Die richtige Sensor-Auswahl entscheidet über Erfolg oder Misserfolg Ihres Predictive Maintenance Projekts.
Als Elektro-Ingenieur mit Automatisierungstechnik-Hintergrund zeige ich Ihnen, welche Sensoren für welche Anwendungen optimal sind.
Sensor-Auswahl auf einen Blick
Die wichtigsten Sensoren für 90 % aller Predictive Maintenance Anwendungen:
- Vibrationssensoren – für rotierende Maschinen
- Temperatursensoren – für thermische Überwachung
- Stromsensoren – für elektrische Antriebe
- Drucksensoren – für Hydraulik/Pneumatik
- Ultraschallsensoren – für Leckage-Erkennung
- Beschleunigungssensoren – für Schock-Monitoring
- Durchflusssensoren – für Prozessüberwachung
Praxis-Tipp: Sensor-Positionierung
Optimale Montage-Positionen:
- Lager: Radial und axial am Lagergehäuse
- Motor: An der Antriebsseite, horizontal und vertikal
- Pumpe: Am Pumpengehäuse, möglichst nah am Laufrad
- Getriebe: An der Getriebeoberfläche, alle Achsrichtungen
2. Temperatursensoren: Thermische Überwachung
Temperatursensoren erkennen Überhitzung, Reibung und thermische Probleme. Sie sind besonders wichtig für Lager, Motoren und elektrische Komponenten.
🌡 Pt100/Pt1000 (RTD)
- Messbereich: -200 °C bis +850 °C
- Genauigkeit: ±0,1 °C
- Ansprechzeit: 1–10 Sekunden
- Kosten: 25–150 €
- Ideal für: Präzise Langzeitmessungen
⚡ Thermoelemente (Typ K, J, T)
- Messbereich: -200 °C bis +1.200 °C
- Genauigkeit: ±1–3 °C
- Ansprechzeit: 0,1–1 Sekunde
- Kosten: 15–80 €
- Ideal für: Schnelle Temperaturänderungen
📷 Infrarot-Sensoren
- Messbereich: -40 °C bis +1.000 °C
- Genauigkeit: ±2 °C
- Ansprechzeit: <0,1 Sekunde
- Kosten: 200–2.000 €
- Ideal für: Berührungslose Messung
Integration in Automatisierungssysteme:
- Pt100: Direkte Anbindung an SPS-Analogeingänge
- Thermoelemente: Über Messverstärker oder spezielle Module
- Infrarot: 4–20 mA oder digitale Schnittstellen (Modbus, Profinet)
3. Stromsensoren: Elektrische Zustandsüberwachung
Stromsensoren ermöglichen Motor Current Signature Analysis (MCSA) zur Erkennung von Problemen in elektrischen Antrieben ohne zusätzliche Sensoren an der Maschine.
🔌 Stromwandler (CT)
- Messbereich: 1 A–5.000 A
- Genauigkeit: 0,1–1 %
- Frequenz: DC–100 kHz
- Kosten: 50–500 €
- Installation: Klemmbar, nicht invasiv
🧲 Hall-Sensoren
- Messbereich: 0 A–1.000 A
- Genauigkeit: 0,5–2 %
- Frequenz: DC–200 kHz
- Kosten: 100–800 €
- Installation: Klemmbar, DC-fähig
🔍 Rogowski-Spulen
- Messbereich: 1 A–50.000 A
- Genauigkeit: 1–3 %
- Frequenz: 0,1 Hz–1 MHz
- Kosten: 200–1.500 €
- Installation: Flexibel, große Leiter
MCSA-Analyse: Was Stromsignale verraten
- Rotorbruch: Seitenbänder bei (1±2s)f
- Lagerschäden: Charakteristische Frequenzen
- Unwucht: Erhöhte Amplitude bei Drehfrequenz
- Überlastung: Erhöhter Effektivwert
- Spannungsqualität: Harmonische Analyse
4. Drucksensoren: Hydraulik und Pneumatik überwachen
Drucksensoren sind essentiell für die Überwachung von Hydraulik- und Pneumatiksystemen. Sie erkennen Leckagen, Verstopfungen und Verschleiß.
