Produktionstrend 2008/07-08, Technische Diagnoseabteilung

"Anstelle von Feuerlöschen und Großreparaturen"

Zustandsabhängige Instandhaltung mit Schwingungsdiagnose (III.)

Die Einführung der zustandsabhängigen Instandhaltung erfüllt vollständig das Bedürfnis nach zuverlässigem, aber dennoch kosteneffizientem Betrieb von Maschinen. In unserer technischen Diagnoseserie setzen wir die Übersicht über zustandsabhängige Maschinenwartungstechnologien sowie maschinenzustandsbasierte Methoden der Schwingungsmessung und -analyse fort. Die Schwingungsdiagnose ist die geeignetste Methode zur Bewertung des mechanischen Zustands von Maschinen während des Betriebs. Die maschinenzustandsbasierte Diagnose auf der Grundlage von Schwingungsmessungen unterstützt die Organisation der zustandsabhängigen und zuverlässigkeitsbasierten Maschinenwartung. Der Hauptgedanke dabei ist, dass anhand von Trends, die aus Messungen mit mehreren geeigneten Frequenzen abgeleitet werden, der Zustandsverfall der untersuchten Maschinen, die zu erwartende Lebensdauer der Maschinen (oder ihrer Elemente) und der Zeitpunkt ihrer erforderlichen Wartung geschätzt werden. Das Ziel ist, dass die Produktion mit größtmöglicher Zuverlässigkeit, ohne unerwartete Ausfälle, mit kontinuierlicher Qualitätssicherung, aber mit minimalen Wartungskosten (also durch Vermeidung unnötiger Reparaturen oder durch Vermeidung größerer Schäden aufgrund unbeachteter kleinerer Fehler) erfolgt.

Stethoskope

Eines der kostengünstigsten und einfachsten Werkzeuge für Schwingungsmessung und -analyse ist das sogenannte elektronische Stethoskop. Die Verwendung basiert darauf, dass

anhand des Geräuschs der betriebsbereiten Maschine viele Maschinenfehler erkannt werden können, während die Bestimmung der Fehlerursache (des Geräuschursprungs) in einer lauten Umgebung bereits eine Herausforderung darstellt. Die "Betriebs-" oder "Fehler-" Geräusche, die von beweglichen Maschinenteilen erzeugt werden, werden direkt vom Körperschallsensor des Stethoskops an der Maschine erfasst, vom Instrument verstärkt und über Kopfhörer weitergeleitet. Wenn das Stethoskop mit einem Aufnahmegerät verbunden werden kann, können die aufgezeichneten Geräusche später mit Referenzgeräuschen verglichen werden, beispielsweise mit einem charakteristischen Geräusch eines Lagerfehlers. Für viele Schwingungssensoren, die Signale von piezoelektrischen Schwingungssensoren verarbeiten, sind Kopfhörer erhältlich (mit einstellbaren Filtern und Verstärkern), so dass sie auch als Stethoskope verwendet werden können.

Breitbandige Schwingungs- oder Schwingungspegelmessung

Wenn eine besonders einfach zu handhabende, leicht interpretierbare Messmethode benötigt wird, die eine charakteristische Zustandsbeschreibung von Rotationsmaschinen liefert, dann ist die breitbandige Schwingungsmessung oder Schwingungspegelmessung die geeignete Methode. Handmessgeräte für diese Zwecke messen den Effektivwert der Schwingungsgeschwindigkeit (auf Englisch RMS, d. h. das quadratische Mittel der Schwingungskomponenten).

Der übliche Frequenzbereich der Messung erstreckt sich von 10 bis 1000 Hz (nach ISO 2372) oder von 10 bis 3200 Hz (nach der neuen ISO 10816-3). Diese Bereiche umfassen die für die meisten mechanischen Probleme von Rotationsmaschinen typischen und häufigsten Frequenzen. Ungleichgewicht, mechanische Lockerheit, Resonanz sowie Fehler bei der Einstellung von Achsen und Übertragungen sind beispielsweise hervorragend erkennbar. Es gibt jedoch keine Informationen darüber, welches Problem vorherrscht. Die Anwendung von Handmessgeräten für breitbandige Schwingungsmessungen wird – entsprechend den Empfehlungen verschiedener Schwingungsbewertungsstandards – für Messungen an den Lagern von Rotationsmaschinen (oder deren Gehäusen) empfohlen. Benutzern ohne Erfahrung wird empfohlen, sich bei der Auswertung der Messergebnisse an der Norm ISO 10816-3 zu orientieren (die die alte ISO 2372 und ISO 3945 abgelöst hat). Es gibt jedoch Technologien, die strengere Anforderungen als die Norm stellen, sowie Fälle, in denen größere Schwingungswerte als die Norm zulassen. Die Standards legen im Allgemeinen die Messung der Schwingungsgeschwindigkeit in den Vordergrund, ausgedrückt in mm/s Effektivwert (RMS). Die bessere Verständlichkeit der Messergebnisse wird durch die Interpretation des abgelesenen Werts als durchschnittliche Geschwindigkeit der Hin- und Rückbewegung unterstützt. Der Effektivwert der Schwingungsgeschwindigkeit spiegelt am besten das Ausmaß unerwünschter Phänomene und schädlicher Energien (Kräfte) wider. Diese führen in jedem messbaren Fall zu Abnutzung und Materialermüdung in der Maschinenstruktur.

