CONDITIEBEWAKING  
Maintenance Magazine 152 – juni 2021

Ultrasone conditiebewaking voorkomt lange machinestops

Industriële en ambachtelijke bedrijven doen almaar meer aan conditiebewaking binnen de onderhoudsprocedures van hun machinepark. Daarbij wordt onder meer gebruik gemaakt van meetapparatuur voor ultrageluiden. De kost, de eenvoud in gebruik en de veelzijdigheid van deze technologie zijn enorme troeven.

Conditiebewaking heeft als voordeel dat er minder storingen in de productie zullen ontstaan door onverwachte machinestilstanden. Bovendien verschaffen conditiemetingen inzicht in de staat van het machinepark, zodat het minder nodig is de machines stil te leggen voor periodieke onderhoudsbeurten. Diverse fabrikanten van lagers en sensoren, hard- en softwareproducenten bieden systemen aan die op conditiebewaking gebaseerde onderhoudsprogramma’s ondersteunen. Een zo een methode werkt op basis van ultrasone geluiden.

Wat is ultrasoon?

Al sinds mensenheugenis kunnen bepaalde geluiden kenmerkend zijn voor de slechte werking van machines of hun onderdelen. Maar het menselijk oor kan lang niet al die geluiden waarnemen. Ultrageluid of ultrasoon geluid is het geluid waarvan de frequentie te hoog is om gehoord te worden door het menselijk oor. Dit geluidsgebied strekt zich uit van ongeveer 20 tot 100 kHz. Bij de mens is dit afhankelijk van de leeftijd, de gehoordrempel. Jongeren kunnen hoge tonen iets beter horen dan ouderen. Sommige dieren, zoals honden, vleermuizen en dolfijnen, kunnen hogere tonen waarnemen dan mensen.

Lekken en wrijvingen

Ultrasone trillingen kunnen onder meer ontstaan bij vlammen of in speciale fluitjes, maar worden ook opgewekt bij de omzetting van elektrische- of magnetische energie in mechanische energie. Meetsondes die ultrasone geluiden detecteren, kunnen worden ingezet om lekken in lucht- en gasleidingen en reservoirs op te sporen, slecht functionerende kleppen te identificeren, elektrische ontladingen te meten en de efficiënte werking van kogellagers te controleren. “Door het uitvoeren van ultrasoonmetingen kunnen we smeringgerelateerde problemen en lagerfouten al in een heel vroeg stadium vaststellen”, vertelt Peter Boon, manager voor de Benelux bij specialist UE Systems. “Bovendien is de techniek veelzijdig inzetbaar, ook bij bijvoorbeeld extreem traag draaiende lagers, bij hoogspanningscomponenten en om hydraulische systemen op lekkages te controleren. Dankzij de directionele werking van ultrasone geluidsgolven weten we precies waar afwijkende signalen hun oorsprong hebben.”

Invloed van de pandemie

“Ultrasone meting is nuttig voor heel de industrie, van kmo tot multinational”, meent ook Benoit Degraeve, commercieel directeur bij specialist SDT. “Traditioneel werd en wordt onze hulp vooral ingeroepen om lekken op te sporen. Bij onze recentere klanten merken we twee types motivatie. De eerste is de keuze voor preventief onderhoud, om zo het onverwacht uitvallen van machines met draaiende onderdelen te voorkomen. Een tweede, meer recente motivatie, is het streven naar energiezuinigheid. Vlot draaiende lagers verbruiken immers minder energie dan lagers met verstoorde werking. Nieuwkomers op onze markt mikken vooral op die tweede motivatie. Maar eigenlijk hangt de keuze om ultrasoon in te zetten helemaal af van de bedrijfscultuur van de mogelijke gebruikers. Bij bedrijven die weinig of geen belang hechten aan preventie of energie-efficiëntie vinden we geen interesse. Gelukkig is dat aan het veranderen. Meer en meer bedrijven voelen wel die belangen aan en baseren zich op benchmarks of internationale standaarden. De Covid-19 pandemie heeft dit versterkt. Doordat bij veel bedrijven de omzet terugviel gingen ze ook middelen zoeken om hun operationele kosten te verlagen.”

Eenvoudige techniek

“Een mooi aspect van ultrasoon is dat het een heel eenvoudige techniek is die eenvoudig kan worden aangeleerd”, verklaart Degraeve. “Je kan je erin verdiepen tot op drie expertiseniveaus. “In het eerste niveau blijf je beperkt tot het vaststellen van problemen op basis van de hoorbare geluiden, die de meetapparatuur genereert vanuit het ultrasone niveau. Op een tweede expertiseniveau voer je regelmatig nieuwe metingen uit. Door die met elkaar te vergelijken kan je beoordelen in hoeverre een lager ‘vermoeid’ geraakt. Op niveau drie ga je de meetgegevens verder analyseren, zoals dat bij vibratiemetingen gebeurt. Om gewone metingen uit te voeren volstaat een opleiding van een of twee uur. Om de software te beheersen om gegevens te analyseren heb je minstens een halve dag opleiding nodig. En om een expert te worden is een week training een absoluut minimum.”

