Smeren met behulp van ultrasound

Een pragmatische manier om de juiste hoeveelheid smeervet te bepalen

Het smeren van machines en installaties gebeurt veelal op basis van draaiuren. Een logische aanpak die echter geen rekening houdt met dynamische factoren waaronder (over)belasting, omgevingsfactoren en temperatuur. Een hulpmiddel om over- of ondersmering te voorkomen, is gebruik te maken van ultrasoonapparatuur. Deze instrumenten kunnen eenvoudig een verhoogd wrijvingsniveau vaststellen als gevolg van onvoldoende of juist overmatig vet in bijvoorbeeld een lager. Op basis van de meetresultaten kan de TD vervolgens beslissen bijbehorende maatregelen te nemen of de metingen gebruiken om exact de juiste hoeveelheid smeervet toe te voegen.

Smeertechnisch onderhoud is binnen industriële toepassingen een belangrijke factor om wrijving te minimaliseren en warmte en vuil optimaal af te voeren. Goede smering draagt in dat kader dan ook bij aan een efficiënte maar bovenal betrouwbare loop van de machine. Bedrijven die voldoende aandacht hebben voor dit stukje onderhoud maken vaak gebruik van een planning waarin staat welke machinecomponent op welk tijdstip moet worden gesmeerd. In het meest eenvoudige geval worden deze zogenaamde smeerintervallen bepaald op basis van tijd. Bijvoorbeeld iedere week, iedere maand of eens in het half jaar.

Een iets dynamischer aanpak is het smeren op basis van het aantal draaiuren; dit aantal moet de TD dan ergens bijhouden. Met deze aanpak wordt voorkomen dat machines die onregelmatig worden ingezet te vroeg worden gesmeerd. En uiteraard worden ook visuele en auditieve inspecties veelvuldig toegepast om de status van de smering te controleren.

De diverse methodes om inspecties uit te voeren zijn niet per definitie verkeerd, maar houden geen rekening met factoren die de smeerbehoefte kunnen veranderen. Bijvoorbeeld overbelasting van de machine maar ook temperatuurverschillen of andere omgevingsfactoren. In dat geval kan er ondersmering ontstaan en zal een reguliere smeerbeurt mogelijk te laat worden uitgevoerd. Dit kan leiden tot een verhoogde wrijving – waardoor een hoger energieverbruik –, een hoger geluidsniveau en uiteindelijk een kortere levensduur van componenten.

Inspectie met ultrasoonapparatuur

Een typisch hulpmiddel om de hoeveelheid smering te controleren, is ultrasoonapparatuur. In dit artikel gaan we uit van roterende elementen waarbij een tekort aan smering leidt tot metaal-op-metaalcontact, zoals we dat vooral bij lagers kennen. Precies deze situatie veroorzaakt trillingen met een zeer hoge frequentie boven de 20.000 Hz. Deze trillingen vallen binnen het 'ultrasone bereik' (zie ook het kader) en zijn voor het menselijk oor niet hoorbaar. Speciale ultrasoonapparatuur kan deze frequentie wel detecteren. Ultrasoontechnologie behoort hiermee tot het vakgebied van trillingsmetingen en -analyse, maar beperkt zich tot een specifiek frequentiegebied: het ultrageluid.

Net als bij trillingsanalyse is het mogelijk om de metingen van ultrageluidapparaten zichtbaar te maken in grafieken. Deze kunnen door specialisten worden geanalyseerd, waarna zij hieruit hun conclusies kunnen trekken. Hoewel deze methode zeer nauwkeurig is voor het vaststellen van allerlei problemen, is het nadeel dat er eerst een analyse nodig is die door specialisten uitgevoerd moet worden.

Ultrasoon meten is een vorm van trillingsanalyse, maar dan in het ultrasone spectrum

Om de technologie direct praktisch in te zetten, is ultrasoonapparatuur in staat om de ultrasone geluidsgolven via spectrumanalysesoftware om te zetten in hoorbare signalen. De meting wordt verricht door een sensorsonde op het lager aan te brengen. De hoorbare signalen – die de gebruiker via een koptelefoon ontvangt – worden vaak gecombineerd met visuele informatie in de vorm van een grafiek of spectrum op een display. De combinatie ondersteunt objectief waarnemen omdat de gebruiker niet alleen hoeft te horen – wat vaak subjectiever is – maar zijn waarnemingen ook kan verifiëren via het beeldscherm.

Hierdoor kan vrijwel iedereen met deze apparatuur aan de slag om ter plaatse te horen waar het geluidsniveau afwijkt van de norm. Bij het vaststellen van een afwijking kunnen getrainde technici alsnog via de grafiek de conditie van het betreffende component interpreteren en vervolgens vaststellen welke mogelijke vervolgacties moeten worden gepland.

Wat is ultrasoon geluid?
Ultrasoon geluid maakt onderdeel uit van het totale geluidsspectrum dat wordt uitgedrukt in Hz (aantal trillingen per seconde). Het menselijk oor is in staat om een deel van dit geluidsspectrum op te vangen: typisch tussen de 20 Hz en 20.000 Hz. Het beste horen we tussen de 100 en 5.000 Hz. De zeer lage tonen, dus onder de 20 Hz zijn niet meer hoorbaar maar vaak nog wel voelbaar. Geluid met een frequentie boven de 20.000 Hz wordt ultrasoon geluid genoemd. Dit geluid wordt onder meer door sommige diersoorten gebruikt om zich te oriënteren, te communiceren en te navigeren. In de medische sector wordt het gebruikt in de echografie terwijl de technische branche ultrasoon inzet voor onder meer reinigingsdoeleinden, het opsporen van luchtlekken én het vaststellen van over- of ondersmering.

