CASE STUDY // AUTOMATIONWIR REALISIEREN INTELLIGENTEZUSTANDSÜBERWACHUNG.
Unsere Experten entwickeln zustandsorientierte Wartungsstrategienfür die Großproduktion von Spezialpapieren bei der Mitsubishi HiTec
Paper Europe GmbH.
Ob Kassenzettel, Kontoauszug oder Ticket – Thermopapier ist allgegenwärtig. Rund
300 Tonnen davon werden täglich von Streichmaschine 3 bei der Mitsubishi HiTec
Paper Europe GmbH mit einer Spezial-Beschichtung versehen. Und das in RekordGeschwindigkeit von bis zu 1.730 Metern/Minute. 26 Lüftereinheiten sorgen fürberührungslose Trocknung des Papiers. Durch 26 FAG SmartCheck-Systeme
werden diese Ventilatoren auf abweichende Schwingungen überwacht. So lassensich Maschinenausfälle vermeiden, die Produktion optimieren und die
Gesamtbetriebskosten deutlich reduzieren
Thermo-, Inkjet-, Selbstdurchschreibeoder Etikettenpapier. Das Basispapier wird
im eigenen Haus hergestellt, sodass sich
Papiere und Funktionsstrich optimal
aufeinander abstimmen lassen.

The futuristic-looking Coating Machine 3 built in 2001 is the result of adesign study carried out by the machine manufacturer.
[Source: Mitsubishi HiTec Paper Europe GmbH]

Wir machen aus Papierveredelungeine Hightech-Angelegenheit
Die Mitsubishi HiTec Paper Europe GmbHist Teil der internationalen Mitsubishi
Paper Mills Gruppe und betreibt zwei
Standorte in Bielefeld (MPEB) und
Flensburg (MPEF). Das traditionsreiche
Werk in Nordrhein-Westfalen mit über418.000 Quadratmeter Werksgelände
zählt rund 450 Mitarbeiter und verfügt übereine Produktionskapazität von 150.000
Tonnen pro Jahr. Das Portfolio umfasst
gestrichene Spezialpapiere für alleAnwendungsbereiche undDrucktechnologien, beispielsweise T

Jürgen Heitland, Leiter Elektronik, Messund Regeltechnik (EMSR) bei MPEB,
beschreibt: „An Streichmaschine 3
veredeln wir das Rohpapier mit einem
Vor- und einem Deckstrich und verleihen
ihm seine Thermofunktion. Um einen
einwandfreien Strich zu gewährleisten,muss das bis zu 2,9 Meter breite Papierberührungslos getrocknet werden.
Insgesamt 13 Heißlufttrockenhauben mit
jeweils zwei großen Radialventilatoren für
Zu- und Abluft übernehmen diese kritische
Aufgabe.“ Die Zuluftventilatoren blasen die
bis zu 250 Grad Celsius heiße Luft in die
Trockenhauben. Dabei darf die Oberfläche
des Thermopapiers nicht über 68 Grad
Celsius erhitzt werden. Andernfalls kommt
es nach dem Prinzip des Thermodruckers
zu einer unerwünschten Vergrauung.
Die größeren Zuluftventilatoren habeneinen Durchmesser von knapp über einem
Meter und wiegen rund 100 Kilogramm,

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die Abluftventilatoren sind etwas kleiner
und leichter. Bewegen sich nun bis zu 100
Kilogramm Ventilatormasse mit einer
Drehzahl von 1.500 Umdrehungen pro
Minute, kommt es im Laufe der Zeit zu
Unwucht, die direkt zulasten der Lagerung
geht. Wird diese Unwucht nicht rechtzeitig
erkannt und behoben ist Minderproduktion
oder, falls eine der ersten vierHeißlufttrockenhauben betroffen ist,
Produktionsstillstand die Folge.

