Mechanische Lockerheit: Was es ist und wie man sie erkennt
Mechanische Lockerheit ist ein subtiler, aber schwerwiegender Fehler, der oft offensichtlich ist. Trotz seiner Verbreitung in rotierende Maschinen, wird es häufig unterdiagnostiziert – und oft mit bekannteren Problemen verwechselt, wie z. B. Unwucht oder Fehlausrichtung. Unbehandelt kann Lockerheit den Verschleiß beschleunigen, die Zuverlässigkeit beeinträchtigen und zu kostspieligen ungeplanten Ausfallzeiten führen.
Obwohl mechanische Lockerheit in den Branchendaten nicht als eigenständiger Fehler erfasst wird, gilt sie allgemein als eine der Hauptursachen für gerätebedingte Ausfälle – die laut Statistikanbieter für mehr als 35 % der ungeplanten Ausfallzeiten in der Fertigung verantwortlich sind Zipdo.
Die finanziellen Auswirkungen können erheblich sein: Im Jahr 2024 erreichten die durchschnittlichen Kosten ungeplanter Ausfallzeiten 260,000 US-Dollar pro Stunde, basierend auf Erkenntnissen von TeamSense.
In diesem Artikel wird erläutert, was mechanische Lockerheit ist, wie sie sich äußert, wie sie sich von anderen Fehlern unterscheidet und wie Schwingungsdiagnose und Zustandsüberwachung Ihnen helfen können, sie zu erkennen, bevor sie zu kostspieligen Schäden führt.
Inhaltsverzeichnis
Was ist mechanische Lockerheit?
Wie sich mechanische Lockerheit auf die Vibration auswirkt
Lockerheit vs. Unwucht, Fehlstellung und Kippfuß
So erkennen Sie mechanische Lockerheit
Korrigierende und präventive Maßnahmen
Was ist mechanische Lockerheit?
Mechanische Lockerheit bezeichnet einen übermäßigen Abstand oder Spielraum zwischen Komponenten, die sich in einer festen oder kontrollierten Beziehung zueinander bewegen sollten. Dieser Zustand führt zu unbeabsichtigten Bewegungen – Klappern, Instabilität und zusätzlicher mechanischer Belastung – und führt oft zu schwerwiegenderen Schäden, wenn er nicht behoben wird.
Lockerheit tritt üblicherweise zwischen einer Welle und ihrer Kupplung oder ihrem Lager, in Strukturhalterungen oder Grundplatten, um Lagergehäuse mit verschlissenen Passungen und in Rahmen oder Stützen auf, die durch gerissene Schweißnähte oder durch weiche Füße geschwächt sind – wenn nicht alle Maschinenfüße flach auf der Basis sitzen.
Schon geringe Lockerheit kann dazu führen, dass sich Komponenten während des Betriebs unabhängig voneinander bewegen, was zu Vibrationen, Belastungen und beschleunigter mechanischer Abnutzung führt.
Diese Probleme können unabhängig voneinander oder gleichzeitig auftreten, was mechanische Lockerheit zu einem der schwieriger zu isolierenden mechanischen Fehler macht.
Arten mechanischer Lockerheit
Das Verständnis der verschiedenen Arten mechanischer Lockerheit hilft dabei, die Grundursachen und geeigneten Lösungen zu ermitteln:
- Rotorbedingte Lockerheit Tritt innerhalb der rotierenden Baugruppe auf, z. B. bei einer lose in einem Lager sitzenden Welle oder bei verschlissenen Kupplungspassfedern. Normalerweise treten Vibrationen bei der zwei- bis dreifachen (oder höheren) Laufgeschwindigkeit auf.
- Strukturelle Lockerheit liegt außerhalb der rotierenden Elemente – lose Schrauben, gerissene Rahmen, beschädigter Mörtel. Dies kann zu Breitbandschwingungen und hohen Amplituden über einen weiten Frequenzbereich führen.
- Wellenlockerheit ist spezifischer für das radiale oder axiale Spiel zwischen Welle und Lagerbohrung, was bei der Schwingungsanalyse oft zu Klopfgeräuschen und instabilen Umlaufbahnen führt. (Siehe diesen verwandten Artikel über Wellenschlag.)
