Condition Monitoring Systeme

veröffentlicht am 27.06.2015

Condition Monitoring Systeme - Darum sind Sie so wichtig!

Dank der permanenten Zustandsüberwachung von Windkraftanlagen durch Condition Monitoring Systeme lassen sich Störungen und Defekte im Vorfeld erkennen und dadurch Stillstandzeiten halbieren. Warum Condition Monitoring so wichtig ist, welche Vorteile es bietet und wie Sie den richtigen Anbieter dafür finden, erfahren sie hier.

Welche Vorteile bieten Condition Monitoring Systeme? 

In vielen Industrien, zum Beispiel in Zementwerken, Tagebauen und Minen sowie in der Kraftwerkstechnik sind Condition Monitoring Systeme bereits seit langem erfolgreich im Einsatz. Wie bei Windenergieanlagen kommt es auch hier voll und ganz auf die maximale Verfügbarkeit der Maschinen an, weshalb Condition Monitoring längst zur Standardausstattung gehört. Anders sieht es bislang im Bereich der Windkraft aus. So werden nach Angaben des VDI Zentrum Ressourceneffizienz lediglich rund 35.000 aller weltweit installierten Windenergieanlagen durch Condition Monitoring Systeme überwacht. Eine geringe Zahl, wenn man bedenkt, dass 2015 allein in Deutschland mehr als 25.000 Anlagen in Betrieb sind. 

Warum ist Condition Monitoring so sinnvoll? 

Wenn von Condition Monitoring Systemen für Windkraftanlagen und Windparks die Rede ist, wird in der Regel die Schwingungs- und Körperschallmessung an den Anlagenkomponenten gemeint, während zugleich wichtige Betriebsparameter wie etwa Drehzahl, Leistung sowie Lager- und Öltemperaturen erfasst werden. Schadensstatistiken zufolge macht die Überwachung an diesen Punkten besonders Sinn, denn der Großteil der Schäden an Windkraftanlagen - insgesamt etwa zwei Drittel der ermittelten Mängel und Defekte - entsteht erfahrungsgemäß an den Triebstrangkomponenten. Auch die Statistiken der Versicherer bestätigen diese Zahl. Mit Blick auf die Instandhaltung von Windkraftanlagen und die damit verbundenen Kosten, ist natürlich eine rechtzeitige Erkennung von Schäden anzustreben. Condition Monitoring Systeme sind hierbei die mit Abstand effektivste Lösung, denn erst anhand der von ihnen ermittelten Daten und Betriebsparameter kann eine sinnvolle Instandhaltungsstrategie erarbeitet werden, die wertvolle Zeit und Kosten spart. 

Wie sieht eine Strategie zur Instandhaltung aus? 

Gemäß DIN 31051 umfasst die Instandhaltung sämtliche Maßnahmen, die zur „Bewahrung und Wiederherstellung des Soll-Zustandes sowie zur Feststellung und Beurteilung des Ist-Zustandes von technischen Mitteln eines Systems“ dienen. Dies ist ganz im Sinne des Condition Monitorings, was besonders deutlich wird, wenn man die seitens der DIN 31051 vorgenommene Untergliederung dieser Maßnahmen in Grundmaßnahmen betrachtet: 

  • Wartung
  • Inspektion
  • Instandsetzung
  • Beseitigung von Schwachstellen bzw. Verbesserung 

Die Grundmaßnahme der Wartung dient der Reduzierung des Verschleißes und der Geschwindigkeit, in der Abnutzungen und Schädigungen entstehen und fortwähren. Bei der Inspektion wird hingegen der Ist-Zustand der Windenergieanlagen und Komponenten sowie deren Bauteile ermittelt. Im Fokus steht hier der Grad der Abnutzung. Darauf basierend werden anschließend entsprechende Maßnahmen und Konsequenzen abgeleitet, welche die weitere Nutzung der Anlage bestimmen. Im Rahmen der Instandsetzung erfolgt die Beseitigung der aufgetretenen Schäden. Dies hat zum Ziel, die Anlage in einen Zustand zu versetzen, welcher dem Neuzustand gleichkommt. Schwachstellenbeseitigungen und Verbesserungsmaßnahmen dienen der Steigerung der Funktionssicherheit, wozu sämtliche technischen und administrativen Maßnahmen kombiniert werden. 

Dringt man nun noch eine Ebene tiefer ein, lassen sich die Instandhaltungsstrategien in zwei Hauptgruppen mit weiteren Untergruppen unterteilen: 

1.     Vorbeugende Instandhaltung        

a) zeitorientierte Instandhaltung

b) zustandsorientierte Instandhaltung 

2.     Außerplanmäßige Instandhaltung 

c) schadenorientierte Instandhaltung 
                                                                                                                

Schadenbehebung, wenn es bereits zu spät ist - teuer und ineffektiv

Eine schadenorientierte Instandhaltung (c) ist keine Strategie im Sinne des Condition Monitorings, denn dazu würde die Windenergieanlage bis zu einem Schadensfall betrieben werden. Die Folgen: Der Ausfall des betroffenen Teils oder gar der gesamten Anlage. Ebenso besteht das Risiko für Folgeschäden, die auf andere Bereiche der Windkraftanlage übergreifen. Kostenintensive und langwierige Instandsetzungsmaßnahmen wären nicht zu vermeiden. Diese Strategie ist im Hinblick auf Kriterien für einen wirtschaftlichen Anlagenbetrieb gänzlich ungeeignet.  