💧 Hydraulik-Drucksensoren
- Messbereich: 0–1.000 bar
- Genauigkeit: 0,1–0,5 %
- Medien: Hydrauliköl, Wasser-Glykol
- Kosten: 150–800 €
- Anschluss: G1/4″, M12x1,5
💨 Pneumatik-Drucksensoren
- Messbereich: 0–16 bar
- Genauigkeit: 0,2–1 %
- Medien: Druckluft, Stickstoff
- Kosten: 80–400 €
- Anschluss: G1/8″, M5
🌊 Differenzdrucksensoren
- Messbereich: 0–10 bar Δp
- Genauigkeit: 0,2–0,5 %
- Anwendung: Filter-Monitoring
- Kosten: 200–600 €
- Anschluss: Doppelt, G1/4″
Typische Anwendungen in der Predictive Maintenance:
- Pumpen-Monitoring: Saug- und Druckdruck überwachen
- Filter-Überwachung: Differenzdruck zur Verschmutzungserkennung
- Zylinder-Diagnose: Druckverläufe analysieren
- Leckage-Erkennung: Druckabfall-Monitoring
5. Ultraschallsensoren: Leckagen und Reibung erkennen
Ultraschallsensoren erkennen hochfrequente Geräusche, die für das menschliche Ohr nicht hörbar sind. Sie sind ideal für Leckage-Erkennung und Lager-Monitoring.
🔊 Luftschall-Sensoren
- Frequenz: 20–100 kHz
- Reichweite: 0,5–15 m
- Anwendung: Leckage-Erkennung
- Kosten: 300–1.500 €
- Montage: Freistehend
📡 Kontakt-Sensoren
- Frequenz: 1–100 kHz
- Kopplung: Mechanisch
- Anwendung: Lager-Monitoring
- Kosten: 200–800 €
- Montage: Direkt an Maschine
🎯 Richtmikrofone
- Frequenz: 20–80 kHz
- Richtcharakteristik: Fokussiert
- Anwendung: Lokalisierung
- Kosten: 500–2.500 €
- Montage: Flexibel
Ultraschall-Anwendungen im Detail:
- Druckluft-Leckagen: Kosten oft 20–30 % der Kompressorleistung
- Dampf-Leckagen: Energieverluste und Sicherheitsrisiken
- Lager-Überwachung: Frühzeitige Erkennung von Schmierungsproblemen
- Ventil-Monitoring: Interne Leckagen und Verschleiß
- Elektrische Entladungen: Isolationsprobleme in Schaltanlagen
6. Beschleunigungssensoren: Schock und Stoß überwachen
Beschleunigungssensoren erfassen plötzliche Bewegungen, Stöße und Schocks. Sie sind wichtig für mobile Anlagen und Transportüberwachung.
⚡ Piezoelektrische Sensoren
- Messbereich: ±50 g–±10.000 g
- Frequenz: 0,5 Hz–10 kHz
- Empfindlichkeit: 0,1–100 mV/g
- Kosten: 100–600 €
- Robust und langlebig
🔬 MEMS-Sensoren
- Messbereich: ±2 g–±200 g
- Frequenz: DC–1 kHz
- Empfindlichkeit: 0,5–2 V/g
- Kosten: 20–200 €
- Kompakt und kostengünstig
🌡 Kapazitive Sensoren
- Messbereich: ±1 g–±100 g
- Frequenz: DC–500 Hz
- Empfindlichkeit: 1–5 V/g
- Kosten: 50–400 €
- Niedrigfrequent und präzise
Anwendungsbeispiele:
- Kran-Monitoring: Überlastung und unsichere Bewegungen
- Transport-Überwachung: Schäden durch Stöße vermeiden
- Erdbeben-Monitoring: Gebäude- und Anlagenschutz
- Maschinen-Schutz: Notabschaltung bei kritischen Beschleunigungen
7. Durchflusssensoren: Prozesse optimal überwachen
Durchflusssensoren überwachen Flüssigkeits- und Gasströme. Sie sind wichtig für Kühlkreisläufe, Prozessanlagen und Energiemanagement.
