FMEA

Als een preventieve onderhoudsstrategie zinvol is, kan men besluiten periodiek- of toestandsafhankelijk onderhoud te plegen. De eerste stap in een preventieve onderhoudsstrategie is het maken van een FMEA [10, 29].Een FMEA brengt in kaart welke faalmechanismen kunnen optreden en wat de gevolgen zijn van deze faalmechanismen. De onderdelen van een FMEA staan weergegeven in tabel 4 [29].

Tabel 4: De 10 onderdelen van een FMEA analyse

1. Functies van het product 6. Kans op optreden

2. Faalwijzen 7. Kans op tijdig ontdekken 3. Oorzaken van een faalwijze 8. Bereken RPN

4. Gevolgen van een faalwijze 9. Bepaal acties

5. Ernst van elke gevolg 10. Bepaal nieuwe RPN waarde

De FMEA analyse voor een tandwielkast is per marktsegment hetzelfde, weergegeven in figuur 13. Het verschil in deze FMEA’s zijn de RPN’s (Risk Priority Number). De RPN’s worden per marktsegment toegelicht en vergeleken met elkaar. De schaalverdeling die gebruikt is bij de FMEA’s is terug te vinden in bijlage III [30]. Function Functional Failure Failure Mode Failure Effect

Serious-ness of failure Probability of failure mode Detect-ability ^{RPN Actions}

(Loss of function) (Cause of failure) (What happens when it fails) (S) (P) (D) (S x P x D)

Reduceren of versnellen van het

toerental en evt. veranderen van de draairichting van een

krachtwerktuig naar een aangedreven as

A ^{geen mechanische} _overbrenging 1 ^{Afgebroken deel} _{van een tand}

Deel van de afgebroken tand gaat tussen de tandingrijping zitten waardoor de tandwielkast vastloop. Vaak grote gevolgschade.

2 Lagerdefect

Weerstand in de tandwielkast wordt te groot waardoor de tandwielkast vastloopt. Vaak grote gevolgschade.

3 Tandwiel los op as

Tandwielkast heeft geen aandrijving meer. Vaak grote gevolgschade

4 Gebroken as

Tandwielkast heeft geen aandrijving meer. Vaak grote gevolgschade

5 ^Losgeschoten _koppeling

Tandwielkast wordt niet meer aangedreven. Kans op grote gevolgschade.

B

Onvolledige belasting. Overbrenging van minder vermogen dan

normaal 2

Te hoge temperaturen van kasthuis, lagers &

olie

Temperaturen lopen te hoog op. Lagerschades kunnen ontstaan

1 ^{Afgebroken deel} _{van een tand} ^{Deel van de tand valt in het} _{kasthuis. Mindere tandingrijping.}

De FMEA in figuur 13 is uitgevoerd voor ieder marktsegment [33, 36]. Om dit overzichtelijk weer te geven in één figuur (figuur 14) zijn alleen de relevante kolommen weergegeven met de RPN waardes zodat deze gemakkelijk te vergelijken zijn.

Figuur 14: Overzicht FMEA marktsegmenten

6.1.1 Windmolen

De RPN is het hoogst bij faalmechanismen die worden veroorzaakt door afgebroken tanddelen en kapotte rollagers. Verderop in dit rapport worden rollagers kortweg aangeduid als lagers. Glijlagers zijn hier niet van belang. Tijdens inspecties door SG&S in windmolens blijkt dit een veel voorkomend faalmechanisme. De ernst van de faalmechanismen is bij het falen van de tandwielkast gelijk. Vaak veroorzaken faalmechanismen ernstige gevolgschade aan de tandwielkast. In gevallen dat de tandwielkast nog wel functioneert, kan deze gevolgschade beperkt worden, wat blijkt uit de lagere RPN waarde van 180. De focus van het preventief onderhoud moet liggen op het voorkomen van tandbreuken en kapotte lagers.

6.1.2 Overslag

De faalmechanismen met de hoogste RPN zijn kapotte lagers, tandwielen die los op de as zitten en gebroken assen. Kapotte lagers zijn de hoofdoorzaak bij faalmechanismen en komen het vaakst voor. Een tandwiel dat los op de as zit en een gebroken as leiden tot dezelfde gevolgen, namelijk dat er geen controle meer is op de aangedreven as. Remschijven worden gemonteerd op de snelst draaiende as, meestal de ingaande aandrijvende as. De hoge RPN waarde is te verklaren door het feit dat deze twee oorzaken gevaarlijk zijn doordat de bak van de hijsinstallatie naar beneden valt. Vaak is het gewicht van deze bak aanzienlijk (40 ton) en zijn er mensen in de buurt die gevaar lopen. Faalmechanismen aan de tandwielkast kunnen allemaal leiden tot grote gevolgschade vergelijkbaar met een tandwielkast in een windmolen. De focus van een preventieve onderhoudsstrategie moet liggen op het voorkomen van kapotte lagers, losse tandwielen op assen, en gebroken assen.

