Eric Rahne, Dipl.-Ing. Elektrotechnik, gerichtlich beeidigter Sachverständiger (PIM GmbH)
ZUSAMMENFASSUNG Für eine erfolgreiche Anwendung der Schwingungsdiagnostik sind fundierte Fachkenntnisse erforderlich. Zur effektiven Schulung entwickelte die PIM GmbH zwischen 1999 und 2004 einen transportablen Prüfstand namens VibDemo, der alle Arten von mechanischen Fehlern in der Maschinentechnik demonstrieren kann. Heute ist VibDemo mit fast 70 weltweit verkauften Einheiten und CE-Zertifizierung ein erfolgreiches Produkt. Neben den Entwicklungsphasen und Schwierigkeiten von VibDemo stellen wir auch das Produkt selbst und seine Entwicklungsmöglichkeiten vor. INHALT Die erfolgreiche Anwendung der Schwingungsdiagnostik erfordert gründliche Fachkenntnisse. Die PIM GmbH hat zwischen 1999 und 2004 einen VibDemo-Prüfstand entwickelt, der alle mechanischen Fehlerarten demonstrieren kann. Mit weltweit fast 70 verkauften Einheiten und CE-Zertifizierung ist dieser ein Erfolgsprodukt. Neben den Phasen und Schwierigkeiten der Entwicklung von VibDemo stellen wir das Produkt und sein Entwicklungspotential vor. 1. EINLEITUNG Für eine erfolgreiche Anwendung der Schwingungsdiagnostik sind nicht nur geeignete Messgeräte und Software erforderlich, sondern auch fundierte Fachkenntnisse. Dies ist insbesondere bei Zustandsüberwachungsgeräten, die auf Spektrumanalyse basieren, unerlässlich. Es ist jedoch nicht praktikabel, dass jeder Fachanfänger ein universitäres oder Fachhochschullaborpraktikum im Maschinenbau absolviert oder eine praktische Einarbeitung in einem Industrieunternehmen erhält. Ein Problem in Bezug auf Letzteres ist, dass für die Erkennung von Fehlern fehlerhafte Maschinen benötigt werden, idealerweise mit verschiedenen Konstruktionen und einer Vielzahl von Fehlern. Es ist jedoch niemand absichtlich daran interessiert, seine Maschinen zu beschädigen... Die Verwendung von industriellen Maschinen als Schulungsmittel gestaltete sich aufgrund ihrer Größe und ihres Gewichts ebenfalls als keine Lösung. Aus diesen Gründen begannen wir mit der Entwicklung eines speziell tragbaren Schulungsmittels. 2. DIE ERSTE VERSION (1999) Die Entwicklung war buchstäblich mit anfänglichen Schwierigkeiten verbunden. Denn unser erster VibDemo-Prüfstand, der 1999 fertiggestellt wurde (siehe Abbildung unten), wog weit über 50 kg. In der Grundausführung, ohne Plexiglasabdeckung und Zubehör!
Neben dem Gewicht waren wir auch aus anderen Gründen nicht zufrieden damit: - ungünstige Riemen- und Zahnradjustierung - schräge Lager ziehen sich selbst an (bis zum Stillstand!) - ein einstellbarer Bremsmechanismus ist für die Demonstration elektrischer Fehler erforderlich - zu wenige Löcher in den Scheiben (für die Auswuchtung) - Schutzabdeckung fehlt (Arbeitsschutz) Da unser Unternehmen seit 2000 regelmäßige (von FAT und MMK akkreditierte) Schulungen zur Schwingungsdiagnostik durchführt, wurde die Verfügbarkeit des geeigneten Schulungsmaterials von entscheidender Bedeutung. Daher musste das Gerät zur Beseitigung der oben genannten Mängel weiterentwickelt werden. 3. DIE ZWEITE VERSION (2001) Das Gewicht unseres VibDemo-Prüfstands hat sich zwar nicht geändert (eher zugenommen), aber durch einige "kleine" Änderungen wurde seine Benutzerfreundlichkeit und Vollständigkeit verbessert. Es erhielt auch eine Plexiglasabdeckung, die aus Arbeitsschutzgründen während des Trainings sehr wichtig ist.
