Inte­griertes Diagno­se­system bei Lüftern

Die heute allge­mein ange­wen­dete Lebens­dau­er­be­rech­nung bei Lüftern beruht auf der Annahme statis­ti­scher Durch­schnitts­werte. Dazu gibt es verschie­dene Berech­nungs­for­meln und unter­schied­liche Bewer­tungs­kri­te­rien für Belas­tungen wie Tempe­ratur, Dreh­zahl­ni­veau oder Staub und Feuch­tig­keit. Diese Vorge­hens­weise kann bei stark von der Norm abwei­chenden Einsatz­be­din­gungen keine aussa­ge­kräf­tigen Werte für die tatsäch­liche Lebens­dauer des einzelnen Lüfters vor Ort machen.

Um auch hier eine zuver­läs­si­gere Aussage über das wirk­liche Poen­tial der Lebens­dauer zu errei­chen, müssen neben allge­meinen Labor­werten auch die tatsäch­li­chen Belas­tungen vor Ort während des Betriebs gemessen, summiert und in die Berech­nung mit einbe­zogen werden. Ein neues Diagno­se­tool für Lüfter sammelt dazu die rele­vanten Daten und berechnet die indi­vi­du­elle Rest­le­bens­dauer unter tatsäch­li­chen Betriebs­be­din­gungen. So werden Betrieb und Wartung schwer erreich­barer Lüfter entschei­dend verbes­sert, die Zuver­läs­sig­keit der Gesamt­an­lage steigt.

Statis­ti­sche Aussagen sind nur so gut, wie es die ange­nom­menen Eingangs­daten zulassen. Selbst das beste Berech­nungs­pro­gramm kann unter falschen Annahmen keine reali­täts­nahe Aussage über die Lebens­dauer eines Produktes liefern. Gerade bei Lüftern für expo­nierte Anwen­dungen im Sicher­heits­be­reich oder bei Anlagen, die nur schwer zugäng­lich sind, wie beispiels­weise Mobil­funk­sta­tionen auf Bergen, ist jedoch eine möglichst exakt bestimm­bare (Rest-)Lebensdauer wichtig für die Betreiber.

Ideal ist daher, wenn die tatsäch­liche Belas­tung des indi­vi­du­ellen Lüfters an seinem Einsatzort in die Berech­nung mit einfließt. Geschieht dies direkt im Lüfter und kann dieser bei Über­schreiten einer einstell­baren Sicher­heits­schwelle ein Alarm­si­gnal entspre­chend ausgeben, so verbes­sert das die Zuver­läs­sig­keit der gesamten Anlage. Deshalb sind keine vorbeu­genden, kosten­in­ten­siven Austausch­ak­tionen nötig; das spart Zeit, Geld und Personal.

Bishe­rige Bewer­tungs­me­thode

Bild 1: Im Dauer­lauf­raum – mit Hilfe der Klima­kammer werden die Daten für die herkömm­liche Lebens­dau­er­be­rech­nung gewonnen.

Bishe­rige, konser­va­tive Lebens­dauer-Kata­log­an­gaben beziehen sich auf einen ange­nom­menen, mitt­leren Arbeits­punkt; z. B. Lebens­dauer L10 von 70.000 Stunden bei 40°C Umge­bungs­tem­pe­ratur und 3.600 Umdre­hungen pro Minute. Sie sind daher eher ein Richt­wert für die Praxis­be­wer­tung, da sich im Einsatz Tempe­ratur und Dreh­zahl im Tages­ver­lauf, über die Jahres­zeit ständig ändern und damit die Lebens­dauer beein­flussen. Hinzu kommen unvor­her­seh­bare Faktoren wie Staub oder Feuch­tig­keit, die nur in spezi­ellen Fällen im Labor berück­sich­tigt werden.

In der Regel beruhen aktu­elle Lebens­dau­er­be­wer­tungen auf Labor­ver­su­chen bei defi­nierten Stan­dard­be­din­gungen für Tempe­ratur und Dreh­zahl (Bild 1). Aus theo­re­ti­schen Betrach­tungen zur Statistik und Versu­chen wird auf die mitt­lere Lebens­dauer der gesamten Produk­tion geschlossen. Um kürzere 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, genügt es bei Lüftern die Lebens­dauer der Lage­rung des Rotors zu betrachten. Ausfälle der Elek­tronik oder der Motor­wick­lung sind signi­fi­kant kleiner und können im Normal­fall vernach­läs­sigt werden. Auf dieser Grund­lage entwi­ckelte ebm-papst ein im Lüfter imple­men­tiertes Diagno­se­tool, das die indi­vi­du­elle Lebens­dauer des Lüfters unter Berück­sich­ti­gung der jewei­ligen Umge­bungs- und Betriebs­be­din­gungen bestimmt. So können die bishe­rigen Grenzen der Betriebs­sta­tistik durch exakte Daten­grund­lage und neueste Rechen­ver­fahren völlig neu defi­niert werden.

Neue Vorge­hens­weise

Bild 2: Kompakt­lüfter mit hoher Leis­tung und interner Lebens­dau­er­ei­gen­dia­gnose

Die neue Lebens­dau­er­vor­her­sage berück­sich­tigt die indi­vi­du­elle Historie des Lüfters im jewei­ligen Betrieb und kann so Aussagen über 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 tatsäch­liche Dreh­zahl mit einbe­zogen. Aus diesen Daten berechnet die im Lüfter inte­grierte Elek­tronik die Lebens­dauer (Bild 2). Die neue Früh­aus­fall­erken­nung ist beson­ders für Anwender gedacht, die den Lüfter nur unter hohen Kosten bzw. zu bestimmten Zeiten austau­schen können (z. B. abge­le­gene Mess­sta­tionen, Funk­bojen). Mit den neuen Optionen lassen sich die Austausch­in­ter­valle recht­zeitig planen bzw. den indi­vi­du­ellen Anfor­de­rungen gemäß anpassen. Lüfter brau­chen nicht mehr „vorbeu­gend“ getauscht werden, das senkt Inves­ti­tions- und Wartungs­kosten und erhöht 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 Ausfüh­rung der Lage­rung (Kugel oder Gleit­lager), die Art der Lager-Schmie­rung und des einge­setzten Fetts und andere Umwelt­be­din­gungen werden vorge­geben. Damit können Lebens­dau­er­re­serven genutzt werden, da die aktu­elle Prognose immer die gesamte Historie des Lüfters berück­sich­tigt. Das Diagnose-System beruht auf empi­ri­schen Korre­la­tionen aus der Praxis und jahr­zehn­te­langen Dauer­lauf­ver­su­chen unter verschie­denen Bedin­gungen. Kunden­spe­zi­fi­sche Ausga­be­formen wie L5 z. B. anstelle L10 können berück­sich­tigt werden.

Bild 3a und b: Die Rest­le­bens­dauer kann digital per PWM-Signal a) high, b) low oder über ein zusätz­li­ches RC-Glied auch analog ausge­geben werden.

Der Ausgang ist wahl­weise über die Alarm­litze oder eine zusätz­liche Leitung heraus­ge­führt und kann digital abge­rufen werden. Die Rest­le­bens­dauer kann auch analog über ein PWM-Signal an einem RC-Glied ausge­geben werden. So kann das Produkt annä­hernd bis zu seinem tatsäch­li­chen Lebens­ende ohne Einbußen der Zuver­läs­sig­keit genutzt werden. Das spart Ressourcen, erhöht die Wert­schöp­fung und senkt Ersatz­be­schaf­fungs- und Wartungs­kosten (Bild 3a, b).