Lösung, erklärt: „Das Frühwarnsystem mit
dem FAG SmartCheck ermöglicht uns
Vorlaufzeiten von bis zu mehreren
Monaten vor dem tatsächlichen Ausfall
einer Komponente. Es bleibt genügend
Zeit, um Ersatzteile zu bestellen und einenAnlagenstillstand für Wartungs- undReparaturarbeiten geplant einzuleiten. So
erhöht sich die Maschinenverfügbarkeit
und Prozesssicherheit enorm.“

Wir bilden Experten-Teams
Unser Wechsel zu
zustandsorientierter Wartung
Mitte 2013 fiel wegen einer nicht
rechtzeitig erkannten Unwucht an
Streichmaschine 3 ein Lüfter komplett aus.
Neben der Lagerung waren auchAnbauteile stark beschädigt. Es kam zu
einem kurzfristigen Anlagenstillstand undeiner anschließenden Reduzierung der
Produktionsgeschwindigkeit.
Der EMSR-Leiter blickt zurück: „Dieser
Lüfterausfall war der Auslöser dafür, dasswir nach einer Möglichkeit gesucht haben,um von der zeitbasierten zur
zustandsorientieren Wartung zu wechseln.
Wir wollten in der Lage sein, frühzeitig
Unwuchten oder Wälzlagerschäden zu
erkennen, bevor sie durch Geräuscheoder Temperaturanstieg deutlich werden.
Denn sobald die Temperatur ansteigt, ist
es meistens schon zu spät für einen
geplanten Komponentenaustausch. Dannmuss es schnell gehen. Doch in der Regelsind Ersatzteile nicht sofort verfügbar.
Folglich fällt der Ventilator länger aus.
Solche ungeplanten Ausfälle sind immer
kostenintensiv.“
Arkadius Schostak, Leiter Service bei derFirma Werthenbach und federführend in
der Entwicklung und Umsetzung der

Werthenbach arbeitet im Wälzlagerbereich
bereits seit Jahrzehnten mit Schaeffler
zusammen. Als autorisierter
Premiumpartner realisiert das
Unternehmen mithilfe desWälzlagerspezialisten und dessen
Serviceexperten unter anderem Projekterund um Zustandsüberwachung. „Wir
setzen auch bei anderen Kunden den
FAG SmartCheck ein, aber der Umfang
dieses Projekts bei MPEB war wirklich
außergewöhnlich“, so Arkadius Schostak.
Auch mit MPEB verbindet Werthenbacheine jahrzehntelange Zusammenarbeit.
Entsprechend gut kennt und versteht das
Serviceteam die Kundenbedürfnisse.
Die Zusammenarbeit zwischen Schaeffler
und Mitsubishi Electric entstand 2010 im
Zuge der Produktentwicklung des FAG
SmartCheck. Heute ist Schaeffler Partner
der Mitsubishi Electric e-F@ctory Alliance.
Christoph Behler, Senior Business
Development Manager der Factory
Automation – European Business Groupbei Mitsubishi Electric, beschreibt:„Schaeffler suchte damals nach einer
Möglichkeit, den intelligenten
Schwingungssensor über eine ebenso
intelligente Steuerung an Kundensysteme
und Datenbanken anzubinden.

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CASE STUDY // AUTOMATIONDie Steuerungen unserer MELSEC LSerie sind in der Lage, über Ethernet in
die Leit- und in die Sensorebene mit allen
gängigen Feldbussystemen zu
kommunizieren. Das zwischen Sensor und
Steuerung laufende SLMP-Protokoll(Seamless Message Protocol) basiert auf
Ethernet TCP/IP und ermöglicht daher
gleichzeitig den Systemzugriff über einen
Webbrowser sowie die bidirektionale
Datenkommunikation mit der Steuerung.“
Von der Feststellung des Problems bis zur
Inbetriebnahme der Lösung verging ein
halbes Jahr. Zunächst erstellte
Werthenbach die komplette
Dokumentation, holte dann basierend auf
einer Offline-Schwingungsmessung aller
Ventilatoren weitere Daten ein und wertetesie aus. Schaeffler wiederum verfasste auf
Grundlage der Ergebnisse
Handlungsempfehlungen und erstellteeinen Maßnahmenkatalog. Alle
Informationen flossen in einen
Lösungsvorschlag. Nach eingehender
Prüfung durch die Techniker von MPEB
erhielt Werthenbach den Auftrag und nachetwa sechs Wochen konnte das System in
Betrieb genommen werden. Die Montage
führte Werthenbach durch, die
Konfiguration und Aktivierung übernahm
Schaeffler. Die Einrichtung der
Netzwerkkommunikation, also dietatsächliche Integration der umfangreichenÜberwachungslösung in das
Kundensystem, dauerte mit Unterstützung
von Mitsubishi Electric nur wenige
Stunden.