Voordelen

Ultrageluidmetingen hebben enkele specifieke voordelen die passen binnen het uitvoeren van condition based en voorspellend onderhoud. Zo is het in praktisch iedere omgeving in te zetten. Andere hoorbare geluiden die mensen doorgaans belemmeren om met de oren problemen vast te stellen worden door ultrasoonapparatuur niet opgepikt. Denk daarbij aan het geluid dat andere machines produceren, de radio, buitengeluiden enzovoort. Alleen de zeer hoge geluiden van het lager of andere component waarop de sensorsonde is aangebracht, worden geregistreerd zonder onnodige 'vervuiling'. Daarbij wordt ieder lager afzonderlijk gemeten, wat een duidelijke indicatie geeft per component.

Zoals eerder kort opgemerkt is de apparatuur relatief eenvoudig in gebruik. Er zijn dan ook geen (dure of langdurige) trainingen nodig om aan de slag te gaan, wat het laagdrempelig maakt voor de vaak drukbezette TD's. De metingen zijn bovendien realtime én uit te voeren terwijl de machine gewoon draait. Daarbij is de technologie relatief goedkoop wat eveneens een voordeel is wanneer een TD nieuwsgierig is en het eerst eens wil proberen.

Gebruikers van de nieuwste generatie ultrasoonapparatuur profiteren tot slot van de laatste ontwikkelingen op software- en data-analysegebied. Dat betekent dat deze apparatuur in staat is om bijvoorbeeld grote hoeveelheden gegevens op te slaan en hiermee een historie op te bouwen op basis waarvan trendanalyses zijn uit te voeren. Last but not least: ultrasoontechnologie heeft zich door de tijd bewezen als praktische maar bovenal betrouwbare technologie in het kader van condition based en voorspellend onderhoud.

In de praktijk

Voor het uitvoeren van ultrasoonmetingen is een ultrasoon apparaat nodig dat door diverse fabrikanten en leveranciers wordt aangeboden. Bedrijven die beginnen met ultrasoonmetingen, zullen eerst een referentiemeting moeten uitvoeren. De beste uitgangssituatie is natuurlijk een 'goed' lager waarmee een waarde – of een gemiddelde waarde op basis van verschillende metingen – beschikbaar is die de medewerker als referentie kan gebruiken.

Wanneer de apparatuur en referentiewaarden beschikbaar zijn, is ultrageluidapparatuur op twee manieren in te zetten.

1. Het inspecteren van lagers en het vaststellen van afwijkingen ten opzichte van de referentiemeting. Deze afwijkingen worden eventueel verder beoordeeld of direct gebruikt om onderhoud in te plannen. Over het algemeen moet het lager worden gesmeerd wanneer de amplitude van een lager groter is dan 8 dB en er geen verschil is in de geluidskwaliteit op de basislijn.
2. Het bepalen wanneer er voldoende smeermiddel is toegevoegd. Ook dit is een veelgebruikte toepassing waarmee vooral oversmering van lagers is te voorkomen. Voor dit doeleinde meet de medewerker het geluidsniveau terwijl hij vet toevoegt. Het decibelniveau zal hierbij veranderen en zich richting de optimale waarde bewegen. Wanneer deze waarde is bereikt, stopt de medewerker met smeren. Uiteraard geldt dit alleen wanneer het lager ook daadwerkelijk smeermiddel nodig heeft. Als de waarden afwijken omdat er al eerder te veel smeermiddel is toegevoegd, dan zullen de waarden alleen maar verder oplopen en zich juist van de optimale waarde af bewegen. De medewerker zal direct begrijpen dat hij het smeren moet stoppen en eventueel aan de slag gaan met het reinigen van het lager van het overschot aan smeervet.

Dataloggen

Het gebruiken van ultrasoonmetingen om de juiste hoeveelheid vet te bepalen, is praktisch en betrouwbaar. Om op een hoger niveau te profiteren van deze technologie, is het aan te raden om bij iedere smeeractiviteit aan een specifieke component te noteren wanneer deze heeft plaatsgevonden en hoeveel vet er is toegevoegd. Met de huidige generatie onderhoudsprogramma's en de beschikbaarheid van tablets zou dat geen probleem moeten zijn.

Het vastleggen van deze relatief eenvoudige gegevens ondersteunt onder andere het bepalen van de hoeveelheid vet die per lager nodig is en heeft hier ook een logistieke waarde. Bovendien is de planning van het smeertechnisch onderhoud te finetunen waarmee er niet te vroeg, maar ook niet te laat wordt gesmeerd.

Oversmering kan leiden tot verhoogde wrijving en kost onnodig veel smeervet

In beide gevallen levert dit voordelen op: indien de smeerintervallen groter kunnen worden gemaakt op basis van de metingen, bespaart de TD op arbeidsuren en smeermiddelen. Als de smeerintervallen eigenlijk te lang waren en er dus vaker gesmeerd moet worden, betekent dit dat er voortdurend sprake is geweest van onnodige wrijving, wat de levensduur van componenten verlaagt en het energieverbruik verhoogt. Door vaker te smeren worden deze nadelen opgelost, wat gepaard gaat met kostenvoordelen.

Wie wil starten met ultrasoonmetingen in het kader van smeertechnisch onderhoud, doet er verstandig aan om een leverancier te zoeken van de apparatuur die ook bereid is advies te geven en te ondersteunen bij de implementatie. Hiermee is dit stukje voorspellend onderhoud vanaf de basis goed neer te zetten en is het profijt maximaal.

Met medewerking van SDT Ultrasound Solutions en SKF