Bei einer Papiermaschine steht der mechanische Zustand in direktem Zusammenhang mit der Laufbarkeit, der Papierbahnqualität und der allgemeinen Produktionsstabilität. Wenn eine Presswalze zu vibrieren beginnt oder ein Trocknerventilator die Maschinenstruktur in Schwingung versetzt, zeigen sich die ersten Auswirkungen oft in Bahnrissen, Instabilität beim Abzug, Schwankungen im Feuchtigkeitsprofil oder verstärkten Filz- und Walzenabdrücken. Diese Symptome treten typischerweise lange vor dem Auftreten eines mechanischen Ausfalls auf, wirken sich aber zu diesem Zeitpunkt bereits auf die Betriebszeit und die Qualität aus.
Papiermaschinen arbeiten im Dauerbetrieb, verfügen über eine hohe gespeicherte Energie und haben lange Wiederanlaufzeiten. Selbst relativ geringe Einbußen bei der Zuverlässigkeit rotierender Anlagen können sich daher schnell in Produktionsausfällen und verpassten Lieferterminen niederschlagen. Aus Sicht der Anlagenzuverlässigkeit macht dies die Schwingungszustandsüberwachung zu einem praktischen und wertvollen Instrument zur Aufrechterhaltung eines stabilen Betriebs der gesamten Maschine.
Eine moderne Papiermaschine vereint mehrere Abschnitte wie Formung, Presse, Trockner, Kalander und Aufwickelung, die alle über eng gekoppelte Antriebssysteme und Hilfsaggregate miteinander verbunden sind. Zu den typischen Anlagenkomponenten gehören Abschnittsantriebe, Hauptantriebssysteme, Motoren, Getriebe, Walzen- und Filzkreisläufe, Vakuumpumpen, Gebläse sowie große Lüftungs- und Haubenventilatoren. Viele dieser Maschinen arbeiten über einen breiten Bereich von Papierqualitäten und Geschwindigkeiten hinweg, mit häufigen Anläufen, Einlaufvorgängen und Lastwechseln. Genau diese Betriebsvariabilität ist der Grund, warum eine kontinuierliche Schwingungsüberwachung und -diagnose einen Mehrwert bietet: Sie ermöglicht es den Wartungsteams, normales prozessbedingtes Verhalten von frühen Anzeichen mechanischer Verschleißerscheinungen zu unterscheiden.
Die Herausforderung: gekoppelte Anlagen, variabler Betrieb und Schwingungsübertragung
Papiermaschinen vereinen eine große Anzahl rotierender Anlagen auf einem langen, mechanisch verbundenen Rahmen. Dadurch sind sie anfällig für häufige Verschleißmechanismen wie Unwucht der Walzen, Unwucht der Lüfter, Fehlausrichtung nach Walzenwechseln, Spiel in Lagergehäusen, Probleme bei der Lagerschmierung, Verschleiß der Kupplungen und Zahnschäden im Getriebe bei Teilantrieben.
Eine praktische Komplikation besteht darin, dass Schwingungen nicht lokal begrenzt bleiben. Anregungen aus einer Quelle können sich durch Gehäuse, Rahmen, Fundamente und angeschlossene Rohrleitungen ausbreiten und Messungen in benachbarten Abschnitten beeinflussen. Ohne kontinuierliche Trendanalyse und diagnostischen Kontext können Wartungsteams leicht dazu neigen, nur auf Symptome zu reagieren, anstatt die eigentliche Ursache zu beheben.
Auch die Betriebsbedingungen ändern sich ständig. Drehzahlanstiege beim Anfahren, stufenabhängige Belastung, Filzkonditionierung, Dampf- und Haubenanpassungen sowie Änderungen des Vakuumniveaus beeinflussen alle die Schwingungspegel und den Spektralgehalt. Die zentrale Frage für Zuverlässigkeitsteams lautet daher nicht, ob sich die Schwingungen ändern, sondern ob eine Änderung normale Betriebsschwankungen widerspiegelt oder auf eine beginnende Fehlerentwicklung hindeutet. Die Beantwortung dieser Frage erfordert mehr als einen einzigen Gesamtwert; sie erfordert stabile Indikatoren und ausreichende Daten zur Unterstützung der Diagnose.