Geen externe specialisten nodig

Ook volgens Boon is het niet nodig om externe specialisten in te huren. Een theoretische en praktische opleiding van één dag volstaat om een stevig instapniveau te bereiken”, licht Boon toe. “Voorkennis is geen absolute vereiste, al kan een achtergrond in de mechanische werking van lagers en machines alleen maar nuttig zijn.” Er bestaan algemene standaardtrainingen. “Die worden verzorgd door ondernemingen die zich toeleggen op training en opleiding”, vervolgt Degraeve. “We geven ook opleidingen, maar die zijn specifiek gericht op het gebruik van onze toestellen. Wij pretenderen niet dat we de finesses kennen van andere fabricaten. Onze trainingen zijn ook specifiek gericht op de noden van individuele klanten. We organiseren die op hun eigen sites. Verder bieden we een online platform aan.”

Referentiewaarde

Om in te schatten welk geluid afwijkend is, is het nodig over een ‘goede’ referentiewaarde te beschikken. “Wanneer een lager goed functioneert, produceert hij een uniform geluid”, legt Boon uit. “Het maakt geen verschil welk type rollende elementen hij bevat of wat zijn diameter is. Ook de belasting en het toerental zijn geen bepalende parameters. Zodra er een ‘verandering’ optreedt in een lager verandert zijn geluid. Zelfs microscopische schade kan al een knetterend geluid opleveren. Wanneer de schade zwaar is, klinkt het erg ruw. In het ideale geval kunnen we de referentiewaarde opnemen wanneer een lager gloednieuw is. In de praktijk gebeurt dit echter zelden en zijn de te controleren lagers al langer in gebruik. Wanneer de meting een uniform geluid oplevert, is dat al een goed teken. We kunnen ook een referentiemeting uitvoeren door het mogelijke probleem eerst (tijdelijk) weg te smeren.”

Geluid en geluidspatroon

“Elk lager is uniek en heeft een eigen referentiewaarde. Metingen boven de referentiewaarde betekenen in de eerste plaats dat het smeringspatroon van de draaiende onderdelen moet worden aangepast”, geeft Degraeve mee. “Vanaf 16 dB volstaan extra smeerbeurten niet meer. Dan is er al effectieve schade, die ook voelbaar wordt door de vibraties. Ultrasone metingen kunnen niet alle lagerproblemen identificeren of ze volledig analyseren. Boon: “Aan de hand van alleen de geluidsmeting kan je nooit zeggen wat de aard van de schade is. Dit hangt samen met het aantal decibels. Ook ultrasone geluiden hebben, hoewel onhoorbaar, een dB-waarde. Een goed draaiende lager veroorzaakt er weinig. Een slecht draaiende veroorzaakt wrijving en daarmee ook decibels. Je kan dan besluiten om bijvoorbeeld 8 dB boven de referentiemeting in te stellen als smeeralarm en 16 dB als schade-alarm.” Ook het geluidspatroon speelt een rol. Een uniform patroon is een gezond teken, een patroon met veel pieken en dalen wijst op problemen.

Beperkingen

“Je kan met ultrasone monitoring geen diepte-analyses zoals die van mogelijke vibraties uitvoeren. Dat is complexer. De vibratiemeting zelf is wel vrij eenvoudig, maar het kost tijd en vergt kennis om deze meetgegevens te analyseren. Ze wordt dan ook meestal overgelaten aan externe dienstverleners. Het komt er dan op aan de oorzaak vast te stellen. Deze analyse kan meer precies duiden welke schade op welke delen van de lager de foutindicaties aanwijzen”, stelt Boon.

De ideale referentiemeting vindt plaats wanneer het lager gloednieuw is

Gestandaardiseerde aanpak

De degelijke uitvoering van een ultrasone conditiemeting vergt een gestandaardiseerde aanpak. Boon: “Dit houdt in dat je na de referentiemeting telkens weer met een vaste regelmaat moet meten op hetzelfde testpunt en met dezelfde meetsonde. Je moet de ultraprobe zien als een soort radio. De frequenties (een kleine bandbreedte) waarop we dit instrument afstellen is het geluid dat wij horen. Het gaat er om een zo helder mogelijk geluid binnen te krijgen. Onze apparatuur zet ultrasoon geluid om in hoorbaar geluid, dat we via een koptelefoon ontvangen. De aanbevolen frequentie voor het meten van normale lagers ligt op 30 kHz. Dit betekent dat we op die frequentie het helderste signaal ontvangen. Voor traag tot zeer traag draaiende lagers ligt dit niveau tussen de 30 en 20 kHz.” Degraeve: “Onze sensoren zijn gevoelig voor een frequentie van 38,8 kHz. Door het negeren van andere frequenties ontvang je een zeer helder signaal. Volgens de DIPF-curve (Design-Installation-Potential Failure) vormen ultrasoonmetingen een meer geavanceerde technologie dan vibratiemetingen, omdat ze mogelijke problemen in een veel vroeger stadium blootleggen. Wanneer er vibraties optreden of de temperatuur van een machine voelbaar verhoogt, is een probleem al veel verder gevorderd.”

Ook voor kleine bedrijven

Belangrijke gebruikers van ultrasone meettechnieken zijn de petrochemie, de voedingssector en de logistiek. “De voeding en de logistiek gebruiken veel transportbanden en lagers. In de petrochemie gaat het overwegend om lekdetectie. Ook de automobielsector zet hiervoor almaar meer in op ultrasoon. Dit zijn sectoren met grote spelers, maar voor de conditiemeting van lagers is de toepassing even geschikt voor kleinere ondernemingen, zelfs met slechts één compressor”, aldus Boon.

Door Koen Mortelmans