Ein Simulationsprüfstand macht Maschinendynamik handhabbar

Christian Schlumpf, Geschäftsführer der Schweizer Firma Help Machines AG, ist erfreut: „Endlich sind wir in der Lage maschinendymanische Probleme praxisnah so zu simulieren, dass wir einen realistischen Eindruck davon bekommen, wie die Lösung aussehen muss Das hilft unseren Mitarbeitern in der täglichen Praxis enorm weiter “ der Schweizer Firma Help Machines AG, ist erfreut: „Endlich sind wir in der Lage maschinendymanische Probleme praxisnah so zu simulieren, dass wir einen realistischen Eindruck davon bekommen, wie die Lösung aussehen muss. Das hilft unseren Mitarbeitern in der täglichen Praxis enorm weiter.“

idf

Ein wertvolles Hilfsmittel bei der Ausbildung: Schwingungsmodell.

Bei dem Tool, auf das sich dieses Lob bezieht, handelt es sich um das von der IDF vibrodiagnose Dresden entwickelte Schwingungsmodell 590 zur Schadenssimulation. Das transportable Maschinenmodell kann, ausgehend von der Grundkonfiguration, ähnlich einem Lego-System durch Anbausätze modifiziert für alle üblichen Maschinenkonstellationen werden. Diese Eigenschaften machen das Schwingungsmodell zu einem vielseitigen Lehr-, Lern- und Demonstrationsobjekt. Aber auch der in der Praxis tätige Ingenieur kann hier die häufigsten Schäden und Fehler, die an rotierenden Maschinen auftreten, bestens nachzubilden. So lässt sich beispielsweise das rotordynamische Verhalten eines starren oder eines weichen Rotors an einer Maschine nachvollziehen. Mit einigen einfachen und schnell ausführbaren Montagearbeiten am Modell ist es möglich, unterschiedlichste Schadenbilder dem fehlerfreien Zustand gegenüber zu stellen.
Insbesondere kann der Nutzer am Modell das Auswuchten, die wichtigste Arbeit zur Verbesserung der Maschinendynamik, trainieren. Statisches und dynamisches Auswuchten am starren und weichen Rotor lassen sich hier anschauen, austesten – und einfach durch Ein- und Ausschrauben der Unwuchtmassen verändern.

Das Auswuchten kann in mehreren Ebenen trainiert werden

Das Auswuchten beginnt in einer Ebene in Zwischenlagerung und in fliegender Lagerung am starren Rotor, um danach ins systematische Zwei-Ebenen-Auswuchten überzugehen. Dabei lässt sich als spezielle Einflussgröße der Abstand der Wuchtebenen beliebig variieren.
Ein Anwender, der über einige Erfahrung verfügt, kann danach den Rotor auf den langen Lagerabstand umbauen, um den weichen Rotor eines ,Lavalläufers’ mit 0,1 g Auswuchtmassen in der Resonanzdrehzahl auszuwuchten. Die Vorrausetzungen dafür bietet die Drehzahlregelung des Modells, die auch die anspruchsvollere Fehlerkombination mit anderen Eigenschwingungen des Modells erlaubt.
Auf ähnlich einfache Weise lassen allen verbreiteten Fehler in der Maschinendynamik mit wenigen Handgriffen simulieren und dann in verschiedensten Kombinationen in der Tiefe systematisch  analysieren. Bisher wurde in dieser auf Erfahrung begründeten Ingenieursdisziplin dafür Jahre an praktischer Erfahrung benötigt. Jetzt lässt sich die Fehlausrichtung in einem Wellenstrang durch Verstellen von Justierschrauben in allen Varianten austesten.
Unterschiedliche Typen von Riemenantrieben können durch variierten Anbau diagnostiziert werden. Betrachtet werden dabei Fehlausrichtungen bei unterschiedlichen Riemenspannungen, die mit einer Schraube einstellbar sind. Rahmeneigenschwingungen lassen sich an markierten Messpositionen anhand der Schwingform genauer untersuchen. Die Weichheit der Schwingfüße ist einstellbar, damit kann die Aufstelleigenfrequenz des ganzen Maschinensatzes bis zur starren Aufstellung und mit Instabilitätseinfluss verändert werden. Selbst die Rotormasse und damit die Biegeeigenfrequenzen der Welle lässt sich über die Auswuchtscheiben einfach verändern.