- Weicher Fußist zwar technisch gesehen ein Montageproblem, verursacht jedoch Verzerrungen und ungleichmäßige Belastungen im Rahmen einer Maschine und führt häufig zu Symptomen, die auf Lockerheit oder Unwucht hindeuten.
Wie sich mechanische Lockerheit auf die Vibration auswirkt
Schwingungsanalyse ist die effektivste Methode zur Diagnose mechanischer Lockerheit – insbesondere, wenn Schwingungsdaten in verschiedenen Signalformaten angezeigt werden.
Im Frequenzspektrum (FFT): Durch Spiel entstehen harmonische Spitzen bei einem Vielfachen der Maschinendrehzahl (2x, 3x, 4x U/min). Diese Spitzen ändern sich oft unvorhersehbar mit der Belastung und unterscheiden sich dadurch von stabileren Unwuchtsignalen.
In der Zeitwellenform: Rechnen Sie mit Asymmetrie, Stößen mit hohen Spitzen oder „abgeschnittenen“ Signalen – insbesondere bei lockeren Wellen, wo bei jeder Umdrehung ein Metall-auf-Metall-Kontakt auftritt.
In-Phase-Messwerte: Lose Bauteile führen typischerweise zu unregelmäßigen oder instabilen Phasenwinkeln. Während eine Unwucht über die Messungen hinweg eine konstante Phase aufweist, scheinen lose Bauteile aufgrund inkonsistenter Bauteilbewegungen zwischen den Messwerten zu springen oder sich zu verschieben.
Wenn Sie alle drei Indikatoren – Oberschwingungen, Stöße und eine instabile Phase – kombinieren, liegt wahrscheinlich ein mechanisches Spiel vor, nicht eine Fehlausrichtung oder ein Kippfuß.
Lockerheit vs. Unwucht, Fehlstellung und Kippfuß
Mechanischer Spielraum wird oft mit anderen mechanischen Fehlern in rotierenden Maschinen verwechselt. So können Sie sie unterscheiden:
| Fehlertyp | Vibrationsmuster | Diagnostische Hinweise |
| Ungleichgewicht | Hohe 1x-Drehzahl | Stabile Phase; Kreisbahn |
| Fehlausrichtung | 1x und 2x U/min | Phasenunterschiede zwischen den Richtungen |
| Lockerheit | 2x, 3x Harmonische | Inkonsistente Phase; dumpfe Stöße |
| Weicher Fuß | Unberechenbar | Wellenanhebung oder -verformung beim Anziehen der Schrauben |
Obwohl diese Probleme nebeneinander bestehen können, ist eine genaue Unterscheidung zwischen ihnen für die Anwendung der richtigen Korrekturmaßnahmen von entscheidender Bedeutung.
So erkennen Sie mechanische Lockerheit
Die Erkennung beginnt mit der Schwingungsüberwachung, entweder durch routenbasierte Datenerfassung oder Online-Zustandsüberwachungssysteme.
Tragbare Analysatoren wie VibXpert or VibScanner Erleichtert das Erkennen harmonischer Schwingungen, insbesondere in Verbindung mit einem Phasendrehzahlmesser. Wenn die Oberschwingungen unregelmäßig auftreten oder die Amplitude unter Last springt, ist mit einem Spiel zu rechnen.
Historische Datentrends auch hilfreich. Wenn Sie vor Kurzem eine Maschine ausgerichtet haben und immer noch zunehmende hochfrequente Vibrationen oder wiederkehrende Drehzahlspitzen von 2x/3x feststellen, ist wahrscheinlich ein Spiel die Ursache.
Und natürlich ist die Sichtprüfung immer noch wichtig.
Achten Sie auf verschobene Befestigungsschrauben, Verschleißspuren an Kupplungen oder Lagergehäusen, Passungsrost, ovale Bohrungen oder ungleichmäßigen Bodenkontakt. (Verwenden Sie Unterlegscheiben und Fühlerlehren.)