An FAG SmartController in the form of a Mitsubishi Electric PLC from
the MELSEC L-series operates as a bidirectional gateway between thecustomer controller and sensors in the condition monitoring system.
[Source: Mitsubishi Electric Europe B.V.]

Konkrete Kundenanforderungen
und unsere konkreten Lösungen
Die technische Abteilung von MPEB hatte
konkrete Anforderungen an eine OnlineMonitoring-Lösung. Ein Hauptkriterium
war ein möglichst geringer und damit
kostengünstiger Verkabelungsaufwand.
Durch die Verwendung von Power-overEthernet (PoE) ließ sich die Kabelmenge
auf ein Drittel reduzieren.
Thomas Schmitz, Servicemanager
Condition Monitoring bei Schaeffler, führt
aus: „Gerade bei der Aufrüstung einer
bestehenden Anlage ist es oft kompliziert,
Kabelwege nachträglich zu legen, umso
mehr bei Streichmaschine 3, die übermehrere Ebenen geht. Dank PoE ist nur
ein Kabel nötig, statt je eines
Kommunikations-, Spannungs- und
Zusatzsignalkabels. Neben dem
bidirektionalen Datenaustausch versorgt
das Kabel das komplette System mit
Strom und verbindet es über Ethernet mit
dem Netzwerk. Alle Signale werden vom
FAG SmartController den Empfängern
zugewiesen. Der dafür notwendige
Programmieraufwand war minimal.“

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Eine weitere Herausforderung bestand in
der automatisierten Verarbeitung derDrehzahlen ohne Beeinträchtigung derKundensteuerung. Diese Anforderung
erfüllt der FAG SmartController. Als
intelligentes Gateway zwischen
Kundensteuerung und Sensorik ermöglicht
er die bidirektionale Kommunikation und
ist über das Ethernet-Kabel per PoESwitches mit den FAG SmartChecks wie
auch mit der Kundensteuerung
verbunden. Er leitet die Schwingungsdaten und Statusinformationen der
Sensoren an die Kundensteuerung, vonwo aus sie in einem SCADA-System
visualisiert werden können. Zudem verteilt
der SmartController die individuellen,
variablen Drehzahlinformationen aus derKundensteuerung an die einzelnen
Sensoren.
Die Lösung ist frei erweiterbar, sodass
sich künftig die komplette vierstöckige
Maschine über ein einheitliches Systemüberwachen lässt, um das Verhalten allerrotierenden Teile bei Drehzahlerhöhung
genau zu erfassen. Theoretisch ist der
Systemzugriff von jedem Arbeitsplatz im
Werk möglich, der über die
entsprechenden Programme verfügt. Übereine VPN-Anbindung kann sich auch das
Werthenbach-Serviceteam zur
Unterstützung von extern aufschalten.
Außerdem ist die Hardware für eine
WLAN-Anbindung vorhanden, die künftig
den Zugriff über mobile Endgeräte zu
jeder Zeit von jedem Ort im Werksgelände
ermöglicht.

