Entmystifizierung der Schwingungsüberwachung Teil 1: Warum Schwingungsüberwachung wichtig ist – und wie sie funktioniert

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Teil 1: Warum Schwingungsüberwachung wichtig ist – und wie sie funktioniert
Teil 2: Grundlagen der Schwingungsanalyse an rotierenden Maschinen
Teil 3: Identifizierung und Interpretation allgemeiner Schwingungs- und Fehlermuster
Teil 4: Diagnose von Unwucht, Fehlausrichtung, Lockerheit und Lagerverschleiß

Wartungsteams sind heutzutage überlastet – sie müssen mehr Anlagen mit weniger Personal verwalten. Die Schwingungsüberwachung hilft, diese Lücke zu schließen, indem sie frühzeitig warnt, wenn Maschinen verschleißen.

Vibrationen sind einer der wichtigsten, aber oft übersehenen Indikatoren für den Maschinenzustand. Sobald eine Maschine eingeschaltet wird, verschleißt sie. Mit der Zeit zeigt sich dieser Verschleiß in veränderten Vibrationsmustern. Durch frühzeitiges Erkennen dieser Veränderungen können Sie Ausfälle vermeiden, Reparaturen optimieren und die Lebensdauer Ihrer Anlagen verlängern.

Warum ist Vibration so effektiv? Weil sie die perfekte Balance schafft: Sie erkennt Probleme früher als Thermografie oder akustisches Rauschen, aber später als Technologien wie Ultraschall, die oft Fehlalarme liefern. Mit anderen Worten: Sie sagt Ihnen, was Sie wissen müssen, wann Sie es brauchen.

Mit einfachen Schwingungs-Screening-Tools können Wartungsteams potenzielle Probleme erkennen. Fortgeschrittenere Tester können dann die häufigsten Fehler diagnostizieren. Und mit professionellen Analysegeräten lassen sich selbst komplexe Probleme in kritischen Anlagen präzise identifizieren.

Um welche Arten von Fehlern handelt es sich? Die überwiegende Mehrheit der Ausfälle rotierender Maschinen lässt sich auf vier Hauptursachen zurückführen:

• Unausgewogenheit
• Fehlausrichtung
• Lockerheit
• Lagerverschleiß

Diese Fehler lassen sich anhand charakteristischer Schwingungsmuster erkennen – Muster, die Sensoren und Software heute automatisch identifizieren können.

Bei langfristiger Überwachung werden Vibrationen zu mehr als nur einem Fehlerdetektor. Sie werden zu einem strategischen Werkzeug. Sie ermöglichen eine vorausschauende Wartung, bei der die Wartung auf Grundlage des tatsächlichen Zustands jeder Maschine durchgeführt wird – nicht nach einem festen Zeitplan. Das bedeutet weniger Überraschungen, bessere Planung und eine längere Lebensdauer der Geräte.

In dieser Blogserie führen wir Sie durch die wesentlichen Konzepte der Schwingungsüberwachung und -analyse – wie sie funktioniert, was sie anzeigt und wie sie in eine proaktive Wartungsstrategie passt.

Wellenformen und Messarten verstehen

Die Schwingung eines bewegten Objekts lässt sich am besten als Sinuswelle veranschaulichen, die sich entlang der horizontalen Achse immer wieder wiederholt. Abbildung 1 zeigt die Masse einer Feder, die durch ihre Auf- und Abbewegung eine Sinuswelle erzeugt. Eine vollständige Sinuswelle entspricht einem Zyklus. Die Zeit, die die Wiederholung des Zyklus benötigt, entspricht der Frequenz bzw. Geschwindigkeit der Wellenform. 

Die Schwingungswellenform hat auch eine Amplitude, die auf der vertikalen Achse gemessen werden kann, wie unten dargestellt. Es gibt drei Möglichkeiten, die Amplitude der Wellenform darzustellen, wie in Abbildung 2 dargestellt. 

1. Spitze: die Amplitude von der Mittellinie bis zur Spitze eines Peaks (oder bis zum Boden) 

2. Von Spitze zu Spitze: die Amplitude von der Spitze eines Peaks bis zu dessen Boden (Peak-Peak = 2 X Peak) 

3. Effektivwert: der quadratische Mittelwert der Peaks (RMS = 0.707 X Peak) 

Die Schwingungswellenform kann mit drei verschiedenen Methoden ausgedrückt werden. 

1. Verschiebung: Die Entfernung, die ein Objekt von einem Referenzpunkt zurücklegt. In einer rotierenden Maschine kann dies mit einem Näherungssensor gemessen werden. Dies erfordert das Bohren von Löchern in den Lagern, daher sind Näherungssensoren nicht üblich. Die Wegmessung eignet sich am besten zur Messung niedriger Frequenzen und wird in der Einheit „mils pp“ (Spitze-Spitze) angegeben. 
2. Geschwindigkeit: Die Distanz, die ein Objekt in einer bestimmten Zeit zurücklegt. In einer rotierenden Maschine kann sie mit einer Geschwindigkeitssonde gemessen werden. Geschwindigkeitssonden haben bewegliche Teile, die brechen können, und sind daher selten. Die Geschwindigkeit eignet sich am besten zur Messung mittlerer Frequenzen und in der Einheit Zoll/Sekunde Spitze (mm/Sekunde). 
3. Mathematisch: Geschwindigkeit = Weg/Zeit (V=d/t) 
4. Beschleunigung: Die Änderungsrate der Geschwindigkeit im Laufe der Zeit. Bei rotierenden Maschinen kann sie mit einem Beschleunigungsmesser gemessen werden. Beschleunigungsmesser haben keine beweglichen Teile, sind über 12–15 Jahre stabil und werden häufig verwendet. Beschleunigung eignet sich am besten zur Messung sehr hoher Frequenzen und wird in der Einheit g (in/sec²) RMS angegeben. 
5. Mathematisch: Beschleunigung = Geschwindigkeit/Zeit (A=V/t) 

Welche Methode ist die beste? 

Bei rotierenden Maschinen ist die Geschwindigkeitsmessung für einen breiten Frequenzbereich geeignet und eignet sich auch sehr gut zur Diagnose von Ermüdungskräften, die Verschleiß und letztendlich Ausfall verursachen. Der Beschleunigungsmesser ist der typische Sensor der Wahl und lässt sich leicht in Geschwindigkeit umrechnen (Beschleunigung = Geschwindigkeit/Zeit). 

Analogie

Bei der Beurteilung des Schadens nach einem Autounfall ist nicht die zurückgelegte Strecke oder die Beschleunigung ausschlaggebend für den Gesamtschaden, sondern die Geschwindigkeit, mit der Sie vor dem Aufprall gegen die Wand unterwegs waren. Ebenso ist die mit einem Beschleunigungsmesser ermittelte Geschwindigkeit der beste Indikator für den durch die Vibration verursachten Schaden. 

???? Lesen Sie Teil 2 → Lesen des Frequenzspektrums zum Auffinden von Fehlern

Autor Bio: John Bernet ist Spezialist für mechanische Anwendungen und Produkte bei der Fluke Corporation. Mit seiner über 30-jährigen Erfahrung in der Wartung und dem Betrieb von Kernkraftwerken und Maschinen in kommerziellen Anlagen hat John mit Kunden aller Branchen zusammengearbeitet und Zuverlässigkeitsprogramme implementiert. Er ist zertifizierter Schwingungsanalytiker der Kategorie II und zertifizierter Wartungszuverlässigkeitsexperte (CMRP) mit über 20 Jahren Erfahrung in der Diagnose von Maschinenfehlern.