Schwingungsüberwachung: Geschichte und Zukunft
Die Vibrationssensortechnologie ist weniger als 100 Jahre alt. Dennoch hat sie sich in dieser Zeit zu einem festen Bestandteil in Fertigung und Industrie, im Gesundheitswesen, bei Mobiltelefonen und Tablets und mehr entwickelt. Die Erkennung von Richtung, Stärke und Schwankungen von Vibrationen ist in unserer modernen Welt allgegenwärtig, insbesondere in Industrie- und Gewerbebereichen – wo Anlagenausfälle zu Produktionsverlusten oder gesundheitlichen Problemen führen können.
Genau wie bei der Technologie im letzten Jahrhundert, Schwingungsüberwachung Sensoren haben sich seit diesen Anfängen enorm weiterentwickelt. Zu Beginn des letzten Jahrhunderts hatten Wissenschaftler gerade Beschleunigungsmesser entwickelt; heute tragen Menschen sie am Arm oder in der Tasche. Und genau wie in der Gesellschaft ist es manchmal am besten, zurückzublicken, wenn wir wissen wollen, wohin wir gehen.
Vorcomputerisierte Beschleunigungsmesser
Von 1920 bis in die frühen 1940er Jahre gab es keine Technologie zur Vibrationssensorik. Die wissenschaftliche Erforschung von Vibrationen war jedoch bereits in vollem Gange. Die ersten kommerzialisierten Beschleunigungsmesser war ein einfaches, aber schweres Instrument, das 1924 von B. McCollum und OS Peters entwickelt wurde. Ein Jahr später wurde es von Ingenieuren in der Architektur, der Luft- und Raumfahrt, bei der Aufzeichnung von Erdbeben und anderen industriellen Anwendungen eingesetzt – allerdings noch nicht in der Wartung.
Während die ersten Beschleunigungsmesser ihren Einsatz fanden, stagnierte die Entwicklung kleinerer und präziserer Sensoren. Mitte des Jahrhunderts piezoelektrischer Beschleunigungsmesser kam auf den Markt und revolutioniert auch heute noch die Vibrationssensortechnologie.
Industrielle Vibrationsdetektoren
In den 1950er Jahren begannen Unternehmen, Schwingungsmessgeräte in Massenproduktion herzustellen. Frühe Pioniere der Schwingungstechnik wie Bruel und Kjaer (B&K), Columbia Research Labs oder Gulton Manufacturing entwickelten die Beschleunigungssensortechnologie für spezifische Anwendungen in der Industrie.
Auf dem Höhepunkt des Zweiten Weltkriegs waren Per V. Brüel und Viggo Kjaer1 gründeten ihre Firma (B&K). Sie entwickelten die weltweit erste piezoelektrische Beschleunigungsmesser, hergestellt aus Rochelle-Salz. Das Konzept war einfach: Indem man einen Beschleunigungsmesser an eine Maschine hielt, konnte man die Richtung, Stärke und Frequenz der Vibration bestimmen und feststellen, wann die Maschine kurz vor einem Ausfall stand.
Vibrationstechnologie nach dem Zweiten Weltkrieg
In den 1960er Jahren wurden Messgeräte mit abstimmbaren Analogfiltern ausgestattet, die es Benutzern ermöglichten, zwischen Frequenzen zu unterscheiden. Dies war besonders hilfreich bei der Fehlersuche an Anlagen mit angeschlossenen Komponenten. B&K brachte außerdem sein erstes Handmessgerät auf den Markt – ebenfalls eine Weltneuheit.
Etwa zur gleichen Zeit begann die Schwingungserkennung und -analyse mittels Fast-Fourier-Transformation (FFT) (ein Algorithmus zur Umwandlung eines Zeitbereichssignals in ein Frequenzbereichssignal) an Bedeutung zu gewinnen. Diese Geräte konnten Daten nicht nur erfassen, sondern auch aufzeichnen. Mit einem Gewicht von etwa 75 Kilogramm waren sie jedoch etwas unpraktisch. Um Schwingungstechnik in der alltäglichen Instandhaltung einsetzen zu können, musste sie einfach zu bedienen sein.
In den späten 80er Jahren erlebte die Entwicklung von Mikroprozessoren sowohl im privaten als auch im industriellen Bereich eine explosionsartige Entwicklung. Mit der Verkleinerung der Technologie wurde sie tragbarer. In einem 1998 erschienenen Artikel mit dem Titel „Über 1940 Jahre Beschleunigungsmesser-Geschichte für Schock und Vibration (1996–XNUMX)“ fasste Patrick L. Walter seine Schlussfolgerung prägnant zusammen:
„Seit seiner Einführung hat sich der Markt für Beschleunigungsmesser enorm erweitert … Die derzeitige Geschwindigkeit des technologischen Fortschritts bei Mikrosensoren und Mikroelektronik deutet darauf hin, dass die zukünftige Expansion der Beschleunigungsmesserhersteller und -kapazitäten noch schneller erfolgen wird als in der Vergangenheit.“
Und das wurde vor mehr als 20 Jahren veröffentlicht. Seitdem Schwingungsüberwachungstechnologie hat an Zugkraft gewonnen und sich noch weiter entwickelt.