Failure Mode S P D RPN S P D RPN S P D RPN Actions

Afgebroken deel v/e tand 8 4 10 320 8 2 10 160 8 2 10 160 Koppelmeting, visuele inspectie

Lagerdefect 8 7 6 336 8 5 6 240 8 3 8 192 ^{Temperatuur meting, olieanalyse,} _{trillingsanalyse, visuele inspectie}

Tandwiel los op as 8 1 10 80 10 2 10 200 10 2 10 200 Trillingsanalyse, visuele inspectie

Gebroken as 8 1 10 80 10 2 10 200 10 1 10 100 Koppelmeting

Losgeschoten koppeling 8 1 10 80 8 1 10 80 8 1 10 80 Visuele inspectie Te hoge temperaturen van

kasthuis, lagers & olie ^{5 4 6 120 5 3 5 75 5 2 4 40 Visuele inspectie, temperatuur meting} Afgebroken deel v/e tand 5 6 6 180 5 2 5 50 5 2 4 40 Visuele inspectie, koppelmeting

Scheepvaart Overslag

6.1.3 Scheepvaart

De twee belangrijkste oorzaken van een faalmechanisme zijn kapotte lagers en een tandwiel dat los op de as zit. Beide oorzaken komen niet vaak voor, wat bevestigt dat de betrouwbaarheid van een tandwielkast in een schip hoog is. De hoge RPN waarde bij een lager defect is te wijten aan de ernst van deze schade en de kleine kans op het tijdig ontdekken van deze schade. Lagerschade veroorzaakt vaak gevolgschade en de kans op tijdig ontdekken is klein doordat er een minimaal preventieve onderhoudsstrategie gevolgd wordt binnen de scheepvaart. De hoge RPN bij een tandwiel dat los op de as zit, is te wijten aan het feit dat het schip onbestuurbaar wordt. Indien de schroefaandrijving niet goed functioneert, is zowel de voortstuwingsfunctie als de navigatiefunctie van de schroef verdwenen.

6.1.4 Vergelijking marktsegmenten

Lagerdefecten hebben in alle marktsegmenten een hoge RPN, doordat lagers vaak gevolgschade veroorzaken en moeilijk te ontdekken zijn bij periodieke inspecties. Lagerdefecten in windmolens komen vaker voor omdat deze tandwielkasten geavanceerder en nieuwer zijn dan tandwielkasten in de scheepvaart en de overslagindustrie, waar ontwerpfouten minder voorkomen.

Een afgebroken deel van een tand komt in een tandwielkast van een windmolen vaker voor dan in een tandwielkast binnen de overslagindustrie en scheepvaart. Dit is deels te wijten aan ontwerpfouten en het feit dat een tandwielkast in een windmolen klein is, waardoor de kans dat een stuk tand in de tandingrijping slaat groter is (RPN 320). De hoge RPN waarde bij een tandwiel dat los op de as zit in de overslag en de scheepvaart wordt veroorzaakt door de onveilige situatie die hierdoor kan ontstaan. Ook een gebroken as kan leiden tot gevaarlijke situaties waardoor deze een hoge RPN in de overslag heeft.

6.1.5 Acties

Tandbreuken kunnen worden voorkomen door het maximale overbrengingsvermogen van de tandwielkast niet te overschrijden en visuele inspecties uit te voeren. Het vermogen wordt gemeten aan de hand van een koppelmeting. Met koppelmetingen kunnen ook asbreuken worden voorkomen. Visuele inspecties kunnen (micro)pitting (kleine putjes in de tand) aan het licht brengen waarmee tandbreuken als gevolg van vermoeiing kunnen worden voorkomen.

Lagers in de tandwielkast gaan kapot als de temperatuur een bepaalde grenswaarde overschrijdt of metaaldeeltjes in de olie tussen de rolelementen en de binnen- en buitenring van het lager gaan zitten. Lagerschades kunnen worden voorkomen door olieanalyse, temperatuur metingen, trillingsanalyse en visuele inspecties. Olieanalyse meet het aantal metaaldeeltjes in de olie en de grote van deze metaaldeeltjes. Met behulp van trillingsanalyse kunnen de trillingsfrequenties van de lagers worden vergeleken met berekende foutfrequenties.

Een tandwiel dat los op de as zit, kan worden ontdekt door het uitvoeren van trillingsanalyses en visuele inspecties . Een trillingsanalyse is echter lastig, aangezien de frequenties die bij dit faalmechanisme ontstaan niet bekend zijn, zoals bij een lagerdefect.