Hilfssysteme entscheiden oft darüber, ob die Maschine stabil läuft. Gebläse, Trimm- und Lüftungsventilatoren, Vakuumpumpen, Kondensatpumpen, Zuflusspumpen und die dazugehörigen Motoren mögen einzeln als „mittelkritisch“ eingestuft werden, doch Ausfälle in diesen Systemen können Bahnrisse, Feuchtigkeitsinstabilität, verminderte Trocknungskapazität oder erzwungene Drehzahlreduzierung auslösen. Angesichts einer hohen Anzahl an Anlagen und zahlreichen Messpunkten benötigen Papierfabriken einen skalierbaren Ansatz zur Zustandsüberwachung, der sowohl die Hauptantriebssysteme als auch die umgebenden Hilfssysteme abdeckt, ohne die Komplexität eines herkömmlichen unternehmensweiten Schwingungsmesssystems mit sich zu bringen.
Warum Schwingungsüberwachung bei Papiermaschinen wichtig ist
Die Schwingungsüberwachung ist bei Papiermaschinen besonders effektiv, da sich viele relevante Ausfallmechanismen mechanisch schon lange entwickeln, bevor sie in Qualitätsdaten oder Prozessalarmen sichtbar werden. Lagerverschleiß, Fluchtungsfehler, Unwucht, Spiel und Getriebedefekte führen alle zu charakteristischen Veränderungen im Schwingungsverhalten, die unter realen Betriebsbedingungen frühzeitig erkannt werden können.
Bei Antriebssystemen wie Beschichtungsantrieben, Trocknerabschnittsantrieben, Pressenantrieben, Aufwickelantrieben und Hauptantriebssystemen unterstützt die Schwingungsüberwachung die frühzeitige Erkennung von Verschleißerscheinungen an Lagern und Getrieben, bevor diese die Drehzahlstabilität oder die Lastverteilung beeinträchtigen. In Antriebssträngen, einschließlich Motoren und Getrieben, liefern Schwingungstrends Einblicke in den Ausrichtungszustand, den Verschleiß von Kupplungen und sich anbahnende Getriebeschäden. Bei Luft- und Vakuumsystemen, einschließlich Ventilatoren, Gebläsen und Vakuumpumpen, erkennt die Schwingungsanalyse Unwuchten, Lagerverschleiß, Verschmutzungen und strukturelle Probleme, die den Luftstrom, die Vakuumstabilität und die Energieeffizienz beeinflussen.
Durch die kontinuierliche Überwachung der Schwingungen in diesen Anlagengruppen gewinnen Werke objektive Einblicke in den Maschinenzustand, die die Prozessmessungen ergänzen und die zustandsorientierte Wartung sowie die vorausschauende Instandhaltung unterstützen.
Zustandsüberwachungsansatz mit VibSys®
VibSys® ist ein kompaktes System zur kontinuierlichen Schwingungszustandsüberwachung und -diagnose an rotierenden Maschinen. Bei Papiermaschinen wird es typischerweise an Sektions- und Hauptantrieben, Getrieben, walzenbezogenen Lagergehäusen und kritischen Hilfseinrichtungen wie Ventilatoren, Gebläsen, Vakuumpumpen und Prozesspumpen eingesetzt . Das Ziel besteht darin, stabile, vergleichbare Indikatoren für den Maschinenzustand und Diagnosedaten bereitzustellen, die Zuverlässigkeitsteams für Trendanalysen, die frühzeitige Fehlererkennung und die Instandhaltungsplanung nutzen können.
VibSys® erfasst hochwertige Schwingungsdaten und verarbeitet Schlüsselindikatoren lokal an der Maschine. Dies ist besonders wichtig bei Papiermaschinen, bei denen Drehzahl und Belastung nicht konstant sind und bei denen zuverlässige Trends über Sortenwechsel und Anlaufbedingungen hinweg benötigt werden. Durch die Extraktion relevanter Merkmale nahe an der Quelle unterstützt VibSys® die konsistente Überwachung des Lagerzustands, von Spiel, Fluchtungsfehlern und sich anbahnenden Getriebedefekten und ermöglicht gleichzeitig eine tiefergehende Diagnose, wenn abnormale Trends auftreten.