Wenn neben Vibrationssymptomen auch einer dieser Zustände vorliegt, kann eine Demontage und Reparatur erforderlich sein.
Korrigierende und präventive Maßnahmen
Die Behebung mechanischer Lockerheit hängt von der Fehlerursache ab:
- Schrauben und Befestigungselemente festziehen oder ersetzen
- Richten Sie Wellen mithilfe von Laserausrichtungswerkzeugen neu aus
- Grundplatten neu bearbeiten oder unterlegen, um Kippfuß zu korrigieren
- Ersetzen Sie verschlissene Lager oder Kupplungen durch festere Passungen
- Erneutes Verfugen oder Verstärken beschädigter Strukturelemente
Führen Sie nach Reparaturen immer eine Schwingungsanalyse nach der Korrektur durch, um sicherzustellen, dass die Lockerheit behoben wurde.
Integrieren Sie zur langfristigen Vorbeugung die Erkennung von Lockerheiten in Ihr Toolkit für die vorausschauende Wartung:
- Verwenden Sie Online-Schwingungsüberwachungssysteme für Hochrisikoanlagen
- Planen Sie regelmäßige, routenbasierte Vibrationsprüfungen ein
- Verwenden Sie eine Laserwellenausrichtung, um übermäßige Belastungen rotierender Teile zu vermeiden
- Schulen Sie Ihr Personal, um lockerungsbedingte Verschleiß- und Vibrationsmuster zu erkennen
Lockerheit ist oft ein fortschreitender Prozess. Eine frühzeitige Erkennung spart nicht nur Ausrüstung, sondern auch Produktionszeit und Betriebskosten.
Beispiel aus der Praxis: Lockerheit eines 400-PS-Motors in einer US-amerikanischen Zellstoff- und Papierfabrik
In einem dokumentierten Fall aus der VibrationsinstitutEin 400 PS starker Antriebsmotor (895 U/min) aus einer Papierfabrik wurde routinemäßig einer Schwingungsuntersuchung unterzogen. Die Analytiker stellten einen deutlichen Anstieg der Schwingungsenergie fest. Das FFT-Spektrum zeigte mehrere Harmonische der Motordrehzahl, und die Zeitwellenform zeigte einmal pro Umdrehung auftretende Stöße mit starker Modulation. Im Bereich des Antriebslagers war ein leichtes Klopfgeräusch hörbar.
Obwohl es keine Anzeichen für strukturelle Lockerheit oder Kupplungsprobleme gab, stellten die Analysten ein inneres Spiel am Innenlager fest. Die Ursache? Eine falsche Passung zwischen Lager und Welle, die axiales Spiel ermöglichte. Nach der Demontage und Reparatur der Lager-Wellen-Schnittstelle sanken die Vibrationspegel deutlich und der Oberwellenanteil nahm ab – was die Diagnose bestätigte.
Eine Schätzung der durch die Diagnose eingesparten Kosten wurde nicht abgegeben. Der Fall liefert jedoch klare, überprüfbare Beweise dafür, wie sich ein mechanischer Lockerheitszustand im Rotor äußert – und wie er durch die Schwingungsdiagnose zuverlässig lokalisiert werden kann.
Fazit
Mechanischer Spielraum beginnt möglicherweise mit einem leisen Klappern oder Vibrieren, kann aber alles andere als geringfügige Folgen haben. Ob es sich um ein schlecht sitzendes Lager, eine lose Grundplatte oder ein übersehenes Problem mit einem weichen Fuß handelt – Spielraum beeinträchtigt die Leistung, verkürzt die Lebensdauer der Ausrüstung und erhöht die Wartungskosten.
Die gute Nachricht ist: Mit den richtigen Werkzeugen – Schwingungsdiagnose, Phasenanalyse und Routineinspektion – können Sie Lockerheiten erkennen und beheben, bevor sie zu einem Problem werden. Als Teil einer umfassenden Strategie zur vorausschauenden Wartung ist dies eine der kosteneffizientesten Verbesserungen, die Sie durchführen können.
