Elektronische Schwingungsschalter - Grundausstattung für zuverlässigen Maschinenschutz

Eine effiziente, wettbewerbsfähige Produktion erfordert eine erhöhte Betriebssicherheit von Produktionsprozessen und Produktionsmaschinen. Darüber hinaus gewinnen auch Umweltschutz- und Sicherheitsaspekte zunehmend an Bedeutung für die Sicherung von Anlagen mit signifikantem oder kritischem Produktions- oder Eigenwert. Sowohl bei Rotations- als auch bei Alternativmaschinen ist die Überwachung der vom Gerät erzeugten Vibrationen eine wirksame Methode des Schutzes. Die einfachste und zuverlässigste Methode, die Entstehung eines übermäßigen Vibrationsniveaus zu verhindern, das die Maschine, ihre verbundenen Geräte und ihre Umgebung gefährdet, sind sogenannte Schwingungsschalter.

Anwendung von Schwingungsschaltern

Die meisten Produktionsanlagen (Motor, Lüfter, Pumpe, Kompressor, ...) erzeugen Vibrationen während des Betriebs. Das gemessene Vibrationsniveau an der Anlage (abgesehen von seltenen Ausnahmen) steht in Beziehung zum Zustand der Maschine. In diesem Fall ist es ratsam, zur grundlegenden Sicherung der Produktion, der Maschine und ihrer Umgebung sowie zur Verhinderung größerer Schäden eine Vibrationsüberwachung durchzuführen. Eine der einfachsten und kostengünstigsten Lösungen hierfür ist die Verwendung von Schwingungsschaltern.

Funktionsweise und Konstruktion von Schwingungsschaltern

Ein Schwingungsschalter misst nach Funktion die Vibration des zu schützenden Geräts und bewertet sie anhand eines eingestellten Schwellenwerts. Abhängig vom Überschreiten des Schwellenwerts liefert der Schwingungsschalter ein binäres Ausgangssignal, mit dem die Maschinenschutzfunktion aktiviert werden kann. Die scheinbar einfache Aufgabe kann sowohl mit mechanischen als auch mit elektronischen Elementen realisiert werden (jedoch ist keines davon einfach!). Mechanische Schwingungsschalter sind aufgrund ihrer einfachen Struktur in der Regel weniger an eine bestimmte Anwendung anpassbar. Die Empfindlichkeit des mechanischen Aufbaus hängt stark von der Frequenz ab und entspricht nicht immer den charakteristischen Vibrationen der zu schützenden Maschine. Dies kann zu Fehlalarmen oder im schlimmsten Fall zum Scheitern der Schutzfunktion führen. Aufgrund ihrer Struktur ist beispielsweise eine Fernquittierung/Aktivierung, Start- und Alarmverzögerung oder Änderung des Schwellenwerts ohne externe Geräte nicht möglich. Aus diesem Grund sind sie nur unter vielen Einschränkungen anwendbar, insbesondere zum Schutz von sich ändernden oder automatisierten Anlagen. Elektronische Schwingungsschalter zielen darauf ab, die Nachteile des mechanischen Aufbaus zu beseitigen. Der Sensor in diesen Geräten ist in der Regel ein piezoelektrischer Schwingungssensor, der über einen gut spezifizierten Frequenzbereich und Übertragungseigenschaften verfügt. Mit dem Rückgang der Größe und des Preises elektronischer Signalverarbeitungskomponenten sind diese Elemente heute Bestandteil von Schwingungsschaltern und verfügen über zahlreiche einstellbare Parameter. Die Einstellung des Schwellenwerts für das Vibrationsniveau ist eine grundlegende Funktion. Ein wesentlicher Unterschied zur mechanischen Vorrichtung besteht in der Genauigkeit und dem Einstellbereich. Mit elektronischen Geräten können verschiedene zeitliche Verzögerungs- und Verzögerungsfunktionen leicht realisiert werden, die in den Start- oder Lastwechselphasen der Anlage nützlich sind, um Fehlalarme und Abschaltungen zu vermeiden.

