19.07.2012

Integriertes Diagnosesystem bei L├╝ftern




Bild 1 Im Dauerlaufraum: mit Hilfe der Klimakammer werden die Daten f├╝r die herk├Âmmliche Lebensdauerberechnung gewonnen
Bild 2 Kompaktl├╝fter mit hoher Leistung und interner Lebensdauereigendiagnose
Bild 3a,b Die Restlebensauer kann digital per PWM-Signal high ...
Bild b ... low oder ├╝ber ein zus├Ątzliches RC-Glied auch analog ausgegeben werden

Individuelle Fr├╝hausfall-Erkennung ber├╝cksichtigt Umgebungsbedingungen

 

Autoren: Frank Heller, Dr. Lutz Ramonat, Andreas Zeiff

 

Die heute allgemein angewendete Lebensdauerberechnung bei L├╝ftern beruht auf der Annahme statistischer Durchschnittswerte. Dazu gibt es verschiedene Berechnungsformeln und unterschiedliche Bewertungskriterien f├╝r Belastungen wie Temperatur, Drehzahlniveau oder Staub und Feuchtigkeit. Diese Vorgehensweise kann bei stark von der Norm abweichenden Einsatzbedingungen keine aussagekr├Ąftigen Werte f├╝r die tats├Ąchliche Lebensdauer des einzelnen L├╝fters vor Ort machen. Um auch hier eine zuverl├Ąssigere Aussage ├╝ber das wirkliche Poential der Lebensdauer zu erreichen, m├╝ssen neben allgemeinen Laborwerten auch die tats├Ąchlichen Belastungen vor Ort w├Ąhrend des Betriebs gemessen, summiert und in die Berechnung mit einbezogen werden. Ein neues Diagnosetool f├╝r L├╝fter sammelt dazu die relevanten Daten und berechnet die individuelle Restlebensdauer unter tats├Ąchlichen Betriebsbedingungen. So werden Betrieb und Wartung schwer erreichbarer L├╝fter entscheidend verbessert, die Zuverl├Ąssigkeit der Gesamtanlage steigt.

 

Statistische Aussagen sind nur so gut, wie es die angenommenen Eingangsdaten zulassen. Selbst das beste Berechnungsprogramm kann unter falschen Annahmen keine realit├Ątsnahe Aussage ├╝ber die Lebensdauer eines Produktes liefern. Gerade bei L├╝ftern f├╝r exponierte Anwendungen im Sicherheitsbereich oder bei Anlagen, die nur schwer zug├Ąnglich sind, wie beispielsweise Mobilfunkstationen auf Bergen, ist jedoch eine m├Âglichst exakt bestimmbare (Rest)Lebensdauer wichtig f├╝r die Betreiber. Ideal ist daher, wenn die tats├Ąchliche Belastung des individuellen L├╝fters an seinem Einsatzort in die Berechnung mit einflie├čt. Geschieht dies direkt im L├╝fter und kann dieser bei ├ťberschreiten einer einstellbaren Sicherheitsschwelle ein Alarmsignal entsprechend ausgeben, so verbessert das die Zuverl├Ąssigkeit der gesamten Anlage. Aus diesem Grund entwickelte ebm-papst aus St. Georgen im Schwarzwald L├╝fter mit integrierter Elektronik, die die Rest-Lebensdauer unter Einsatzbedingungen st├Ąndig neu berechnet. Deshalb sind keine vorbeugenden, kostenintensiven Austauschaktionen n├Âtig; das spart Zeit, Geld und Personal.

 

Bisherige Bewertungsmethode

 

Bisherige, konservative Lebensdauer-Katalogangaben beziehen sich auf einen angenommenen, mittleren Arbeitspunkt; z.B. Lebensdauer L10 von 70.000 Stunden bei 40 ┬░C Umgebungstemperatur und 3600 Umdrehungen pro Minute. Sie sind daher eher ein Richtwert f├╝r die Praxisbewertung, da sich im Einsatz Temperatur und Drehzahl im Tagesverlauf, ├╝ber die Jahreszeit st├Ąndig ├Ąndern und damit die Lebensdauer beeinflussen. Hinzu kommen unvorhersehbare Faktoren wie Staub oder Feuchtigkeit, die nur in speziellen F├Ąllen im Labor ber├╝cksichtigt werden. In der Regel beruhen aktuelle Lebensdauerbewertungen auf Laborversuchen bei definierten Standardbedingungen f├╝r Temperatur und Drehzahl (Bild 1).

 

Aus theoretischen Betrachtungen zur Statistik und Versuchen wird auf die mittlere Lebensdauer der gesamten Produktion geschlossen. Um k├╝rzere Testzeiten zu erreichen, wird zudem oft die Temperaturbelastung unrealistisch hoch angesetzt, um eine schnellere Alterung der Komponenten zu erreichen. Wechselnde Betriebsbedingungen, die in der Praxis immer auftreten, werden bei diesem Vorgehen nicht betrachtet.