Wir konnten nun die Komfortprobleme bei der Riemen- und Zahnradjustierung, das Problem der selbstanziehenden schrägen Lager, das Fehlen einer Bremse, zusätzliche Bohrungen in den Scheiben und eine Schutzabdeckung lösen. Jedoch stellte sich das Gewicht als störender Faktor heraus (Erkenntnis aus einem Schulungsraum im 3. Stock eines Hotels ohne Aufzug), und einige weitere Kleinigkeiten führten zu Unzufriedenheit: - erforderlich für die Lehre von Resonanzphänomenen - Möglichkeit zur Änderung der Drehzahl - unterschiedliche Steifigkeit oder Unterstützung - als zusätzliches Zubehör erforderlich - gebogener Schaft (mit guten Lagern) - guter Schaft mit "echt" schlechten Lagern - Zahnrad muss industrieller Ausführung sein (mit präzise bearbeiteten geschliffenen Zähnen) - die Wellen müssen geschliffen sein Anmerkung: Das erste VibDemo-Gerät, das zu Testzwecken nach Deutschland verkauft wurde, wurde aufgrund der "Unbrauchbarkeit" aufgrund der oben genannten Gründe vom Kunden zurückgegeben. 4. FAST VÖLLIG NEUE VERSION (2002) Diese nahezu komplett neue Ausführung wurde gleichzeitig zur ersten kommerziellen Version des VibDemo. Die Entwicklung berücksichtigte alle bisherigen Erfahrungen: Anstelle des schweren Eisen-U-Profils wurde ein Aluminiumsockel verwendet (leichter und gleichzeitig besserer Schwingungsdämpfer), die oben genannten Zubehörteile wurden hinzugefügt und die Genauigkeit der Bauteile wurde verbessert.
Zur Kompensation der Unstetigkeit des VibDemo-Grundgeräts wurden Eisenplatten unter die Aluminiumplatte montiert. Natürlich war das Gewicht unseres Geräts immer noch hoch, aber wir konnten 15 kg von den anfänglichen über 50 kg abschneiden!
Bezüglich der verkauften Geräte betonten wir ständig die Bedeutung der ordnungsgemäßen Befestigung der oben genannten Eisenplatten. Weder unsere Kunden noch wir waren mit dem Gesamtgewicht von 35 kg zufrieden. Darüber hinaus traten weitere Probleme und Anforderungen auf: - für weitere Gewichtsreduktion werden "flexible" Lagergehäuse benötigt - die Mechanik der Achsausrichtung entspricht nicht den "realen" Einstellbedingungen - Fehlersimulationen sollten leicht und ohne Messgeräte "nullbar" sein - die Vibrationen der einphasigen Motoren dürfen nicht auf die anderen Elemente des Prüfstands übertragen werden 5. ERFOLGREICHE ÄNDERUNGEN (2003) Diese Ausführung behielt die Eisenplatten bei, löste aber die oben genannten Probleme durch eine völlig neue Achsausrichtung (Befestigung des Elektromotors) und Lagergehäuse, die durch Fräsen erleichtert wurden (weiterhin vollständig aus Eisen gefertigt).
Der einphasige Frequenzumrichter für die Einspeisung bewährte sich, um dreiphasige Elektromotoren zu betreiben. Neben der Möglichkeit, die Drehzahl beliebig zu ändern (und stabil zu halten), mussten wir uns nicht mehr mit den für einphasige Motoren typischen (nicht eliminierbaren) Vibrationen bei 50 Hz und 100 Hz herumschlagen. Dennoch war das Gesamtgewicht von 35 kg immer noch nicht zufriedenstellend, und es traten weitere Anforderungen auf: - für die Gewichtsreduktion (Entfernen der Eisenplatten) werden noch flexiblere Lagergehäuse benötigt - das Gewicht sollte durch Aluminiumscheiben reduziert werden - es sollten zwei Arten von "Füßen" vorhanden sein (Aluminium und Gummi) - die Motorhalterung aus Kunststoff brach zu leicht - für Achsausrichtungsübungen wird ein Ring auf der Welle benötigt (ohne diesen ist der Wellendurchmesser zu klein für die Montage der Messköpfe) 6. DIE "ENDGÜLTIGE" VERSION (seit 2004) Diese Ausführung erreichte endlich das angestrebte Gesamtgewicht von unter 25 kg. Mit allen Zubehörteilen! Die Lösung waren die experimentell entwickelten, geometrisch geformten, aus Aluminium gefertigten und durch Fräsen erleichterten Lagergehäusefüße. Darüber hinaus wurde die Herstellung der zweiteiligen Struktur (und deren Kosten) etwas günstiger. Die Eisenplatten verschwanden endgültig, und seitdem werden auch die Scheiben aus leichterem Aluminium hergestellt.
Dank der gebogenen Ausfräsungen und des neuen Materials der Motorhalterungsteile erfüllten sie endlich ihre Funktion als Vibrationsdämpfer, ohne leicht zu brechen.
Einige kleinere Änderungen an der Plexiabdeckung ermöglichten die Präsentation der meisten Fehler bei geschlossener Abdeckung, und die selbstgefertigte Holzkiste für den Transport des gesamten Systems wurde erleichtert und erfuhr mehrere Verbesserungen in der Benutzerfreundlichkeit. Das Gewicht wurde von 7,3 kg auf 4,8 kg reduziert.
