Anlauf_thumbnail

Dies gilt insbesondere für angetriebene Anlagen wie Pumpen, Lüfter und Kompressoren Bei der Analyse von Schwingungsproblemem werden üblicherweise folgende Parameter herangezogen: Der Versatz (mm), Geschwindigkeit (mm/Sek) und die Beschleunigung (g) Bei der Analyse von Schwingungsproblemem werden üblicherweise folgende Parameter herangezogen: Der Versatz (mm), Geschwindigkeit (mm/Sek) und die Beschleunigung (g).

Schwingungsmessgerät

Flexible Lösung zur Überwachung: Das batteriebetriebene, tragbare Schwingungsmessgerät.

Die Versatzwerte erzeugen ein schwaches Signal bei mittleren und hohen Frequenzen. Das begrenzt das Spektrum der Problemfälle, die der Analytiker erkennen kann, stark. Deshalb wird vor allem die Geschwindigkeit zum Abgleich verwendet. Sie erzeugt ein stichhaltiges Signal für niedrige bis mittlere Frequenzbereiche und ist der beste Parameter zur Betrachtung von Kupplungsproblemen, losem Sitz und Unwucht.
Es gibt aber auch Situationen, die andere Betrachtungen verlangen. Ein Beispiel: Tritt in einer Maschine ein Lagerausbruch auf einer der Laufbahnen auf, passiert jeder Wälzkörper diesen Ausbruch, ähnlich einem Autoreifen, der über ein Schlagloch fährt. Da diese Auswirkung aber nur von kurzer Dauer ist, bleibt die Bewegung des Lagergehäuses minimal. Ein Analytiker wird bei Betrachtung von Versatz oder Geschwindigkeit des Lagergehäuses diese Wirkung nicht erkennen. Dennoch kann die dabei verursachte Kraftentfaltung beträchtlich sein, entsprechend Newtons Axiom, dass Kraft = Masse * Beschleunigung ist (F = m*a) ist. Die Beschleunigung des Lagergehäuses lässt sich messen, und indirekt auch die durch Wirkung des Ausbruchs verursachte Kraft. Beschleunigung ist deshalb der bevorzugte Messparameter bei der Betrachtung kurzzeitig auftretender, daher hochfrequenter Störungen wie Lagerdefekte, Übersetzungsprobleme und motorische/elektrische Fehler. Die Messeinheit ist “g”. Die Erdgravitation beträgt 1 g, ein Vibrationsmesswert von 3 g würde also der dreifachen Erdbeschleunigung entsprechen.

Schwingungsanalyse

Schwingungsanalyse: Versatz versus Geschwindigkeit versus Beschleunigungsfrequenz-Resonanz

Betrachten wir das Messergebnis für einen Lüfter mit Unwucht. Hier schwingt das Lagergehäuse von links nach rechts vor und zurück. Das Lagergehäuse durchläuft dabei eine ungefähre Sinusschwingung. Leider sind die realen Wellenformen komplex und bestehen aus vielen Sinuskurven unterschiedlicher Frequenzen. Da sich Maschinenfehler aus dieser Wellenform nahezu unmöglich direkt erkennen lassen, führt der Analytiker ein Fast-Fourier-Transform (TFF) durch. Dabei werden die Daten in ein Frequenz-Amplituden-Diagramm umgewandelt.
Entsteht ein Schwingungsproblem, steigt die im Spektrum sichtbare Amplitude an. Setzt sich auf einem der Lüfterflügel über etliche Monate hinweg Schmutz ab, wird die Laufgeschwindigkeitsschwingung mit der Zeit zunehmen und einen ansteigenden Vibrationsverlauf erzeugen. Ein solcher Trend spiegelt die zunehmende Schädigung der Anlage genau wider und ist einfach nachzuvollziehen. Deshalb dient er als gebräuchlichstes Hilfsmittel des Analytikers, um dem Wartungs- und Bedienpersonal Vibrationsprobleme aufzuzeigen. Er wird Absolutwerten vorgezogen, weil die Schwingungsquantität abhängig ist vom Maschinendefekt ebenso wie von der Steifigkeit der Maschinenauflage. So kann etwa eine im zweiten Stock stehende Maschine mehr vibrieren, als eine auf einem Betonfundament. Liegt kein Trend vor, ist ein Spitzenschnellemesswert von 0,025 mm/sec oder weniger für typische Anlagen wünschenswert. Falls die Anlage mit der Produktqualität im Zusammenhang steht, etwa bei spanender Bearbeitung, ist das annehmbare Schwingungsniveau deutlich niedriger. Zu den Quellen, die solche annehmbaren Schwingungsniveaus für verschiedene Anlagen auflisten, gehört der ISO Standard 10816.

