Zustandsüberwachung

Überwachung im Formel-1-Tempo

Selbst während der laufenden Saison versuchen viele Formel-1-Teams noch, das letzte Quäntchen aus ihren neuen Boliden herauszuholen – unter anderem mit Hilfe von Prüfständen, die die Antriebe der Rennwagen an ihre absoluten Belastungsgrenzen treiben. Dabei verlässt sich die Scuderia Ferrari auf eine Zustandsüberwachungslösung von SKF, die eigentlich aus der Windenergie stammt.

Die ersten Überlegungen der Scuderia Ferrari, ihre Prüfkammern zu modernisieren, begannen bereits 2011. Damals deutete sich an, dass der altgediente 2,4-Liter-V8-Saugmotor – bedingt durch eine Regeländerung – bald Geschichte sein würde. In den Startlöchern stand ein komplett neues Antriebskonzept aus einem 1,6-Liter-V6-Turbo zuzüglich Elektromotor inklusive Rückgewinnungssystem auf Basis von kinetischer und thermischer Energie. Angesichts dieser drastischen Änderung war klar, dass der Rennstall eine neue Generation von Testanlagen benötigte.

Hinzu kam, dass bis dato nicht alle Prüfkammern mit speziellen Systemen zur kontinuierlichen Überwachung des Vibrationsverhaltens von Antriebskomponenten ausgestattet waren. „Wir mussten wirklich zu jeder einzelnen Prüfkammer hingehen, um uns anzuschauen, was genau dort vor sich geht“, erinnert sich Mario Kuluridis, Teamleiter für Prüfanlagen sowie die mechanische und hydraulische Entwicklung in der Testabteilung für Antriebssysteme. „Ein Online-Check von hochfrequenten Daten in Echtzeit war schlicht nicht möglich. Dadurch war die Fehlersuche zu langsam. Außerdem ließen sich so keine Prognosen über die Lebensdauer von Komponenten auf Basis von Trendwerten erstellen.“

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Tuning für mehr Daten-Speed

Auf der Suche nach alternativen Überwachungssystemen wandten sich Kuluridis und sein Team schließlich auch an SKF. Zwar arbeiten die Scuderia Ferrari und SKF schon seit 1947 zusammen, aber im Rahmen dieser Partnerschaft – der längsten ununterbrochenen im gesamten Formel-1-Zirkus – ging es bislang vor allem um spezielle Racing-Lager. Dennoch fanden auch die Elektronik-Experten beider Seiten einen gemeinsamen Ansatzpunkt: die IMx-Plattform von SKF samt @ptitude Observer Software. IMx bietet Zustandsüberwachung, Anlagenschutz und vorbeugende Instandhaltungsplanung in Echtzeit. Der Haken an der Sache: Die Standardausführung der IMx-Plattform ist eigentlich für Anwendungsgebiete wie etwa Windenergieanlagen entwickelt worden. Deren Zustandsüberwachung erfordert viel weniger Datenmengen, viel weniger Kanäle und viel weniger Rechenoperationen bzw. -geschwindigkeiten als das, was die Scuderia Ferrari für ihre Höchstleistungs-Teststände benötigte. Ergo galt es für die SKF Ingenieure, ihre IMx-Plattform zu „tunen“.

Der Scuderia Ferrari schwebte ein integriertes System vor, das bei hochfrequenten Vibrationstests einzelne Elemente des Prüflings überwachen konnte. Um die IMx-Plattform an das Volumen und die Geschwindigkeit des dabei anfallenden Datenstroms anzupassen, konzipierte SKF eine erweiterte Lösung. Dazu gehörte unter anderem zusätzliche Hardware, die in die bereits vorhandene Infrastruktur zu integrieren war. Dabei mussten die Experten darauf achten, dass sich auch das gesamte, neu geschnürte Hardware-Paket über dieselbe Oberfläche steuern lässt: Den Prüfingenieuren der Scuderia Ferrari war sehr daran gelegen, beispielsweise Messungen zu starten oder auch Ergebnisse anzeigen lassen zu können, ohne dafür ständig zwischen verschiedenartigsten Applikationen bzw. Geräten wechseln zu müssen. Zudem wünschte sich das Team ein erweiterbares System mit regelmäßigen Updates, bis zu 30 zusätzliche Sensoren und die Möglichkeit, Routineberechnungen in kurzen Zyklen durchzuführen.

Effizienzsteigerndes Frühwarnsystem

2013 nahm die Scuderia Ferrari das auf ihre speziellen Bedürfnisse zugeschnittene System erstmals in Betrieb – rechtzeitig vor Inkrafttreten der Regeländerung in Sachen Antriebskonzept. „Die Tatsache, dass SKF nicht nur ein offizieller Lieferant, sondern vielmehr ein echter Partner ist, war ein Garant für die erfolgreiche Anpassung an unsere Anforderungen“, meint Kuluridis.

Eine „getunte“ Version des Online-Zustandsüberwachungssystems Multilog IMx-T von SKF verhilft der Scuderia Ferrari zu einer höheren Effizienz ihrer Prüfeinrichtung.

Inzwischen verarbeitet die modifiziert Plattform bis zu 100.000 Messungen pro Sekunde. Sie kann komplexe Analysen vornehmen und die Ergebnisse an das Telemetrie-System schicken, so dass die Entwicklungsingenieure in der Lage sind, den Status des Prüflings online zu überprüfen. Angesichts der enormen Datenmengen sind die Berechnungs- und Übertragungsgeschwindigkeiten des Systems dabei von entscheidender Bedeutung: Die SKF @ptitude-Observer-Software fasst die Beobachtungen zehn bis zwanzig Mal pro Sekunde zu überschaubaren Ergebnissen zusammen. „Das hilft dem Team, sich auf Resultate statt auf Daten zu konzentrieren“, betont Kuluridis.

Jetzt lassen sich die Vorgänge in den einzelnen Prüfkammern in Echtzeit beobachten. Außerdem ermöglichen speziell für die Plattform entwickelte Analyseverfahren und Diagnosen die Identifizierung und Behebung potenzieller Probleme, bevor daraus kostspielige Stillstände werden. Anders ausgedrückt: Da Schäden zu Verlusten einzelner Antriebskomponenten oder im schlimmsten Fall des gesamten Prüflings führen könnten, erhöht das neue „Frühwarnsystem“ die Effizienz der kompletten Prüfeinrichtung. „Gefahr erkannt, Gefahr gebannt“, bestätigt Kuluridis: „Sobald wir gewisse Unregelmäßigkeiten feststellen, tauschen wir das problematische Teil aus. Danach können wir sofort weitermachen. Dadurch haben wir Schäden und Ausfallzeiten spürbar reduziert.“ cs

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