Ein vorbeugender Austausch von Bauteilen schützt nicht vor Totalausfall 

Die vorbeugende Instandhaltung sieht zeitorientiert eine Inspektion der Komponenten in festgelegten Zeitintervallen vor, unabhängig vom Zustand der Bauteile. Abhängig vom Grad des Verschleißes, der Schädigung oder nach einem spezifischen Intervall erfolgt ein entsprechender Austausch der Teile. Ein unplanmäßiger Ausfall der Windkraftanlage kann ohne Condition Monitoring hier nur bedingt abgewendet werden, denn dazu wird eine bauteilspezifische Kenntnis über die maximal zulässigen Zeitintervalle zwischen den Terminen zur Instandhaltung vorausgesetzt. Der Prüfintervall der gesamten Windkraftanlage wird somit vom Bauteil mit dem kürzesten zulässigen Intervall festgelegt, damit nicht mehr als zwei geplante Abschaltungen aus Wartungsgründen durchgeführt werden müssen.

Das Problem liegt hier in der Methode selbst: Entsteht ein Schaden zwischen zwei Instandhaltungsintervallen und schreitet dieser fort, bleibt er bis zum nächsten Wartungstermin unentdeckt - oder bis zum Totalausfall des Bauteils und Stillstand der Windenergieanlage. Die Schädigungen müssten also bereits in der Entstehungsphase bei den planmäßigen Instandhaltungsterminen erkannt werden, was jedoch nicht immer ohne Weiteres gegeben ist. Folgt man der zeitorientierten Instandhaltungsstrategie, werden die Bauteile demzufolge entweder zu früh ausgetauscht oder aber bei zum Teil schon stark fortgeschrittenen Schäden. Auch hier können ungeplante Reparaturkosten und unplanmäßige Stillstandzeiten die Folge sein. Im Bereich der Windenergie ist die zeitorientierte Instandhaltung die noch immer am häufigsten verfolgte Strategie. 

Zustandsorientiertes Handeln setzt aussagekräftige Daten voraus 

Im Rahmen der vorbeugenden Instandhaltungsstrategie bietet die zustandsorientierte Instandhaltung die meisten Vorteile. Hierzu müssen jedoch regelmäßig aussagekräftige Messgrößen der Windenergieanlage erfasst werden und spezifische Kenntnisse zu Anlagenkomponenten, zum Beispiel Frequenzen der Getriebeteile oder ähnliches, vorliegen und die optimalen Messstellen ausgemacht werden. Ein Condition Monitoring System überwacht die risikobehafteten Anlagenkomponenten dabei rund um die Uhr und liefert aufschlussreiche und relevante Daten, die zur Bewertung des Zustands der Komponenten und Bauteile dienen, was auch für die Planung von Instandhaltungsmaßnahmen nützlich ist. 

Nicht alle Windenergieanlagen wurden von vornherein mit einem Condition Monitoring System ausgestattet, allerdings lässt sich dies auch nachträglich bewerkstelligen. Einige Hersteller schwenken zudem darauf um, das CMS bereits in die Serienproduktion aufzunehmen und in die Steuerung zu integrieren. Condition Monitoring ist die Voraussetzung und Basis für die Verfolgung einer zustandsorientierten Instandhaltungsstrategie. 

Die Vorteile von Condition Monitoring nutzen - Zeit und Kosten sparen 

Dank des Condition Monitorings lassen sich Schäden an den überwachten Anlagenkomponenten und -bauteilen frühzeitig erkennen - noch bevor sie ausfallen oder für Folgeschäden sorgen. Betreiber von Windenergieanlagen profitieren dadurch von einer erhöhten Verfügbarkeit, denn unplanmäßige Stillstandzeiten können auf diese Weise stark reduziert werden. Planbare Servicemaßnahmen erlauben außerdem eine bessere Kostenkalkulation. Instandsetzungs- und Produktionsausfallkosten sinken schließlich auf ein Minimum. 

Oftmals wird die zustandsorientierte Instandhaltung mithilfe von Condition Monitoring mit der zustandsorientierten Instandhaltungsstrategie kombiniert, da nicht alle Bauteile ständig überwachbar sind, wie beispielsweise Turmschrauben. Die Kombination bietet dennoch ein Höchstmaß an Kostentransparenz und Planbarkeit. Condition Monitoring Systeme sind dabei nicht nur für Windenergieanlagen an Land sinnvoll. Bedenkt man die hohen Investitions- und Betriebskosten für Offshore-Windparks, ist die zustandsorientierte Instandhaltung hier oberste Priorität, nicht zuletzt auch aufgrund der nicht ständigen Zugänglichkeit für Serviceunternehmen.