Kleines Gerät – große Wirkung:Unser FAG SmartCheck
Die Zustandsüberwachung zeigt
Grenzwertüberschreitungen rechtzeitig an.
Dazu verfügen die FAG SmartCheckSysteme über eine Statusanzeige per
Ampelfunktion. Ändert sich der Status vongrün auf gelb, wurde ein zuvor definierter
Grenzwert überschritten. Die Anlage kannaber vorerst regulär weiterlaufen. Ein roter
Alarm bedeutet akuten Handlungsbedarf.
Über einen integrierten Webserver kanndas Bedienpersonal auf jeden einzelnen
Sensor zugreifen und sich detaillierte
Informationen anzeigen lassen. Bei Bedarfübermittelt Werthenbach diese
Informationen an die Spezialisten von
Schaeffler, die nicht nur das Problem
benennen, sondern auch eine schriftliche
Handlungsempfehlung erstellen. Da das
System bis zu drei Monate im Vorfeld eineerste Warnung über den gelben Voralarm
meldet, ist ausreichend Zeit, um einenAnlagenstillstand zu planen und
Ersatzteile zu bestellen. Lagerschäden
werden somit vermieden.
Die Monitoringlösung ermöglicht neben
der reinen Lagerüberwachung ein
komplettes Prozessmonitoring. Thomas
Schmitz erklärt: „Je ein FAG SmartCheck
System überwacht eine Lüftereinheit auf
unzulässige Schwingungen. Dabei haben
die beiden Stehlager und das Lüfterrad
jeweils ein eigenes Schwingungsmuster.
Mithilfe der Datenhistorie lassen sichTrendkurven erstellen, auf deren
Grundlage Rückschlüsse auf
Maschinenzustand und Prozesse gezogen
werden können. So lässt sich oft sogar
erkennen, wann und vor allem warum ein
Problem zum ersten Mal aufgetreten ist,um es dann endgültig zu beheben.

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Basierend auf aussagekräftigen Datenkann MPEB langfristig das Verhalten derAggregate unter sich ständig ändernden
Produktionsbedingungen verfolgen undgezielt konstruktive Verbesserungenvornehmen.“

Das Fazit
Bereits wenige Monate nach
Inbetriebnahme bewies das
Monitoringsystem sein Können undmeldete Auffälligkeiten an zwei AbluftSchwebetrocknern. Das WerthenbachServiceteam erfasste die Daten und führte
eine erste Analyse durch. Die Experten
von Schaeffler gingen noch einen Schritt
weiter und stellten die Ergebnisse sowie
eine Handlungsempfehlung in einem
schriftlichen Report zusammen. Der
Grund für die Auffälligkeiten waren eineunzulässig hohe Unwucht sowie ein
Außenringlagerschaden. Beide Probleme
konnten durch eine geplante Wartung
zeitnah behoben werden, lange bevor die
Unwucht hör- oder spürbar geworden oderes gar zu Schäden an angrenzenden
Komponenten gekommen wäre. Eineaufwändige, langwierige Fehlersuche undhöhere Folgekosten ließen sichvermeiden.

Aufgrund der guten Ergebnisse desPilotprojektes entschloss sich Mitsubishi
HiTec Paper Europe, die Streichmaschine
am Standort Flensburg ebenfalls mit dem
FAG SmartCheck auszustatten. 22
Systeme überwachen dort mittlerweile die
Schwingungen an elf Zu- und
Abluftventilatoren. „Das System wurde
erfolgreich installiert! Aktuell erstellen wir
für zwei weitere Interessenten
entsprechende Vorschläge in ähnlichem
Umfang“, so Arkadius Schostak. „Eine
solche Lösung ist in jedem Bereich derProzesstechnik denkbar, in dem es bei
kontinuierlichen Abläufen zu
Schwingungen kommt, beispielsweise an
Elektromotoren, Pumpen, Kompressorenoder Getrieben.“Jürgen Heitland schließt ab: „Die
Zustandsüberwachung mit dem FAG
SmartCheck bedeutet für uns einen
entscheidenden Schritt in Richtung
Industrie 4.0. Der FAG SmartController ist
dabei das Herzstück, denn durch ihn sind
wir in der Lage, Informationen desSensors auf Feldebene über die
Steuerungsebene und das MES bis zum
ERP-System weiterzuleiten und dort zu
nutzen sowie Daten von höheren Ebenen
direkt in die Feldebene zu
implementieren.“Ziel ist es, das Wissen rund um das
Monitoringsystem beim hauseigenen
Technik- und Bedienpersonal von MPEB
aufzubauen, sodass das Systemselbstständig betreut werden kann.
Werthenbach begleitet den Kunden
während dieses Lernprozesses unter
anderem mittels Fernanalyse der Daten.
Zudem sind erste Personalschulungengeplant.

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