Abbildung 1: Elektronischer Schwingungsschalter der Serie PCB 685B mit zahlreichen Einstellungsmöglichkeiten und explosionsgeschütztem Gehäuse

Die neue Generation von Schwingungsschaltern

Durch die Erhöhung des elektronischen Verarbeitungsniveaus können spezielle Merkmale wie Hysterese, flexible Schwellenwertänderungen oder die Erzeugung, Speicherung und Auswertung eines beweglichen Referenzniveaus leicht realisiert werden. Die Qualität des von den integrierten Schwingungssensoren gelieferten Schwingungssignals gewährleistet die Vergleichbarkeit mit standardmäßiger Auswertung, die genaue, kalibrierte Einstellung des Geräts. Einige Schwingungsschalter ermöglichen auch die Ausgabe eines gepufferten Schwingungssignals - als Strom- oder Spannungssignale. Diese Ausgänge können einerseits zur Kalibrierung oder zur Überprüfung der Funktion verwendet werden, bieten aber auch die Möglichkeit, externe Schwingungsanalysegeräte oder Zustandsüberwachungssysteme anzuschließen. Einige Varianten elektronischer Schwingungsschalter verfügen über gut sichtbare, lokale LED-Anzeigen sowie zahlreiche Quittierungs- und Aktivierungsoptionen. Unter den "intelligenten", mikroprozessorgesteuerten Schwingungsschaltern finden sich elektronische Versionen, die eine Programmierung über serielle Kommunikationsports (RS-485, USB) ermöglichen. Die elektronische Einstellung bietet viele Vorteile: Der Schwingungsschalter kann schnell und möglicherweise über eine Fernverbindung eingestellt werden, was aufgrund der digitalen Datenübertragung mit präzisen Werten möglich ist. Die vollständige Konfiguration eines bestimmten Schwingungsschalters kann elektronisch gespeichert werden, und die Einstellungen können detailliert dokumentiert und unabhängig vom Gerät überprüft werden. Durch die digitale Signalverarbeitung bleibt die Verdrahtung und Anwendung des Schwingungsschalters weiterhin einfach: Geräte mit "normalen" Relaisausgängen können mit minimalen Änderungen angeschlossen werden.

Abbildung 2: Anschlussblockdiagramm für PCB 686Bxx Schwingungssensor (zweidrahtiger Anschluss)

Elektronische Schwingungssensoren bewähren sich unter verschiedenen Bedingungen, können dank geeigneter Gehäuse sogar in explosionsgefährdeten Umgebungen eingesetzt werden, sind in einem großen Temperaturbereich einsatzfähig und erfordern praktisch keine Wartung.

Im Vergleich zwischen elektronischen Schwingungssensoren und Konfigurationen mit Sensor und Signalverarbeitung können erstere aufgrund der geringeren Verkabelungs- und Anschlussfehler als zuverlässiger angesehen werden. Darüber hinaus besteht eine geringere Wahrscheinlichkeit für Konfigurationsfehler aufgrund der Integration (z. B. falsche Empfindlichkeitseinstellung), und aufgrund des kompakten Designs sind sie widerstandsfähiger gegen mechanische und elektrische Einflüsse. Darüber hinaus sind die Gesamtkosten in den meisten Fällen günstiger.

PCB 686B - die "intelligenten" Schwingungssensoren

Die elektronische Schwingungssensor-Familie PCB 686B verfügt über eine Vielzahl von einstellbaren Parametern, deren Einstellung dank USB-Schnittstelle und Konfigurationsprogramm einfach ist. Unter anderem können in den PCB 686B Schwingungssensoren Warn- und Alarmpegel, Einschalt- und Alarmverzögerung, Hysterese, Startpegel oder Blockierung, Alarmausgangsmodus sowie die Referenzierung des Alarmpegels eingestellt werden. Mit dem Programm können die einzelnen Merkmale bequem geändert, Konfigurationen gespeichert und dokumentiert werden.

Abbildung 3: USB-programmierbarer Schwingungssensor der Serie PCB 686B (links: explosionsgeschütztes Gehäuse)

Die PCB 686B Familie bietet verschiedene Optionen gegen Umwelteinflüsse, von gepanzerten Kabeln bis hin zu explosionsgeschützten Gehäusen. Trotz der Vielzahl von Funktionen und Optionen ist die PCB 686B Familie preislich attraktiv.

Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass der Einsatz von elektronischen Schwingungssensoren - abgesehen von einigen seltenen Ausnahmen - sowohl technisch als auch wirtschaftlich eine vorteilhafte Alternative zu mechanischen Schaltern und Sensor-Signalverarbeitungskonfigurationen darstellt.

Abbildung 4: Oberfläche des Konfigurationsprogramms für Schwingungssensoren der Serie PCB 686B

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

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