Maschinenzustandsüberwachung mit Trendanalyse

Die Geschwindigkeit des Maschinenzustandsverfalls ist die wertvollste Information für die Organisation der zustandsabhängigen Maschinenwartung, da dies eine Schätzung darüber ermöglicht, wann und welche Eingriffe erforderlich sind, damit die Maschine ohne unerwartete Ausfälle (und unnötige Reparaturen) betrieben werden kann, aber gleichzeitig keine größeren Schäden aufgrund vorhandener Anfangsfehler erleidet. Dazu muss der Trend der Maschinenschwingungen erstellt werden, dessen Anstieg Informationen über die zu erwartenden Zeiträume liefert. Die Methode zur Trendanalyse ist sehr einfach: In regelmäßigen Abständen müssen die Schwingungen der Maschinen erneut gemessen werden (an denselben Stellen, in derselben Richtung und idealerweise mit demselben Messgerät), und die Daten für jeden Messpunkt müssen grafisch in Abhängigkeit von der Zeit ausgewertet werden. Der aktuelle

Unter Berücksichtigung von maschineninterpretierbaren Grenzwerten kann abgeschätzt werden, wann die Vibrationen unserer Maschine unter unveränderten Last- und anderen Bedingungen die Grenzwerte erreichen, d. h. wann spätestens eingegriffen werden muss. In vielen kleinen und mittleren Unternehmen mit einer großen Anzahl von Maschinen ist es nicht ratsam, die Anlagen nur noch mit "Papier und Bleistift" zu überprüfen, um aufzuzeichnen, auf welchem Niveau die Vibrationen jeder Maschine liegen, und dann separate Grafiken zu erstellen oder die Daten einzeln auf den Computer zu übertragen. Es ist viel sinnvoller, in ein Messgerät zu investieren, das in der Lage ist, den effektiven Wert der Vibrationsgeschwindigkeit zu messen und die Daten mehrerer Maschinen zu speichern und an den Computer zu übertragen. Die für diese Aufgabe erforderlichen Instrumente sind zu relativ günstigen Preisen erhältlich, sodass sich ihr Einsatz rentiert, da die Wartung rechtzeitig geplant werden kann. Da wir wissen werden, wann wir die Einstellkorrektur vornehmen müssen oder den Ausgleich oder den Lageraustausch durchführen müssen, können unnötige Reparaturen und unerwartete Maschinenstillstände vermieden werden.

Präzise Fehlersuche mit Spektrumanalyse

Die Spektrum- und Frequenzanalyse von Vibrationen ist nicht nur einfach "in Mode", sondern auch das derzeit effektivste Instrument zur Zustandsüberwachung von Maschinen, vorausgesetzt, dass die darin enthaltenen Informationen mit Fachkenntnissen "gelesen" werden. Während für die bisher vorgestellten Zustandsüberwachungs- und -überwachungstechnologien kein speziell geschulter Fachmann erforderlich ist, erfordert die Spektrumanalyse die Anwendung mit angemessener Ausbildung und Erfahrung, um erfolgreich zu sein. Der Grundgedanke der Spektrumanalyse ist folgender: Jede Maschine oder Maschinenkomponente (Welle, Gehäuse, Trägerelement, Lager, Scheibe usw.) als "starres" Objekt verfügt über die grundlegende mechanische (physikalische) Eigenschaft, dass sie hauptsächlich bei bestimmten Frequenzen in bestimmten Richtungen schwingen kann (dh sie resonieren bei dieser Frequenz aufgrund externer Anregungen, z. B. durch die alternierenden Kräfte aus der Drehung der Maschine). Durch die Spektrumanalyse des aufgezeichneten Schwingungssignals wird sichtbar, welche Frequenzen vorhanden sind. Diese Schwingungsfrequenzen können bestimmten Maschinenkomponenten und typischen Maschinenfehlern zugeordnet werden, unter Berücksichtigung der aktuellen Maschinendrehzahl. Durch die Spektrumanalyse von Vibrationen können die Fehler einzelner Maschinenelemente genau erkannt werden, und es kann festgestellt werden, ob ein Einstell- oder Auswuchtfehler vorliegt. Diese Methode kann beispielsweise bei einem Lagerfehler die interne sowie die externe Ring- oder Käfigbeschädigung getrennt nachweisen. Durch die Messung der elektrischen Parameter von Elektromotoren können sogar elektrische Fehler (einschließlich Brüche der Rotorstäbe von Asynchronmotoren) erkannt werden. Durch die Analyse der Maschinenvibrationen kann daher bereits vor den Reparaturen genau bekannt sein, was zu tun ist. Auf diese Weise können erhebliche Einsparungen bei den Bauteilen und der Arbeitszeit erzielt werden, und zudem kann bei der Reparatur die Behebung weniger offensichtlicher, aber ebenfalls vorhandener Fehler vermieden werden. Darüber hinaus kann die Wirksamkeit der Reparaturen durch den Vergleich der Spektren der Messungen vor der Reparatur und nach der erneuten Inbetriebnahme sehr schnell und genau überprüft werden. Die Zuverlässigkeit der so reparierten und überprüften Maschinen steigt erheblich bei sinkenden Wartungskosten. Rahne Eric (PIM Kft.) pim-kft.hu, gepszakerto.hu

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