🌊 Magnetisch-induktive Sensoren
- Medien: Leitfähige Flüssigkeiten
- Genauigkeit: ±0,2–0,5 %
- Druckverlust: Praktisch null
- Kosten: 500–3.000 €
- Wartungsfrei
🌀 Vortex-Sensoren
- Medien: Flüssigkeiten und Gase
- Genauigkeit: ±1–2 %
- Temperatur: -40 °C bis +400 °C
- Kosten: 300–1.500 €
- Robust und vielseitig
🔊 Ultraschall-Sensoren
- Medien: Alle Flüssigkeiten
- Genauigkeit: ±1–3 %
- Installation: Clamp-on möglich
- Kosten: 800–4.000 €
- Nicht-invasiv
Sensor-Integration in Automatisierungssysteme
Als Automatisierungstechnik-Experte zeige ich Ihnen, wie Sie Sensoren optimal in Ihre bestehenden Systeme integrieren:
Analog (4–20 mA)
- ✅ Einfach und robust
- ✅ Große Reichweite
- ❌ Nur ein Messwert
- ❌ Keine Diagnose
Digital (Modbus, Profinet)
- ✅ Mehrere Messwerte
- ✅ Diagnose-Informationen
- ✅ Konfigurierbar
- ❌ Komplexere Installation
Wireless (LoRaWAN, 5G)
- ✅ Flexible Installation
- ✅ Retrofit-freundlich
- ❌ Batterie-Management
- ❌ Latenz-Probleme
Kosten-Nutzen-Analyse: Sensor-Investment
Beispiel-Kalkulation: Pumpen-Monitoring (10 Pumpen)
| Sensor-Typ | Stückkosten | Gesamtkosten | Nutzen |
|---|---|---|---|
| Vibration | 400 € | 4.000 € | Lagerschäden erkennen |
| Temperatur | 80 € | 800 € | Überhitzung vermeiden |
| Druck | 300 € | 3.000 € | Kavitation erkennen |
| Strom | 200 € | 2.000 € | Motor-Probleme erkennen |
| Gesamt | 980 € | 9.800 € | Vollständige Überwachung |
Erwartete Einsparungen: 45.000 €/Jahr durch vermiedene Ausfälle
ROI: 459 % im ersten Jahr
Sensor-Auswahl Checkliste
Fragen vor der Sensor-Auswahl:
- Welche Ausfallmodi sollen erkannt werden?
- Welche Umgebungsbedingungen herrschen? (Temperatur, Feuchtigkeit, Chemikalien)
- Welche Montage-Möglichkeiten gibt es?
- Welche Kommunikation ist verfügbar? (Analog, Digital, Wireless)
- Wie hoch ist das verfügbare Budget?
- Welche Genauigkeit ist erforderlich?
- Gibt es Wartungsintervalle?
- Sind Zertifizierungen nötig? (ATEX, SIL, etc.)
Fazit: Die richtige Sensor-Strategie
Meine Empfehlung für den optimalen Start:
- Beginnen Sie mit Vibrationssensoren für Ihre kritischsten rotierenden Maschinen
- Ergänzen Sie mit Temperatursensoren für thermische Überwachung
- Nutzen Sie Stromsensoren für nicht-invasive Motor-Überwachung
- Erweitern Sie schrittweise basierend auf den Erfahrungen
Benötigen Sie Unterstützung bei der Sensor-Auswahl? Als Automatisierungstechnik-Experte helfe ich Ihnen dabei, die optimale Sensor-Strategie für Ihre Anlagen zu entwickeln.
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