Rahne Eric, Dipl.-Ing. Elektrotechnik, Gründer der PIM Professionelle Industrielle Messtechnik GmbH, Experte für Schwingungsdiagnose
Die Ursache von Maschinenvibrationen kann vielfältig sein: unvermeidliche alternierende Kräfte während des Betriebs, die z. B. aus dem regelmäßigen Betrieb der Maschine oder aus dem Restungleichgewicht der rotierenden Bauteile resultieren. Die Maschinenbauteile bilden Feder-Masse-Schwingungssysteme. Die Rotationsmaschine selbst besteht aus zahlreichen solcher Systeme, die miteinander in Beziehung stehen und sich gegenseitig anregen. Die Vibrationen entstehen abhängig von der Steifigkeit und Masse der mechanischen Elemente: Je kleiner das Bauteil, desto höher die Frequenz, aber geringere Amplitude der Vibration. Diese genannten Vibrationen addieren sich nicht nur, sondern nehmen auch mit zunehmender Entfernung vom Erregungsort ab. (Je höher die Frequenz der Vibration, desto stärker ist ihre Dämpfung.) Daher ist es ratsam, bei Rotationsmaschinen an den Lagergehäusen zu messen, da die durch Fehler der rotierenden Bauteile verursachten Vibrationen übertragen werden und die aus Lagerfehlern resultierenden (hochfrequenten) Vibrationen nur dort messbar sind.
Die Stärke der Vibrationen ändert sich im Laufe der Lebensdauer der Maschine bzw. Maschinenbauteile aufgrund von Änderungen in Spalten, Oberflächen und Elastizitätsfaktoren - also aufgrund von Verschleiß oder Alterung der Maschine. Diese Vibrationsänderung (Trend) kann als Charakteristikum für die Geschwindigkeit des Maschinenzustandsverfalls genutzt werden. Typischerweise sind die Vibrationen während der Einfahrphase neuer Maschinen etwas höher, danach kennzeichnet eine lange Zeit fast gleichbleibend niedriges Vibrationsniveau. Mit zunehmendem Verschleiß der Maschine nehmen die Vibrationen schließlich deutlich zu. Durch die Beobachtung dessen können wir die noch zu erwartende Lebensdauer vorhersagen, die Ersatzteilbeschaffung und Wartung rechtzeitig planen.
Zur guten Auswertbarkeit der Trends ist es erforderlich:
Die Vibrationsstärke charakterisiert den mechanischen Zustand einer bestimmten Maschine oder eines Maschinenelements mit einem einzigen Wert. Dieser Wert kann die Spitzen-, Durchschnitts- oder Effektiv-(RMS-)Werte der Vibrationsverschiebung, -geschwindigkeit oder -beschleunigung in einem bestimmten Frequenzbereich sein. In der Industrie ist die Messung des Effektivwerts der Vibrationsgeschwindigkeit im Frequenzbereich von 10 ... 1000 Hz (gemäß ISO 10816-3) weit verbreitet. Da dieser Bereich nur für Maschinen mit einer Drehzahl von über 600 U/min ausreicht, wird oft bereits ab 2 Hz gemessen. Da der nach ISO 10816-3 definierte Frequenzbereich nur bis 1000 Hz reicht, ist es nicht verwunderlich, dass die nach dieser Norm durchgeführten Messungen keine Informationen über den Lagerzustand liefern. Denn die Lager-Vibrationen haben viel höhere Frequenzen und sind in der Vibrationsgeschwindigkeit ohnehin schwach wahrnehmbar. Daher ist neben der ISO-Norm eine zusätzliche Messung der Vibrationsbeschleunigung mit höheren Frequenzen (typischerweise im Bereich von 2 ... 10 kHz) zur Beurteilung des Lagerzustands erforderlich.
Jedes Maschinenelement erzeugt und verfolgt aufgrund seiner Funktion verschiedene (gut identifizierbare) Vibrationen unterschiedlicher Frequenzen. Durch die Umwandlung des aufgezeichneten Zeit-Vibrationssignals in ein Spektrum wird sichtbar, welche Frequenzen vorhanden sind. Den einzelnen Frequenzen können bestimmte Bauteile und typische Maschinenfehler zugeordnet werden - natürlich unter Berücksichtigung der aktuellen Maschinendrehzahl. Die Amplitude der entstandenen Vibration charakterisiert die Schwere der individuellen Maschinenfehler.
Die typischen Vibrationsfrequenzen für häufige Maschinenfehler sind:
Die verbreitetste "übliche" Methode der Maschinendiagnose besteht darin, zunächst eine Datenbank und dann eine Messstrecke auf dem Computer vorzubereiten. Anschließend werden die Vibrationen der Rotationsmaschine mit dem Messgerät gemessen. Nach der Übertragung der Daten vom Messgerät auf den Computer werden die gemessenen Vibrationen mit PC-Software analysiert. Eine unglaublich praktische Neuheit ist, dass der Synergys VShooter Schwingungsanalysator / Datensammler völlig anders "denkt": Zuerst machen wir ein Foto von der Rotationsmaschine, die wir untersuchen möchten, markieren dann die Stellen für die geplanten Messungen und führen dann die Schwingungsmessungen durch. Anschließend betrachten wir das "Maschinenzustandsfoto", die ISO 10816-3 Vibrationspegel- und Lagerzustandsdiagramme, Spektren und Zeitmarkierungen. All dies direkt auf dem hochauflösenden Farbbildschirm des Messgeräts!
Bei einer bereits zuvor gemessenen Rotationsmaschine müssen wir nicht einmal vor der Messung ein Foto machen: Wir müssen nur das aktuelle Gerät aus dem Speicher des Messgeräts auswählen und können sofort mit den Messungen beginnen. Neben den oben genannten Anzeigenergebnissen erhalten wir in diesem Fall auch ein Trenddiagramm, da die Vergangenheit der Maschine bekannt ist, sodass die Geschwindigkeit des Maschinenzustandsverfalls sofort grafisch dargestellt werden kann. (Dadurch kann die verbleibende Lebensdauer abgeschätzt, die Beschaffung von Ersatzteilen und Wartungsarbeiten rechtzeitig organisiert werden.)
Natürlich können wir neben den oben genannten Funktionen auch die automatischen Schwingungsanalysefunktionen des VShooter verwenden, um mögliche Fehler an der Rotationsmaschine detailliert zu erkennen. Das Gerät kann Unwuchten, Fehler bei der Achsausrichtung, mechanische Lockerungen und schlechte Schmierung oder Ausfälle des Lagers erkennen. Mit der eingebauten Wärmebildkamera des VShooter kann sogar die Lager-Temperatur gemessen werden, und es besteht auch die Möglichkeit, die elektrischen Anschlüsse der Maschine zu überprüfen! Somit sind alle erforderlichen Funktionen in einem handlichen, ergonomisch gestalteten Messgerät vorhanden!
Der Speicher des Geräts ist groß genug, um über viele Jahre hinweg Messungen an einer Vielzahl von Maschinen durchzuführen und diese im Gerät zu speichern. Natürlich besteht die Möglichkeit, die Daten auf den PC zu übertragen und Berichte zu drucken. PIM Professionelle Industrielle Messtechnik GmbH H-2040 Budaörs, Szabadság út 143 -1/3. Tel.: (23) 792-163 E-Mail: pim@pim-kft.hu Webseite: www.pim-kft.hu www.thermalkamera.hu www.maschinenexperte.hu
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