 

Um statistische Aussagen zu machen, gen├╝gt es bei L├╝ftern die Lebensdauer der Lagerung des Rotors zu betrachten. Ausf├Ąlle der Elektronik oder der Motorwicklung sind signifikant kleiner und k├Ânnen im Normalfall vernachl├Ąssigt werden. Auf dieser Grundlage entwickelte ebm-papst ein im L├╝fter implementiertes Diagnosetool, das die individuelle Lebensdauer des L├╝fters unter Ber├╝cksichtigung der jeweiligen Umgebungs- und Betriebsbedingungen bestimmt. So k├Ânnen die bisherigen Grenzen der Betriebsstatistik durch exakte Datengrundlage und neueste Rechenverfahren v├Âllig neu definiert werden.

 

Neue Vorgehensweise

 

Die neue Lebensdauervorhersage der Schwarzw├Ąlder Experten ber├╝cksichtigt die individuelle Historie des L├╝fters im jeweiligen Betrieb und kann so Aussagen ├╝ber eine zu erwartende Restlebensdauer unter den Anwendungsbedingungen im Einzelfall geben. Wechselnde Temperaturen (Tag/Nacht Zyklen oder jahreszeitliche Schwankungen) werden ebenso wie die angenommene Staubbelastung vor Ort und die tats├Ąchliche Drehzahl mit einbezogen. Aus diesen Daten berechnet die im L├╝fter integrierte Elektronik die Lebensdauer (Bild 2).

 

Die neue Fr├╝hausfallerkennung ist besonders f├╝r Anwender gedacht, die den L├╝fter nur unter hohen Kosten bzw. zu bestimmten Zeiten austauschen k├Ânnen (z.B. abgelegene Messstationen, Funkbojen). Mit den neuen Optionen lassen sich die Austauschintervalle rechtzeitig planen bzw. den individuellen Anforderungen gem├Ą├č anpassen. L├╝fter brauchen nicht mehr ÔÇ×vorbeugendÔÇť getauscht werden, das senkt Investitions- und Wartungskosten und erh├Âht die Betriebssicherheit.

 

In der Praxis

 

Statt mit vorgegebenen Werten arbeitet das neue System mit laufend aktualisierten Daten, wie z.B. Betriebsdrehzahl, Umgebungstemperatur und Stillstandszeiten. Grunddaten wie Ausf├╝hrung der Lagerung (Kugel oder Gleitlager), die Art der Lager-Schmierung und des eingesetzten Fetts und andere Umweltbedingungen werden vorgegeben. Damit k├Ânnen Lebensdauerreserven genutzt werden, da die aktuelle Prognose immer die gesamte Historie des L├╝fters ber├╝cksichtigt.

 

Das Diagnose-System beruht auf empirischen Korrelationen aus der Praxis und jahrzehntelangen Dauerlaufversuchen unter verschiedenen Bedingungen. Kundenspezifische Ausgabeformen wie L5 z.B. anstelle L10 k├Ânnen ber├╝cksichtigt werden. Der Ausgang ist wahlweise ├╝ber die Alarmlitze oder eine zus├Ątzliche Leitung herausgef├╝hrt und kann digital abgerufen werden. Die Restlebensdauer kann auch analog ├╝ber ein PWM-Signal an einem RC-Glied ausgegeben werden. So kann das Produkt ann├Ąhernd bis zu seinem tats├Ąchlichen Lebensende ohne Einbu├čen der Zuverl├Ąssigkeit genutzt werden. Das spart Ressourcen, erh├Âht die Wertsch├Âpfung und senkt Ersatzbeschaffungs- und Wartungskosten (Bild 3a,b).

 

Lebensdauer oder Zuverl├Ąssigkeit

Zwei gerne verwendete und ebenso leicht verwechselbare Begriffe sind Lebensdauer und Zuverl├Ąssigkeit. Die Lebensdauer, oft mit L10 abgek├╝rzt, gibt den Zeitraum in Stunden an, in dem bis zu 10 Prozent der Ger├Ąte ausgefallen sind. Ein L10-Wert von 100.000 Stunden bedeutet, dass 90 % der getesteten Ger├Ąte diese Laufzeit erreicht haben. Die Zuverl├Ąssigkeit hingegen wird mit dem MTBF-Wert (Mean Time Between Failure) angegeben. Da L├╝fter in der Regel nicht repariert werden k├Ânnen, w├Ąre eigentlich die Bezeichnung MTTF (Mean Time To Failure) richtiger. Trotzdem hat sich im normalen Gebrauch der Ausdruck MTBF durchgesetzt. Aussagen ├╝ber MTBF-Werte sind nur w├Ąhrend der geplanten Geltungsdauer (z.B. Brauchbarkeitsdauer) g├╝ltig. Danach kann die Ausfallrate aufgrund von Abnutzungserscheinungen deutlich ansteigen. Ein MTBF-Wert von 1.000.000 h (mehr als 110 Jahre) bedeutet, dass wenn 1.000 Ger├Ąte gleichzeitig laufen, alle tausend Stunden also gut alle 42 Tage eines davon ausf├Ąllt (1000 h * 1.000 = 1.000.000 h).


 


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