Wälzlagerdiagnose ist ein weiterer Anwendungsschwerpunkt

Ein weiterer Schwerpunkt des Lehr- und Lernobjektes Schwingungsmodells 590, liegt in der Wälzlagerdiagnose. Hier werden dem Anwender leicht variierbare Belastungs- und Schadensfällen angeboten. Die Lagerbelastung kann über den Riemenantrieb von der Nennbelastung über eine Überlastung bis zur vollständigen Entlastung und Deckellast eingestellt werden. Ein Wälzlagersatz mit Schäden an allen  Bauteilen steht zur Untersuchung von Laufbahnschäden zur Verfügung. Selbst das Lagerspiel kann durch die Montage des Lagers genau eingestellt und dessen Fehlerfälle nachvollzogen werden.
Die Königsdisziplin der Getriebediagnose ist am Modell mit den Anbauteilen eines Kegelradgetriebes, eines Planetenradgetriebes und einer Bandbremse realisierbar. Das Modell stellt auch hier verschiedene Schadensbilder und Simulationen bereit, angefangen von der Variation der Belastung an der Bandbremse mit einer Stellschraube bis zur Diagnose der äußeren und inneren Fehlausrichtung. Auch Zahnflankenschäden und Wälzlagerschäden sind im Modell integriert, ebenso wie die instabile Aufstellung oder das Auftreten von Drehimpulsen.

Zusatzinformationen

Das Buch zum Thema

taeDas gut eingeführte Werk mit seiner praxisnahen Darstellung der Maschinenüberwachung und Schwingungsdiagnose erscheint nunmehr in seiner vierten, gründlich überarbeiteten Auflage. Im Vordergrund steht die Organisation einer zustandsabhängigen und kostenoptimierten Instandhaltung. Großer Wert wird nach wie vor auf eine gut verständliche Einführung in dieses vielfältige Fachgebiet gelegt.
Neu ist auch die zum Buch gelieferte Software, die den PC zu einem virtuellen Analysator erweitert – ein Gerät zum Lernen und Austesten, mit dem sich auch bereits ein kleines, aber leistungsfähiges Diagnosesystem aufbauen lässt. Die DVD enthält zusätzlich die NI LabVIEW Studentenedition sowie eine Vollversion der graphischen Systemdesignplattform LabVIEW 8.6 von National Instruments für Lern- und Weiterbildungszwecke und für den persönlichen Gebrauch.
Zustandsüberwachung von Maschinen
Das Lehr- und Arbeitsbuch für den Praktiker
4., neu bearb. u. erw. Aufl. 2008, 403 S., 252 Abb., 7 Tab. DVD-ROM (Ed.es, 79) Kt.
69,00 €, 114,00 CHF
ISBN-13: 978-3-8169-2597-2

Das Anwendungspaket wird ergänzt durch die Darstellung der Motorstromanalyse, die bisher zu Unrecht in der Praxis nur wenig genutzt wird. Einzelne Motorstromphasen sind zugänglich, so dass mit einer Stromzange elektrische und mechanische Größen zur Fehleranalyse am FFT-Analysator abgegriffen werden können. Über das Drehfeld im Asynchronmotor lässt sich so direkt der Zahneingriff im rotierenden Getriebezug  analysieren.
Alle zum Training notwendigen Bauteile, wie unterschiedliche Getriebe und Lager, können rasch umgebaut werden und machen das Modell abwechslungsreich und flexibel. Zur Benutzerfreundlichkeit gehören auch die geringen Abmaße, die es erlauben, das Modell in jedem Pkw unterzubringen, die ,tragbare‘ Masse, die einfache 230-V-Stromversorgung und die stufenlose Regelung der Drehzahl auf bis zu 3 000 1/min.

idf2

Variable Antriebslösungen: Riemen- oder Zahnradgetriebe sind wählbar.

Bisher stehen folgende Antriebsvarianten dafür zur Verfügung: Wälzgelagerter Rotor in fliegender und in Zwischenlagerung, jeweils mit Riemenantrieb, Planetengetriebe mit Bandbremse, sowie Kegelradgetriebe mit Bandbremse –  die Stirnradstufe ist in Vorbereitung. Der konzeptionell vielfältig und modular angelegte Baukasten mit vielen mittel- und langfristig geplanten weiteren Maschinenkomponenten eröffnet den Anwendern ein langfristig ausbaufähiges Diagnosewerkzeug. Der Umbau des Schwingungsmodells wird auch dem Anfänger dadurch erleichtert, dass ein umfangreiches Handbuch zum Schwingungsmodell gehört.
Für Präsentationen und Training wird zur Messung der Schwingungssignale des Modells das USB-Messsystem VIBROMATRIX verwendet, dass mit geringem Installations- und Lernaufwand zweikanalig Zeitsignale, Spektren und Kennwerte im Sekundenbruchteiltakt am Beamer darstellt. Zusätzlich können damit Vergleichssignale am Notebook gespeichert und mit einer Replay-Funktion immer wieder live abgespielt werden.
Das Modell soll dem Nutzer umfassend helfen, sich auf die Diagnose von Schadensbildern und deren Auswirkungen praxisnah vorzubereiten. So kann es beispielsweise die Ausbildung junger Ingenieure mit dem Erwerb anwendungsbereiter Erfahrungen unterstützen.

IDF vibrodiagnose GmbH
Tel.: 0351 84 74 892
Mail: info@vibrodiagnose.de
www.vibrodiagnose.de