7. CE-KONFORMITÄT, TECHNISCHE DATEN Die CE-Konformität klingt auf den ersten Blick nicht aufregend, hat uns aber dennoch beschäftigt. Denn der Öffnungssensor der Schutzabdeckung musste versteckt werden. (Die Lösung dafür wird hier natürlich nicht verraten.) Darüber hinaus mussten wir das VibDemo-Prüfgerät mit unzähligen Beschriftungen (eher Piktogrammen) versehen, damit selbst der unaufmerksamste (und möglicherweise nicht lesefähige) Benutzer sich nicht selbst schaden kann. Als Ergebnis können wir stolz darauf sein, dass unser Gerät nicht nur über eine CE-Erklärung verfügt, sondern auch über eine tatsächliche Prüfung in einer sicheren Ausführung für die Benutzer verfügt.
Die aktuelle Version von VibDemo, die derzeit hergestellt und vertrieben wird, verfügt über folgende Fähigkeiten: Zeigbare Fehler • Unwucht • statische Unwucht • dynamische Unwucht ◦ in 2 oder 3 Ebenen ◦ auf 2 unterschiedlichen Drehzahlen • Achsenausrichtungsfehler ◦ seitliche Verschiebung ◦ Winkelabweichung ◦ Kombination von beidem • Schrägkugellager-Sitz • mechanisches Spiel, lockere Montage • Riementriebfehler ◦ Scheibenpositionierungsfehler ◦ Riemenfehler ◦ Riemenresonanz • verbogene Welle • Wälzlagerfehleinstellungen ◦ durch Verschleiß abgenutzte Lager ◦ äußerer Ringfehler (vorübergehend) • Zahnradantriebsfehler ◦ enger oder loser Zahnluftspalt ◦ schräge Passung ◦ verschiedene Zahnfehler (Kombination von zwei Zahnrädern) ◦ Zahnwiederholungsfrequenz • Elektromotorfrequenzen VibDemo ist modular aufgebaut und kann nur mit einem 10er-Schlüssel und einem 4er-Inbusschlüssel montiert werden. Die technischen Daten sind wie folgt: Antrieb: 3x230VAC-Dreiphasenmotor, 2985 U/min, 180W, gespeist von einem einphasigen Frequenzumrichter Abmessungen: 600 mm (H) x 315 mm (B) x 265 mm (T) Gewicht: ca. 22 kg (mit allen Zubehörteilen) ca. 4,5 ... 5 kg Versandkarton 8. ANWENDUNG UND ERFOLG VON VIBDEMO Wie bereits erwähnt, haben wir im Laufe der Jahre fast 70 Einheiten verkauft. Dies geschah, ohne jemals Werbung für den VibDemo-Prüfstand zu machen, da es sich um individuell gefertigte Geräte handelt und unsere Produktionsmöglichkeiten (sowie die Kapazitäten unserer Lieferanten) sehr begrenzt sind. Dennoch haben wir bereits nach Belgien, Südkorea, Dubai, in die Vereinigten Arabischen Emirate, nach Finnland, in die Niederlande, nach China, Kuwait, Ungarn, Großbritannien, Deutschland, Nigeria, Norwegen, Italien, Russland, Portugal, Rumänien, Spanien und Schweden geliefert (streng alphabetisch geordnet). Entsprechend unserer Ingenieursphilosophie nutzen wir jede Gelegenheit, um die Ausbildung der aufstrebenden neuen technischen Fachkräfte und Ingenieure zu unterstützen. Es ist erfreulich, dass wir mit unseren Produkten, Instrumenten, unserem Wissen und unserer jahrzehntelangen Erfahrung auch den uns kontaktierenden Studenten von Fachhochschulen und Universitäten helfen können. Wir halten regelmäßig Fachvorträge (natürlich mit Anwendung des VibDemo) an mehreren ungarischen Fachhochschulen und Universitäten ab und stellen unseren Prüfstand auch für Abschlussarbeiten und Diplomarbeiten zur Verfügung, die sich mit Schwingungsdiagnose und Maschineneinstellung befassen. So wurden bereits mehrere Arbeiten zur Anwendung von VibDemo bei Schwingungsdiagnose, Maschineneinstellung oder sogar Wellenkupplungseigenschaften erstellt.
9. WEITERENTWICKLUNG VON VIBDEMO Basierend auf dem bisher Gesagten könnte der Eindruck entstehen, dass die Entwicklung von VibDemo hier endet. Dies ist jedoch nicht der Fall, da wir einerseits nach Lösungen für eine einfachere Montage während der Produktion und zur Reduzierung der Herstellungskosten suchen. Andererseits haben wir Ideen zur Erweiterung des Spektrums der vorführbaren mechanischen Fehler, wie beispielsweise die Darstellung von Strömungsfehlern bei Pumpen und Ventilatoren sowie die Diagnosemethoden für Gleitlager. Quelle für Fotos und technische Daten: PIM Professzionális Ipari Méréstechnika Kft. H-1221 Budapest, Tanító u. 19/A Tel.: (1) 424-00-99 Fax: (1) 424-00-97 E-Mail: pim@pim-kft.hu Website: www.pim-kft.hu www.termokamera.hu www.gepszakerto.hu
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