Ursachenanalyse eines Mechanischen Versagens in einer Pelletiermaschine | PHANTOM® Gen 3

In dieser Fallstudie analysieren wir ein Problem, das an einer Pelletiermaschine seit ihrer Inbetriebnahme im Jahr 2021 aufgetreten ist. An dieser Maschine kam es immer wieder zum vorzeitigen Bruch des Verbindungselements (auch als „Spinne” bekannt) in der mechanischen Klauenkupplung, die Motor und Antrieb verbindet.

Zur Bewältigung dieser Aufgabe haben wir das Schwingungsanalysegerät Erbessd PHANTOM® eingesetzt. Dieses Gerät verwendet triaxiale Sensoren, um regelmäßig genaue und zuverlässige Messungen der Maschine zu erhalten.

Beobachtete Eigenschaften des Geräts

Der Analysegegenstand ist eine Pelletiermaschine, die in der Tierfutterproduktion eingesetzt wird. Dieses System besteht aus mehreren Schlüsselkomponenten:

• Klauenkupplung mit Verbindungselement (Spinne): Das Gerät besteht aus einem Elektromotor, der über eine Klauenkupplung mit einem Verbindungselement bzw. einer „Spinne” eine Antriebswelle antreibt.
• Antriebsriemenscheibe mit 12 Kanälen: Von der Antriebswelle wird die Energie auf eine Antriebsriemenscheibe übertragen, die 12 Kanäle mit ihren jeweiligen Riemen besitzt.
• Riemen: Diese Riemen sind dafür verantwortlich, die Bewegung der Antriebsriemenscheibe mit 12 Kanälen auf eine angetriebene Riemenscheibe zu übertragen, die über eine fliegend gelagerte rotorartige Welle verfügt.
• Granuliermühle: Die angetriebene Riemenscheibe ist mit der Pelletiermatrize verbunden. Diese Matrize enthält zwei innere Kettenräder, die das Mehl verdichten und es vom Zufuhrtrichter in die Matrizenbohrungen befördern, um Pellets zu erzeugen.

Durchgeführte Aufgaben: Erste Analyse

Aufgrund der unvorhersehbaren Natur des Versagens wurde eine gründliche Untersuchung durchgeführt, um die Grundursache zu identifizieren. Über einen Zeitraum von 10 Tagen wurden die Schwingungssensoren PHANTOM® von ERBESSD INSTRUMENTS® zur Überwachung des Maschinenbetriebs eingesetzt. Diese Sensoren sind für diesen Zweck perfekt, da sie an der Maschine angebracht werden können und regelmäßig Daten erfassen.

Zu den untersuchten Parametern gehörten globale Schwingungswerte wie Geschwindigkeit und Beschleunigung sowie hohe und niedrige Frequenzbänder. Es wurden auch Spektren und Wellenformen an verschiedenen Punkten und in verschiedenen Richtungen der Maschine analysiert. Dieser Ansatz lieferte ein vollständiges Verständnis des Maschinenverhaltens und half bei der Identifizierung der Versagensursache.

1.- Motor Nichtantriebsseite

2.- Motor Antriebsseite

3.- Antrieb Antriebsseite

4.- Antrieb Nichtantriebsseite

Technologie

Die folgende Ausrüstung wurde zur Aufzeichnung und Analyse der Daten verwendet:

Erzielte Ergebnisse

Durch den Vergleich der Messdaten mit den von der Norm festgelegten zulässigen Werten konnte ein genaues Bild des Gesundheitszustands der betreffenden Maschine gewonnen werden. Die Norm ISO 10816-3 liefert klare Grenzwerte und Kriterien, um festzustellen, ob Schwingungen innerhalb sicherer Bereiche liegen oder auf mögliche Betriebsprobleme hinweisen.

Die aus den Messungen mit triaxialen Schwingungssensoren erzielten Ergebnisse werden nachfolgend im Vergleich zu den in der Norm angegebenen Werten dargestellt:

Spektrenvergleich

Durch den Vergleich der Messdaten mit den von der Norm festgelegten zulässigen Werten konnte ein genaues Bild des Gesundheitszustands der betreffenden Maschine gewonnen werden. Die Norm ISO 10816-3 liefert klare Grenzwerte und Kriterien, um festzustellen, ob Schwingungen innerhalb sicherer Bereiche liegen oder auf mögliche Betriebsprobleme hinweisen.

