Produktionstrend 2008/10, Technische Diagnoseabteilung

 "Anstatt Feuerlöschen und Großreparaturen"

Zustandsabhängige Instandhaltung mit Schwingungsdiagnose (V.)

Nach unserem Leitfaden zur korrekten Anwendung von Schwingungssensoren setzen wir unsere technische Diagnoseserie mit der Interpretation und Analyse der gemessenen Schwingungsdaten fort. Es wird die Messung des effektiven Werts der Schwingungsgeschwindigkeit und die Detektion von Maschinenfehlern durch die Bestimmung des effektiven Werts sowie die Bestimmung des Zustands des Wälzlagers durch Schwingungsbeschleunigungsmessung behandelt. Zur Diskussion über die korrekte Anwendung von Schwingungssensoren, die im vorherigen Abschnitt begonnen wurde, fügen wir hinzu, dass es nicht überraschend ist, dass selbst bei Verwendung von Haftmagneten nur in einem sehr begrenzten Frequenzbereich gemessen werden kann, da letztendlich nur die Kraft des Haftmagneten die Übertragung der Vibrationen gewährleistet. Es ist nachteilig, dass zur Erzielung einer größeren Haftung ein immer größerer Magnet verwendet werden müsste, jedoch das Magnet und der Sensor sich wie eine Einheit verhalten, die aufgrund ihres zunehmenden Gewichts immer weniger bereit ist, hochfrequente Vibrationen zu verfolgen. Im Allgemeinen kann gesagt werden, dass bei Verwendung eines proportional dimensionierten Magneten und der Bereitstellung einer geeigneten Messfläche (eben, sauber, unbeschichtet) bis zu 8-10 kHz gemessen werden kann. Wenn Sie Vibrationen über diese Frequenzgrenze hinaus messen möchten, müssen Sie völlig andere Befestigungstechnologien anwenden. Wenn Sie eine Unterlegscheibe auf die zu messende Oberfläche kleben und den Sensor daran verschrauben, können Sie mit einem geeigneten Klebstoff bis zu 20 kHz messen. Wenn Sie sich für die direkte Verklebung des Sensors entscheiden, kann der messbare Frequenzbereich auf etwa 30 kHz erweitert werden. (Natürlich müssen für diese Frequenzen entsprechend hochfrequente Sensoren verwendet werden.) Wenn Sie jedoch bis zu 40 kHz messen möchten, ist nur eine Lösung möglich: Der Sensor muss direkt auf die zu messende Oberfläche (eben, sauber, unbeschichtet) montiert werden. Um die Schwingungsübertragung zu unterstützen, sollte zwischen dem Sensor und der Messfläche Wachs angebracht werden.

Zu beachten ist, dass in einigen Fällen zusätzlichen Problemen gegenübergestanden werden muss. Einerseits kann das Gewicht des Sensors (und der Taststift bzw. Haftmagnet) den gemessenen Wert beeinflussen. Eine Faustregel besagt, dass nur Messergebnisse akzeptiert werden sollten, die auf Maschinenelementen gemessen wurden, die weniger als das Zehnfache des Gesamtgewichts des Sensors (also mit Magnet bzw. Taststift) wiegen. Andererseits tritt bei jeder Montagetechnologie eine sogenannte Kopplungsresonanz an der oberen Grenzfrequenz auf. Gerade deshalb kann es bei Messungen mit Taststift zu einer Resonanzverstärkung bei etwa 3 kHz und bei magnetischer Befestigung bei ungefähr 10 kHz kommen. Die Konsequenz davon zeigt sich in völlig unrealistischen Messergebnissen. Insgesamt können wir sagen, dass der Erfolg unserer Messung viel mehr von der Sorgfalt bei der Sensoranbindung abhängt als von den Fähigkeiten des Sensors oder des Geräts.