Die zwei Lösungen

Fest installiert oder mobil
Zur Schwingungsüberwachung bieten sich zwei Basismethoden an: Dauerüberwachungssysteme (Continuous Monitoring Systems, CMS) und das mobile Datenerfassungsgeräte.
Die CMS-Einheiten werden vor allem für kritische Maschinenanlagen eingesetzt, deren Stillstand erhebliche Kosten verursachen würde. Sie messen permanent das Schwingungslevel einer einzelnen Maschine oder einer kleinen Maschinengruppe.
Die mobile Datenerfassungsmethode benutzt ein batteriebetriebenes, tragbares Gerät. Es verfügt über mehrere Datensätze, die so ausgewählt sind, dass sie zu bestimmten Maschinenparametern wie Drehzahl und Gesamt-Schwingungsniveau passen. Während sich diese Datensätze von Maschine zu Maschine unterscheiden, wird stets derselbe Datensatz für eine bestimmte Maschine verwendet.

Werfen wir nun einen Blick auf verschiedene Vibrationsprobleme. Der Lüfter mit Unwucht erzeugt eine Wellenform mit der Frequenz, die der Drehgeschwindigkeit entspricht. Bei Verwendung des FFT zur Umwandlung dieser Wellenform in ein Spektrum ergibt sich eine einzelne Spitze bei der Drehgeschwindigkeit. Das ist typisch für eine Maschine mit Unwucht. Da Lagerblöcke üblicherweise in der vertikalen Ausrichtung eine höhere Steifigkeit besitzen als in der horizontalen, sind die höchsten Vibrationsmesswerte meist in der horizontalen Ausrichtung zu finden. Nahezu alle Erstausrüster und Reparaturbetriebe wissen um die Bedeutung einer guten Auswuchtung, deshalb sind neue oder reparierte Maschinen mit Unwucht selten. Allerdings ist bei Lüftern die Abnutzung der Flügel oder Ansammlung von Schmutz üblich, so dass regelmäßige Reinigung und Vor-Ort-Auswuchtung erforderlich sind.

StatusCheck, Timken

Drahtloser StatusCheck von Timken: Ein Gerät zur Erkennung von Grenzwertüberschreitungen bei Temperatur und Vibrationen.

Maschinenfehler können ihren Ursprung auch in der Kupplung haben. Bei Übernahme der Last von einem nicht ausgewuchteten Lüfter und Anschluss an eine verriegelte Kupplung mit Winkelabweichung wird der Motor, sobald die Welle zu rotieren beginnt, auf eine Seite gedrückt – und der Lüfter zur andere. Rotiert die Welle um 180 Grad, werden Lüfter und Motor in entgegengesetzte Richtungen gedrückt. Dreht sie sich weiter, bewegen sich Motor und Welle jeweils in die entgegengesetzte Richtung. Die beiden Bauteile sind „gegenphasig“. Im Spektrum zeigen sich Kupplungsprobleme meist durch Vibrationen in doppelter Drehgeschwindigkeit. Eine weitere häufige Vibrationsursache ist das, „Losesein“. Extern tritt es etwa bei losen Lagergehäusebolzen oder bei einem zu dünnen oder beschädigten Maschinenfundament auf. Internes „Losesein“ kann durch Verlust des exakten Sitzes entstehen, durch übermäßiges Spiel zwischen Lagergehäuse und Lageraußendurchmesser oder ein lockeres Flügelrad auf einer Welle. Das Vibrationsspektrum zeigt diese Arten von Defekten als Vibration in Drehgeschwindigkeit oder im Vielfachen der Drehgeschwindigkeit.

Jeff Teter, Senior Reliability Engineer

Kontakt:
Timken Deutschland
Tel.: 0711 72063
www.timken.de