Kleinere Vibrationsgeräte, mehr Daten
In der ersten Hälfte des neuen Jahrtausends wurde die Vibrationstechnologie immer kleiner, während gleichzeitig die Datenkapazität immer größer wurde. Dies geschah etwa zu der Zeit Fluke trat mit seinem beliebten Schwingungsspektrummessgerät Fluke 810 in den Kampf ein. Diese Messgeräte verwendeten ein Gesamtschwingungsspektrum, um eine detaillierte Beschreibung und visuelle Darstellung der Schwingungsstärke bereitzustellen.
Spätere Versionen des Fluke 810 und des darauffolgenden 805 konnten Daten per Knopfdruck an Cloud-basierte Software senden. Die Verbindung von Daten mit Cloud-Repositories und Schwingungsanalyse Software öffnete die Welt der Schwingungswartung von den Händen weniger in die Hände vieler. Schwingungsanalyse war nicht länger eine teure Expertise; sie wurde demokratisiert. Jeder mit beliebiger Erfahrung konnte Schwingungsmessungen durchführen, sie an die Software senden und Schwingungsanalysen zur Überprüfung vorbereiten.
In den zehn Jahren seit der Einführung des ersten Vibrationsprodukts hat Fluke verschiedene Vibrationssensoren entwickelt, von Handmessgeräten bis hin zu modernster vernetzter Sensortechnologie. Sie wurden von Fluke Reliability, dem Bereich Industrial Internet of Things (IIoT) der Fluke Test- und Messtechnik, auf den Markt gebracht.
Spektrum vs. Gesamtanalyse
Spektrumanalyse verwendet FFT, um das Zeitbereichssignal mithilfe einer Reihe harmonischer Sinuswellen zu rekonstruieren.
Gesamtanalyse ist viel einfacher: Man nimmt das ursprüngliche Zeitbereichssignal und weist den Daten einen Gesamtvibrationswert zu.
Heute führt in die Zukunft
Die heutigen Sensoren und die Realität der vorausschauenden Wartung führen direkt in die Zukunft der IIoT-gestützten, präskriptiven Wartung. Eine Zukunft, in der Software Wartungsteams darüber informiert, wann, wo und warum Wartungsarbeiten durchgeführt werden sollen.
Fluke 3563 Analyse-Vibrationssensor
Eine weitere Neuerscheinung von Fluke Reliability ist die 3563 Analyse-VibrationssensorDiese Hochfrequenzsensoren ermöglichen Wartungsteams die Überwachung und Gewinnung tieferer Erkenntnisse aus den Daten. Die Ermittlung der Fehlerursache trägt dazu bei, die Zuverlässigkeit der Anlagen zu erhöhen und die Spitzenbetriebsleistung zu steigern. Zusätzlich zu den Sensoren umfasst der Analyse-Vibrationssensor auch Services der Fluke Reliability-Experten.
Prüftechnik Vibrationsportfolio
Prüftechnik verfügt auch über umfassendes Fachwissen vorausschauende Wartungstechnologien, mit Lösungen wie Handheld Schwingungsmessgeräte, kabelgebundene Sensoren und ZustandsüberwachungsdiensteDie VibScanner- und VibXpert-Serien sind bei tragbaren Geräten zur Schwingungserfassung und -analyse unübertroffen. Wer eine strengere und rund um die Uhr laufende Überwachung benötigt, kann die Online-Zustandsüberwachungssoftware und -dienste von Prüftechnik nutzen, um die Betriebszeit zu gewährleisten.
Um mehr über die Schwingungsüberwachung zu erfahren, melden Sie sich bitte für einen Chat mit einem unserer kompetenten Mitarbeiter an.
Quellen: Walter, Patrick L. „Rückblick: Über fünfzig Jahre Beschleunigungsmesser-Geschichte für Schock und Vibration (1940–1996)“. Semantics Scholar. Technische Fakultät, Texas Christian University, Fort Worth, Texas, 7. Dezember 1998. shorturl.at/aioDI. Geschichte des piezoelektrischen Beschleunigungsmessers. Brüel & Kjær, ein HBK-Unternehmen. Abgerufen am 17. November 2021. shorturl.at/elCGV.
