Ein Leitfaden zu Vibrationssensoren für Motoren

Maschinenvibrationen sind normal, doch Veränderungen im Schwingungsmuster einer Maschine können auf potenzielle Probleme hinweisen. Die Messung von Veränderungen im Schwingungsmuster hilft Teams, Unwucht, Spiel, Fehlausrichtung oder Lagerverschleiß in Geräten zu erkennen – bevor es zu Ausfällen kommt. Abnorme oder übermäßige Vibrationen führen zu vorzeitigem Verschleiß der Komponenten und können die Lebensdauer der Anlage verkürzen. Schwingungssensoren für Motoren werden an Maschinen montiert, um Veränderungen der Amplitude, Frequenz und Intensität von Vibrationen zu überwachen.

Vibrationssensoren kann Informationen aus Quellen wie Struktur, Resonanzen, Umgebung, benachbarten Maschinen, Prozessen, Kavitation und Turbulenzen erfassen. Die von Schwingungssensoren erfassten Daten können analysiert werden, um Fehler zu identifizieren und deren Schweregrad zu bestimmen. Wenn Wartungsteams wissen, welche Maschinen wie dringend Wartungsbedarf haben, können sie ihre Arbeiten optimal planen und priorisieren.

Durch den technologischen Fortschritt sind Vibrationssensoren erschwinglicher und damit auch leichter zugänglich und skalierbar geworden.  

Vibrationssensoren für Motoren sind unter anderem deshalb weit verbreitet, weil Motoren an der Schnittstelle zwischen elektrischen und mechanischen Quellen liegen. Obwohl Vibrationssensoren eher auf mechanische Quellen ausgerichtet sind, können sie auch einige elektrische Quellen erfassen.

Motoren gibt es in vielen verschiedenen Größen und sie werden zum Antrieb verschiedenster Geräte eingesetzt. Auch die Einstellung und Zugänglichkeit des Motors spielen eine Rolle. Mit den vielen Arten von Vibrationssensoren verfügbar, es gibt Optionen für nahezu jedes Szenario.

Bei der Überwachung eines Motors, der eine große und langsam laufende Maschine antreibt, ist es beispielsweise oft sinnvoll, sich auf die Verschiebung oder Bewegung zu konzentrieren. In diesem Fall eignet sich ein Näherungssensor am besten. Näherungssensoren werden typischerweise bei großen Kompressoren oder Turbinen eingesetzt, insbesondere wenn die Turbinen nicht von einem Elektromotor, sondern von Wasserkraft oder Dampf angetrieben werden.

MEMS-Vibrationssensoren

In den meisten Fällen ist jedoch ein Beschleunigungsmesser besser geeignet. Die überwiegende Mehrheit der heutigen Vibrationssensoren sind Beschleunigungsmesser, die die Beschleunigung messen. MEMS-Sensoren sind eine Art Beschleunigungsmesser und werden aufgrund ihrer hohen Frequenzgangwerte immer häufiger eingesetzt. Viele verfügen mittlerweile auch über hohe IP-Schutzarten, die angeben, wie effektiv das Gerät das Eindringen von Flüssigkeiten (wie Wasser) oder Feststoffen (wie Staub) verhindert. MEMS-Sensoren sind kostengünstig und bieten eine lange Batterielebensdauer. Diese Eigenschaften machen sie zu einer guten Wahl für Screenings im großen Maßstab.

MEMS-Sensoren eignen sich für einen Frequenzbereich von 0 bis 1,000 Hertz. Im unteren Frequenzbereich lassen sich typischerweise Unwuchten, Fehlausrichtungen und Spiel erkennen.

Piezoelektrische Vibrationssensoren

Industrielle Umgebungen können höhere IP-Schutzarten erfordern, und manche Umgebungen und Anwendungen erfordern eigensichere Geräte. Eigensicher bedeutet, dass etwas keine Explosion verursachen kann. Piezoelektrische Kristalle sind unempfindlich gegen Feuchtigkeit, Staub und Rauch und werden daher häufig für Vibrationssensoren in industriellen Umgebungen verwendet. Sie sind eine weitere Art von Beschleunigungsmesser.

Für höhere Frequenzbereiche, über 1,000 Hertz, ein piezoelektrischer Sensor sollte verwendet werden. Dazu gehört die Überwachung von Lagern, Kompressoren und Getrieben. Bei höheren Frequenzen treten Probleme mit Zahneingriffen und Motorstangen auf.

Drahtlose Vibrationssensoren für Motoren

Eine lange Batterielebensdauer ist besonders bei Vibrationssensoren für Motoren in explosionsgefährdeten oder schwer zugänglichen Bereichen von Vorteil – sie reduziert die Anzahl der Wartungsbesuche. Bei manchen Sensoren ist ein Batteriewechsel sogar alle paar Jahre erforderlich.

Ein Gebläsemotor kann so hoch angebracht sein, dass der Zugang gefährlich sein kann. Manche Motoren, die Pumpen oder Kompressoren antreiben, befinden sich hinter Verkleidungen, in geschlossenen Räumen oder auf Dächern. Oder Motoren können sich in Bereichen mit heißem Dampf oder ätzenden Stoffen befinden. Drahtlose Fernsensoren können zur Überwachung solcher Motoren eingesetzt werden. Sie erfassen und übertragen Schwingungsdaten, sodass Wartungsteams stets informiert sind, ohne den Zeit- und Risikoaufwand häufiger Fahrten zum Motor.

Besondere Überlegungen für Motoren

Bei Verbundmaschinen oder Anlagen mit verschiedenen Wellen, die unterschiedliche Geschwindigkeiten haben und verschiedene Aufgaben ausführen, bietet sich der Einsatz mehrerer Sensoren an. Dies kann besonders hilfreich sein, um Fehler mit unterschiedlichen Frequenzen zu finden.

Manche Maschinen verfügen über viele kleine Motoren, die kleine Getriebe auf einem Förderband antreiben, wobei ein großer Motor das Hauptrad und ein Riemen auf dem Förderband alles andere antreibt. Getriebe und Kompressoren weisen häufig Fehler im höheren Frequenzbereich auf, weshalb piezoelektrische Sensoren gegenüber MEMS-Sensoren empfehlenswert sind.  

Die meisten Motoren laufen die meiste Zeit mit konstanter Geschwindigkeit, wodurch Schwingungsüberwachung und die Analyse ist recht einfach. Beim Anlaufen eines Motors ist dieser jedoch hohen Belastungen und Veränderungen ausgesetzt. Dies kann einen fortschrittlicheren und empfindlicheren Schwingungssensor und eine komplexere Schwingungsanalyse erfordern.

Hoch- und Auslaufvorgänge, Resonanzprüfungen, Strukturprüfungen, Hin- und Herbewegungen – hier kann die Schwingungsanalyse komplexer werden und erfordert Schwingungssensoren, die dieser Aufgabe gewachsen sind.