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Wartung

Sensoren sagen Ölwechsel bei laufenden Maschinen voraus

| Redakteur: Mag. Victoria Sonnenberg

Vorausschauende Wartung von schwer zugänglichen Anlagen, keine unnötigen Ölwechsel und Laborkosten, weniger Umweltbelastung: Saarbrücker Messtechniker haben gemeinsam mit Partnern ein neues Verfahren entwickelt, mit dem es möglich ist, die Qualität von Schmier- und Hydraulikölen und auch anderer Flüssigkeiten während des laufenden Betriebs zu überwachen.

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Auch bei schwer erreichbaren Anlagen wie Windkrafträdern auf hoher See (im Hintergrund eine Windrad-Nabe) kann mit eingebautem Messsystem vorhergesagt werden, wann das Öl ausgewechselt werden muss. Prof. Andreas Schütze (links) und Diplom-Ingenieur Eliseo Pignanelli (rechts) können mit ihrem Mess-System im Koffer, das sie auf der Hannover Messe zeigen, die Ölalterung auch vor Ort prüfen. Das Öl fließt dabei durch die Messzelle (Mitte) und wird dort mit einem Laser sowie Infrarotstrahlung durchleuchtet.
Auch bei schwer erreichbaren Anlagen wie Windkrafträdern auf hoher See (im Hintergrund eine Windrad-Nabe) kann mit eingebautem Messsystem vorhergesagt werden, wann das Öl ausgewechselt werden muss. Prof. Andreas Schütze (links) und Diplom-Ingenieur Eliseo Pignanelli (rechts) können mit ihrem Mess-System im Koffer, das sie auf der Hannover Messe zeigen, die Ölalterung auch vor Ort prüfen. Das Öl fließt dabei durch die Messzelle (Mitte) und wird dort mit einem Laser sowie Infrarotstrahlung durchleuchtet.
(Bild: Oliver Dietze)

Das kleine Sensorsystem kann mobil zum Einsatz kommen und auch leicht in Industrie-, Windkraftanlagen und Maschinen eingebaut werden. Es misst auf optische Weise den chemischen Zustand und die Partikelbelastung des Öls und sagt voraus, wann ein Ölwechsel ansteht. Das Ingenieurteam von Professor Andreas Schütze an der Saar-Uni und am Zentrum für Mechatronik und Automatisierungstechnik (Zema) präsentiert seine Technik auf der Hannover Messe am saarländischen Forschungsstand.

Öl auf Verdacht prüfen kostet Geld und Zeit

Wird Öl zu spät gewechselt, drohen Schäden. Das gilt beim Auto ebenso wie für große Industrieanlagen. Schmieröl, das Reibung und Verschleiß verringert und ein Heißlaufen verhindert, wird durch Abrieb mit Metallstaub und Partikeln angereichert, zudem oxidiert das Öl im Betrieb. Auch Zusätze, die die Schmiereigenschaften optimieren, sind früher oder später verbraucht. Irgendwann schmiert das Öl dann nicht mehr. Die Krux: „Wann genau das Öl gewechselt werden muss, ist nicht offensichtlich“, sagt Professor Andreas Schütze. Gerade bei schwer erreichbaren Anlagen – wie Windkraftanlagen auf hoher See – bleibt nur, entnommene Proben aufwendig und teuer im Labor zu prüfen, oder das Öl auf Verdacht turnusmäßig zu wechseln. „So wird oft noch gutes Öl aufwendig und unnötig gewechselt – mit hohen Kosten für Betreiber und Umwelt“, erklärt der Messtechniker.

Früherkennung drohender Schäden

Sein Team am Lehrstuhl für Messtechnik und am Zema hat gemeinsam mit Partnern aus Hochschulen und Industrie ein Mess-System entwickelt, das in die Anlage selbst eingebaut werden kann, und dort die Ölalterung bei laufendem Betrieb ständig messen und überwachen kann. Die Daten aus dem Mess-System werden über Mobilfunk übertragen, sodass eine Auswertung unabhängig vom Standort der Anlage erfolgen kann. Auch mobil ist das System einsetzbar: Auf der Hannover Messe zeigen die Ingenieure einen kleinen Koffer, der alles enthält, um Öl vor Ort zu prüfen: von der Messzelle, durch die das Öl fließt, bis hin zu den Anzeigegeräten. „Mit unseren Messsystemen lassen sich drohende Schäden früh erkennen und abwenden. Wartungseinsätze können vorausschauend geplant werden“, erläutert Schütze. Auch für Hydrauliksysteme eignet sich das Verfahren. Und: Das Messsystem testet nicht nur Öle, sondern kann auch zur Überwachung anderer Flüssigkeiten verwendet werden.

Laserdiode und Infrarotlicht durchleuchten Flüssigkeit

Bei dem Saarbrücker Verfahren wird die Flüssigkeit durchleuchtet: Zum einen mit einer Laserdiode, wobei Partikel im Öl oder Fluid das Licht streuen. „Jede Partikelart streut das Licht anders, manche werfen mehr, andere weniger Licht in die jeweiligen Richtungen. Diese Streuung wird von Fotodioden erfasst und die Signale ausgewertet. Hierbei kann zwischen Metallstaub, sonstigen Partikeln und Luftblasen unterschieden und die jeweilige Konzentration bestimmt werden“, erklärt Ingenieur Eliseo Pignanelli, der das System weiterentwickelt hat. Zum anderen wird das Fluid, das durch das Messsystem fließt, mit Infrarotlicht beleuchtet und die Strahlen aufgefangen, die es durchdringen. „Hierdurch können Rückschlüsse auf den chemischen Zustand des Öls gezogen werden, denn wenn es sich chemisch verändert, verändert sich auch das empfangene Lichtspektrum“, sagt Pignanelli. So kann etwa auch ermittelt werden, ob Wasser in das System eingedrungen ist.

Verfahren wurde in mehreren Projekten entwickelt

Die Saarbrücker Ingenieure entwickelten das Verfahren in mehreren Forschungsprojekten, unter anderem in den Projekten „Fluidsens“ und „Namiflu“, an denen Partner aus Wissenschaft und Wirtschaft beteiligt waren und sind, darunter die Firma Hydac Electronic GmbH aus Gersweiler und die Eads Deutschland GmbH (Innovation Works). Insbesondere wurde an den nanostrukturierten Schichten der Mikrosensoren geforscht, um ihre optischen und mechanischen Eigenschaften zu optimieren und etwa für hohe Druckverhältnisse anzupassen. In Kooperation mit dem Zema in Saarbrücken wird das Verfahren zur Marktreife entwickelt.

Gefördert wurden die Forschungen vom Bundesministerium für Bildung und Forschung, vom saarländischen Ministerium für Wirtschaft und Wissenschaft und dem europäischen Fond für regionale Entwicklung.

Am Zema (Zentrum für Mechatronik und Automatisierungstechnik) in Saarbrücken arbeiten Saar-Uni, Hochschule für Technik und Wirtschaft sowie Industriepartner zusammen, um Mechatronik und Automatisierungstechnik im Saarland zu stärken sowie den Technologietransfer zu fördern. In zahlreichen Projekten wird industrienah entwickelt und neue Methoden aus der Forschung in die industrielle Praxis umgesetzt.

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