eruiert: So können Predictive Maintenance-Systeme dazu beitragen, technische Risiken zu verändern und Schadensfälle zu verhindern. „Konkret kann etwa durch die korrekte Interpretation von Schwingungsmerkmalen ein allmählich wachsender Riss in einer Welle erkannt werden und durch rechtzeitige Abstellung ein gefährlicher Wellenbruch mit umfangreichen Folgeschäden vermieden werden“, nennt AZT-Ingenieur Thomas Gellermann als Beispiel. 

    Beispiel eines über ein Jahr aufgetretenen Schwingungstrend infolge eines langsam wachsenden Wellenrisses einer Turbinenwelle. Durch die rechtzeitige Abstellung konnte ein katastrophaler Berstschaden verhindert werden.

    Ausmaß von Betriebsunterbrechungen reduzieren

    Auch das Risiko und Ausmaß von Betriebsunterbrechungen, laut Allianz Risk Barometer das größte Unternehmensrisiko für Unternehmen weltweit, könne durch Predictive Maintenance reduziert werden, wenn bestimmte Fehlerarten rechtzeitig erkannt und frühzeitig ein Austausch ohne Beeinträchtigung der Anlagenverfügbarkeit geplant würden. „Vor allem bei Maschinen und Anlagen, für die der Hersteller keine planmäßigen Überholungen bzw. Revisionen vorgesehen hat und die Ausfallursachen und Wirkmechanismen weitestgehend bekannt sind, kann die vorausschauende Instandhaltung Störungszeiten minimieren und folglich Kosten sparen. Windturbinen sind ein gutes Beispiel dafür“, erklärt Gellermann 

    Spontanereignisse nicht verhinderbar

    Die Untersuchung des AZT zeigt aber auch, dass beim Einsatz von Predictive Maintenance einige Risiken unverändert bleiben – und sogar neue Risiken entstehen können. Vor allem mögliche Spontanereignisse sind trotz der neuen Technologie nicht verhinderbar, wenn keine messbaren Effekte im Vorfeld erkennbar sind: Das Bersten der Niederdruckturbinenwelle im Kraftwerk Irsching am Silvestertag 1987, bis heute einer der größten metallischen Brüche weltweit, wäre auch mit Predictive Maintenance nicht verhinderbar gewesen, da das auslösende Teil nicht überwacht wurde. „Auch Maximalschaden-Ereignisse können aufgrund der modernen Instandhaltungsmethode nicht ausgeschlossen werden“, erklärt Gellermann. Darüber hinaus könnten – wenn sich durch die neue Instandhaltungsform Revisionszyklen verlängern – Verschleiß und Störungen an unüberwachten Maschinenteilen nicht frühzeitig erkannt werden. 

    Spontanereignisse, wie dieses Beispiel eines Gewaltbruchs einer Turbinenwelle, sind durch Predidictive Maintenance nicht verhinderbar

    Cyberrisiken

    Ein weiteres Risiko der Predictive Maintenance-Systeme besteht in der Qualität der ermittelten Daten. Sie sind gleichermaßen anfällig für Ausfälle oder Funktionsstörungen oder könnten durch Cyberangriffe oder Sabotageakte manipuliert werden. Dadurch könnten Daten missinterpretiert oder möglicherweise schädliche Steuerungsbefehle initiiert werden. 

    Chancen und Risiken bewerten

    „Als einer der weltweit führenden Industrieversicherer wollen wir  bei der Etablierung von Predictive Maintenance Methoden mitspielen. Wir sind überzeugt, dass diese neue technologiebasierte Form der Instandhaltung über kurz oder lang mehr Verbreitung in Unternehmen finden wird. Aufgrund der Komplexität von Maschinenanlagen und der Fehlermechanismen wird aber auch in Zukunft die Instandhaltung nicht ausschließlich nach dem vorrausschauenden Modell erfolgen können, sondern es werden auch weiterhin Instandhaltungsmaßnahmen in festen Zeitintervallen notwendig sein. 

    Individuelle Beurteilung möglicher Auswirkungen von Predictive Maintenance auf Risiken (BI-Business Interruption: PML-Possible Maximum Loss)

     

    Zugleich will die AGCS für die neuen Risiken sensibilisieren. „Die Industrie und Versicherer müssen sich mit den Chancen und Risiken der Instandhaltungstechnologien intensiv auseinandersetzen – und eng mit technischen Anbietern kooperieren“, sagt Thomas Meschede, Head of Allianz Risk Consulting in Central- und Osteuropa. Die Bewertung des Risikos darf auch unter Berücksichtigung von Predictive Maintenance nicht pauschal getroffen werden, sondern bedarf je nach Anwendungsfall, Optimierungsziel und Ausführung der fachkundigen Begutachtung eines Experten. Wichtig ist dabei, kritische und bewährte Prinzipien, die dem Schutz der Anlage dienen, nicht über Bord zu werfen, wie zum Beispiel die Trennung der Predictive Maintenance Systeme von den bekannten Schutzfunktionen der Anlage.

