Akustisches Monitoringsystem für Maschinen entwickelt

Das Fraunhofer-Institut für Digitale Medientechnologie IDMT in Oldenburg nutzt Störgeräusche an industriellen Anlagen für sein Condition Monitoring System. Fehler und sich abzeichnende Schäden werden frühzeitig erkannt, sodass Ausfallzeiten vermieden werden.

Mithilfe von Axialkolbenpumpen können Maschinen schwere Lasten heben. Industrielle Fördertechnik wird mit ihrer Kraft angetrieben. Ein unvorhergesehener Ausfall dieser weit verbreiteten Anlagen ist in der Regel mit hohen Kosten verbunden. Daher haben sich Forscher des Fraunhofer IDMT die Axialkolbenpumpe als Praxisbeispiel für das akustische Monitoring von Maschinen ausgesucht. Wenn sie „nicht mehr rund läuft“ können die Experten im Institutsteil „Hör-, Sprach- und Audiotechnologie“ dies anhand ihrer Geräusche erkennen.

Lokal angebrachte, batteriebetriebene Sensorsysteme nehmen Geräusche der Pumpe über die Luft oder als Körperschall auf, vergleichen diese mit Referenzaudiodaten und senden die gesammelten Informationen als Metadaten weiter. Diese nachrüstbare, auch als Retro-Fitting bezeichnete Lösung, ermöglicht nicht nur eine grundsätzliche Aussage über den Zustand der Maschine, sondern auch die Identifikation verschiedener Arten von Problemen, wie etwa ein Lagerspiel oder Probleme mit der Hydraulik, bevor es zu größeren Schäden kommt. Der Wartungstechniker kann mit den Informationen zielgerichtet die Wartungsarbeiten beginnen, was eine große Zeit- und Kostenersparnis bedeutet.

Danilo Hollosi, Gruppenleiter „Akustische Ereignisdetektion“ am Fraunhofer IDMT in Oldenburg, ist stolz auf die bisherigen Ergebnisse: „Basierend auf unseren Sensorsystemen zur Mustererkennung haben wir ein robustes und zuverlässiges Condition Monitoring System entwickelt, das den Wartungsprozess industrieller Anlagen signifikant verbessern kann. Unser System orientiert sich an den Bedürfnissen von Anlagenbetreibern, richtet sich aber auch an die Anlagenhersteller“.

Neue Wege gehen: Industrielles Condition Monitoring as a Service

In einem auf der Hannover Messe vorgestellten Demonstrator lassen sich die drahtlosen Sensorknoten auf einem Tablet konfigurieren. Auf einem Dashboard werden erkannte akustische Ereignisse visualisiert. In der Praxis ist das System leicht nachrüstbar und in bestehende Kommunikations- und Sensorinfrastrukturen integrierbar.

Mit dem akustischen Condition Monitoring kann die zuverlässige Maschinenleistung als Service angeboten und mit alternativen Geschäftsmodellen vertrieben werden, z.B. über Leasing. Die generierten Daten werden verfügbar für die weitere Nutzung im Kontext Industrie 4.0.

„Dies eröffnet Anbietern von Anlagen eine Erweiterung ihres Produktportfolios und ihren Kunden alternative Bezugsmöglichkeiten. Wir arbeiten mit unseren Partnern an weiteren Business Cases für skalierbare Monitoring Services auf der Grundlage unserer akustischen Sensorsysteme“, so Hollosi.

Ein wichtiger Mehrwert des Monitoring-Systems rührt daher, dass ein Großteil der Datenverarbeitung bereits auf dem Sensor erfolgt. Damit ist es auch in schutzbedürftigen oder entfernt gelegenen Anlagen und Infrastrukturen einsetzbar. Aufgrund weitreichender Erfahrungen mit sicherheitskritischen Anforderungen ist das System in der Lage, auf Wunsch lokal und ohne Internet-Anbindung eingesetzt zu werden. So erfüllt es höchste Ansprüche an die Datensicherheit.

Im Projekt „ACME 4.0“, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert wird, konnte bereits das Technology Readiness Level 7 erreicht werden. 2018 standen Feldversuche mit Anwendungspartnern im Bereich Energiewirtschaft, Wasserwirtschaft, Schwerindustrie, Spezialmaschinenbau, Anlagenbau und Fördertechnik im Fokus. Neben Pumpen wurden unter anderem auch Motoren, Turbinen sowie Kompressoren überprüft. Industriepartner des Projektes sind die Bosch Rexroth AG und die Infineon Technologies AG.