Die aus den Messungen mit triaxialen Schwingungssensoren erzielten Ergebnisse werden nachfolgend im Vergleich zu den in der Norm angegebenen Werten dargestellt:

Motor Nichtantriebsseite - Vertikale Achse

1.- Motor Nichtantriebsseite - Vertikale Achse FEHLERZUSTAND

1.- Motor Nichtantriebsseite - Vertikale Achse NORMALER BETRIEBSZUSTAND

1.- Motor Nichtantriebsseite - Vertikale Achse FEHLERZUSTAND

1.- Motor Nichtantriebsseite - Vertikale Achse NORMALER BETRIEBSZUSTAND

Motor Antriebsseite - Vertikale Achse

2.- Motor Antriebsseite - Vertikale Achse FEHLERZUSTAND

2.- Motor Antriebsseite - Vertikale Achse NORMALER BETRIEBSZUSTAND

2.- Motor Antriebsseite - Vertikale Achse FEHLERZUSTAND

2.- Motor Antriebsseite - Vertikale Achse NORMALER BETRIEBSZUSTAND

Antrieb Antriebsseite - Horizontale Achse

3.- Antrieb Antriebsseite - Horizontale Achse FEHLERZUSTAND

3.- Antrieb Antriebsseite - Horizontale Achse NORMALER BETRIEBSZUSTAND

3.- Antrieb Antriebsseite - Horizontale Achse FEHLERZUSTAND

3.- Antrieb Antriebsseite - Horizontale Achse NORMALER BETRIEBSZUSTAND

Antrieb Nichtantriebsseite - Horizontale Achse

4.- Antrieb Nichtantriebsseite - Horizontale Achse FEHLERZUSTAND

4.- Antrieb Nichtantriebsseite - Horizontale Achse NORMALER BETRIEBSZUSTAND

4.- Antrieb Nichtantriebsseite - Horizontale Achse FEHLERZUSTAND

4.- Antrieb Nichtantriebsseite - Horizontale Achse NORMALER BETRIEBSZUSTAND

Ergebnisse

Technische Analyse des Motors

Es wird kein offensichtliches mechanisches Versagensmuster erkannt. In den Zeitwellenform-Diagrammen (TWF) sind jedoch zufällige Impulse von sehr hoher Amplitude zu erkennen, die Anregungen bei den niedrigeren Frequenzen erzeugen.

Motorlager SKF NU322 ECP/C3 (DE):

• Für dieses Lager liegt kein harmonischer Fehler vor.
• Das Lager befindet sich in Zustand 0.

Motorlager SKF 6316 VL0241/C3 (NDE):

• Für dieses Lager liegt kein harmonischer Fehler vor.
• Das Lager befindet sich in Zustand 0.

Technische Analyse des Antriebs

Es wird kein offensichtliches mechanisches Versagensmuster erkannt. In den Zeitwellenform-Diagrammen (TWF) sind jedoch zufällige Impulse von sehr hoher Amplitude zu erkennen, die Anregungen bei den niedrigeren Frequenzen erzeugen.

Antriebslager SKF 22226 EK (DE):

• Für dieses Lager liegt kein harmonischer Fehler vor.
• Das Lager befindet sich in Zustand 0.

Antriebslager SKF 22226 EK (NDE):

• Für dieses Lager liegt kein harmonischer Fehler vor.
• Wir haben Harmonische der Wellendrehzahl beobachtet, und ihre Amplitude ist niedrig.
• Das Lager befindet sich in Zustand 0.

Diagnose

Nachdem jegliche Anzeichen eines Lagerversagens ausgeschlossen und kein offensichtliches Versagensmuster gefunden wurde, wird eine faszinierende Hypothese aufgestellt: Die zufälligen Impulse, die auf die Antriebswelle einwirken, könnten das Ergebnis abrupter Änderungen der Drehzahl der angetriebenen Riemenscheibe sein. Dies liegt daran, dass die Matrize aufgrund einer momentanen Blockierung des verarbeiteten Materials manchmal einen erheblichen Drehwiderstand aufweist.

Im Allgemeinen ist der Motor in der Lage, dieses Trägheitsmoment auszugleichen, obwohl in einigen Fällen der Antrieb den Motor durch Abschalten geschützt hat, aufgrund des übermäßigen Verbrauchs, den dies erzeugen könnte. Dies übt eine übermäßige Belastung auf die Klauenkupplung aus, was zu einer drastischen Verkürzung der Lebensdauer des Verbindungselements dieser Komponente, der sogenannten „Spinne”, führt.

Fazit

Zusammenfassend haben wir dank der von den PHANTOM®-Sensoren erfassten regelmäßigen Messungen festgestellt, dass hinsichtlich der Lager kein sofortiger Wartungseingriff erforderlich ist.

Wir haben jedoch einige Bereiche identifiziert, in denen wir die Betriebseffizienz der Maschine verbessern könnten. Zum Beispiel:

• Es wäre vorteilhaft, eine Neugestaltung oder Verbesserung des Zufuhrsystems für den Rohstoff (Mehl) in Betracht zu ziehen, damit dieser gleichmäßiger fließt und Blockierungen vermieden werden.
• Es wäre außerdem ratsam, die Klauenkupplung zu überprüfen und zu verbessern, damit sie der erforderlichen Belastung standhalten kann, ohne einen vorzeitigen Verschleiß des Verbindungselements zu verursachen.