  • Am 13.02.2020 hielt Thomas Gellermann für den Verein Deutscher Ingenieure (VDI) ein Live-Webinar mit dem Titel „Brauchen Windturbinen Schwingungsüberwachung und Condition Monitoring?“

    Windenergieanlagen leisten einen wesentlichen Beitrag zur regenerativen Stromerzeugung. Durch Kapazitätssteigerungen der Anlagen und Kostensenkungen in der Herstellung ist langfristig ein weiterer Ausbau der Windenergie national, wie international, zu erwarten. Zunehmende Bedeutung für die Wirtschaftlichkeit der technisch anspruchsvollen Anlagen besitzt die detaillierte Kenntnis des Anlagenzustands als Basis für eine intelligente Instandhaltung. Zu diesem Zweck haben sich seit einiger Zeit schwingungsbasierte Condition Monitoring Systeme (CMS) als Standard etabliert. Diese liefern wichtige Informationen für die zustandsorientierte und auch vorausschauende Instandhaltung (Predictive Maintenance). Die Systeme können aber auch wichtige Informationen über das Betriebsverhalten und mögliche schädliche Schwingungszustände liefern. Dies ist die Aufgabe der Schwingungsüberwachung, mit der anhand von standardisierten Beurteilungsgrößen Windturbinen mit auffälligem Verhalten im Vergleich zu genormten Richtwerten oder der Anlagenflotte identifiziert werden können.

    Im Webinar stellte Thomas Gellermann standartisierte Beurteilungsgrößen für die Schwingungsüberwachung als Ergänzung zum Condition Monitoring und dessen Nutzen vor. In einer Live-Umfang entschieden sich 95 % der Webinar-Teilnehmer dafür, dass die möglichen Synergien aus der Nutzung von CMS und Schwingungsüberwachung sinnvoll sind. (Link zu den Folien des Webinars)


    Hintergrund

    Das Allianz Zentrum für Technik engagiert sich bereits seit fast 20 Jahren für die Verbreitung und Nutzung der schwingungsbasierten Zustandsüberwachung an Windturbinen. Diese Systeme tragen dazu bei, die Zuverlässigkeit der Anlagen zu erhöhen und Schäden zu vermindern. Aus diesem Grund verlangt auch der DNV GL den Einsatz von Condition Monitoring Systemen (CMS) seit einigen Jahren als Voraussetzung für die Typenzertifizierung von Offshore Windturbinen und bezieht sich in der Zertifizierungsrichtlinie auf die vom AZT erarbeiteten technischen Anforderungen.

    Bei Onshore Windenergieanlagen gibt es dagegen noch keine Verpflichtung zum Condition Monitoring. Daher werden die Systeme, trotz der kontinuierlich größer und leistungsstärker werdenden Anlagen nur optional auf Kundenwunsch installiert. Laut Thomas Gellermann ist dies Sparen am falschen Ende. Betreiber, die die Instandhaltung der Anlagen selbst managen, setzen seiner Erfahrung nach seit Jahren mehrheitlich auf den Einsatz von CMS. Während sich bei Anlagen, die über Vollserviceverträge instandgehalten werden, die schwingungsbasierte Zustandsüberwachung noch weniger verbreitet hat.

    Studien zeigen, dass sich die Folgekosten bei einem großen Teil der auftretenden Triebstrangschäden durch eine frühzeitige Erkennung reduzieren lassen und dabei auch die Versicherung profitieren kann. Bei Turbosätze in Industrie- und Kraftwerksanlagen, auch im ähnlichen Leistungsbereich wie Windturbinen, zählt Schwingungsüberwachung seit vielen Jahren zum Standard. Windenergieanlagen werden dagegen nur ein bis zweimal im Jahr und ausschließlich im Stillstand betreten. Daher ist es umso mehr unverständlich, dass bei Onshore-Anlagen das Condition Monitoring und die Schwingungsüberwachung noch keine Anforderung sind. 

    Das AZT bringt seine umfangreichen Schadenerfahrungen nicht nur innerhalb der Allianz ein (projektbezogen oder als Lessons Learned), sondern gibt sein Wissen zur Schadenprävention auch über Konferenzen, Kundenveranstaltungen und andere Foren, wie z.B. diesem VDI-Webinar, in die Branche weiter.



  • Einen Bericht von den EXPERT DAYS 2019 finden Sie hier.