Interpretation und Analyse von Schwingungsdaten Wenn ein Messverfahren benötigt wird, das ein besonders einfach zu handhabendes, leicht interpretierbares rotierendes Maschinenzustandsmerkmal liefert, ist die Messung des effektiven Werts der Schwingungsgeschwindigkeit (auch als Breitband-Schwingungsmessung oder Schwingungsmessung bezeichnet) die geeignete Methode. Handmessgeräte für Breitband-Schwingungsmessungen messen den effektiven Wert der Schwingungsgeschwindigkeit (auf Englisch RMS, der quadratische Mittelwert der Schwingungskomponenten). Wenn beispielsweise die Vibration gleichzeitig aus Unwucht (4 mm/s), Achsausrichtungsfehlern (2 mm/s) und Getriebeübersetzungen (5 mm/s) stammt, beträgt die resultierende Vibration - also der mit dem Gerät gemessene Effektivwert - 3,9 mm/s. Effektiver Wert der Vibration = √(4² + 2² + 5²)/3^¬ = 3,9 mm/s _{(korrigiert - Red.)} Der übliche Frequenzbereich liegt normalerweise zwischen 10 und 1000 Hz. Diese Bereiche umfassen die häufigsten Frequenzen, die für die meisten mechanischen Probleme von Rotationsmaschinen charakteristisch sind. Zum Beispiel sind Unwucht, mechanische Lockerheit, Resonanz sowie Fehler in der Ausrichtung von Wellen und Übersetzungen sehr gut erkennbar. Es gibt jedoch keine Informationen darüber, welche davon vorhanden ist oder dominiert. Die Verwendung der oben genannten Arten von Handmessgeräten wird für Messungen an den Lagern von Rotationsmaschinen (oder deren Gehäusen) gemäß den Empfehlungen verschiedener Schwingungsbewertungsstandards empfohlen. Für Benutzer ohne Erfahrung wird empfohlen, sich bei der Auswertung der Messergebnisse auf den ISO 10816-3-Standard zu stützen, natürlich nicht "blind". Es gibt Technologien, die strengere Anforderungen als der Standard stellen, sowie Fälle, in denen höhere Schwingungswerte als im Standard zulässig sind. Klassifizierung gemäß Standard Die Standards basieren in der Regel auf der Messung der Schwingungsgeschwindigkeit in mm/s als effektiven Wert (RMS). Die Interpretation des Messergebnisses wird erleichtert, indem der abgelesene Wert als Durchschnittsgeschwindigkeit der Hin- und Herbewegung interpretiert wird. Der effektive Wert der Schwingungsgeschwindigkeit spiegelt am besten das Ausmaß unerwünschter Phänomene, "störender Energien", wider. Diese verursachen überall, wo sie messbar sind, Verschleiß und Materialermüdung in der Maschinenstruktur.Die Norm ISO 10816-3 klassifiziert Maschinen in Kategorien und unterscheidet zwischen flexibel und starr montierten Maschinen. Letztere werden entsprechend der Resonanzfrequenz und der Drehzahl der Maschinen klassifiziert. Zum Beispiel zeigt eine Maschine, die mit einer Gummimatte oder einem Federbein - also flexibel - montiert ist, oft Resonanzen bei niedrigen Drehzahlen und führt bereits bei sehr niedrigen Drehzahlen zu großen Schwingungen. Wenn die Drehzahl die kritischen Resonanzfrequenzen überschreitet, nimmt der Schwingungspegel ab. Bei starr montierten Maschinen tritt ein solches Phänomen nicht auf. Moderne Maschinen arbeiten mit hohen Drehzahlen und verfügen über relativ flexible Lager, Peripheriegeräte und Fundamente. Daher können sie auch als flexibel montiert behandelt werden, selbst wenn sie nicht mit Gummimatten oder Federn befestigt sind. In solchen Fällen erlaubt die Norm ISO 10816-3 etwas höhere Schwingungspegel im Vergleich zur starren Befestigung. Die von ISO 10816-3 empfohlenen Grenzwerte für Schwingungspegel

Durch die Verwendung von Normen kann leicht festgestellt werden, ob bestimmte Maschinen weiter betrieben werden können oder nicht. Als Grundregel gilt, dass bei Maschinen, die eine Vibration von mehr als 3 mm/s aufweisen (dazu gehören die häufigsten Maschinentypen wie Elektromotoren, Pumpen, Ventilatoren, Generatoren), die Ursache der Vibration ermittelt werden muss. Betreiben Sie keine Maschine weiter, die stärker als 7 mm/s vibriert, wenn Sie nicht sicher sind, ob die Belastbarkeit der Maschine einen langfristigen Betrieb unter solchen Bedingungen ermöglicht!

Rahne Eric (PIM Kft.) pim-kft.hu, gepszakerto.hu  

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