Bei großen Maschinen mit vielen Messpunkten ist Skalierbarkeit unerlässlich. VibSys® ist für die maschinenseitige Installation konzipiert, wodurch Verkabelung und Infrastruktur im Bereich von Pressen und Trocknerabschnitten praktikabel bleiben. Offene Datenschnittstellen ermöglichen die Integration von Schwingungsanzeigen und, falls erforderlich, vollständiger Zeitsignaldaten in bestehende Instandhaltungssysteme, Historien oder Analyseplattformen. VibSys® wird ausschließlich zur Zustandsüberwachung und Diagnose zur Unterstützung von Instandhaltungsentscheidungen eingesetzt und ist nicht für Schutz- oder Abschaltfunktionen vorgesehen.
- Kontinuierliche Schwingungszustandsüberwachung an Walzen, Lagern und Antriebssystemen
- Früherkennung von Lagerverschleiß, Fluchtungsfehlern, Unwucht und Lockerheit
- Indikatoren für einen stabilen Zustand unter wechselnden Produktions- und Betriebsbedingungen
- Dezentrale maschinenseitige Installation mit minimalem Verkabelungsaufwand
- Geeignet für anspruchsvolle Umgebungen in der Papierherstellung und Hochtemperaturanwendungen
- Offene Integration mit SPS-, MES-, Historian- und Plattformen für vorausschauende Instandhaltung
- Skalierbare Überwachungsarchitektur für lange und komplexe Papiermaschinen-Produktionslinien
Auswirkungen auf Betriebszeit, Qualität und Wartungsplanung
Der Einsatz der Schwingungszustandsüberwachung mit VibSys® an einer Papiermaschine unterstützt den Übergang von der reaktiven Wartung zur zustandsorientierten und vorausschauenden Wartung. Anstatt Probleme erst bei Ausfällen oder nach Qualitätsbeanstandungen zu entdecken, erhalten Zuverlässigkeitsteams frühzeitig Einblick in Verschleißmuster und können Maßnahmen unter Berücksichtigung von Produktionsbeschränkungen planen.
Ein kontinuierlicher Einblick in den Maschinenzustand hilft dabei, Maßnahmen zu priorisieren, wie beispielsweise den Austausch von Lagern, bevor Lagergehäuse beschädigt werden, die Korrektur von Fluchtungsfehlern nach Walzenwechseln, bevor Schwingungen wiederkehrend auftreten, oder die Behebung von Unwuchten bei Ventilatoren und Pumpen, bevor übermäßige Belastungen auf die Maschinenstruktur übertragen werden. Dies reduziert ungeplante Stillstände, vermeidet Folgeschäden und unterstützt eine besser vorhersehbare Planung von Stillstandsumfängen und Ersatzteilen.
Durch die Trendanalyse des Schwingungsverhaltens sowohl bei kritischen Antriebssystemen als auch bei der breiteren Palette von Hilfssystemen stärken Papierfabriken die Zuverlässigkeit rotierender Anlagen und die langfristige Kontrolle des Maschinenzustands. Das Ergebnis sind weniger Bahnbrüche aufgrund mechanischer Instabilität, stabilere Betriebsfenster sowie eine verbesserte Qualitätskonsistenz und ein energieeffizienter Betrieb der gesamten Papiermaschine.
Kostenlose Online-Schulung zum Thema Schwingungsmessung
Wenn Ihr Team für die Instandhaltung und Zuverlässigkeit rotierender Anlagen in der Zellstoff- und Papierindustrie verantwortlich ist, erleichtern grundlegende Kenntnisse im Bereich Schwingungen die Umsetzung von Maßnahmen auf der Grundlage der Ergebnisse der Zustandsüberwachung. Istec bietet über die Istec Academy eine kostenlose Online-Schulung der Schwingungskategorie 1 für Fachleute an, die eine praktische Einführung in die Grundlagen der Schwingungsanalyse und typische Maschinenfehlermuster wünschen.
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