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Maschinenschwingungen

Schwingungsmessung nach ISO 20816-1

Was sind Maschinenschwingungen?

Maschinenschwingungen sind die Bewegung einer Maschine oder ihrer Teile als Reaktion auf eine einwirkende Kraft. Die Amplitude der Schwingung ist die Größe dieser Bewegung, die normalerweise in Mikrometern, Millimetern oder Metern gemessen wird.

Was verursacht Vibrationen in Maschinen?

Maschinen werden heute mit immer höheren Drehzahlen und Lasten sowie flexiblerem Betrieb bei Teil- und Volllast und unter immer schwierigeren Betriebsbedingungen betrieben. Maschinenvibrationen können durch eine Vielzahl von Faktoren verursacht werden, wie z. B. unausgewogene Lasten, Fehlausrichtung von Komponenten und unebene Oberflächen. In vielen Fällen ist es möglich, die Maschinenvibrationen durch Anpassungen an der Maschine oder ihren Teilen zu verringern. Ein gewisses Maß an Vibrationen ist jedoch unvermeidlich und kann zu Problemen wie Lärmbelästigung und Verschleiß von Bauteilen führen. Daher ist es wichtig zu verstehen, wie Maschinenvibrationen funktionieren, um ihre negativen Auswirkungen zu minimieren.

Was ist eine Maschinenschwingungsanalyse?

Die Analyse von Maschinenschwingungen wird für verschiedene Zwecke eingesetzt, von der routinemäßigen Betriebsüberwachung und Abnahmeprüfung bis hin zu fortgeschrittenen experimentellen Tests sowie diagnostischen und analytischen Untersuchungen. Die ISO 20816-1 (ehemals ISO10816) enthält Richtlinien für die Betriebsüberwachung und Abnahmeprüfungen, die Grenzwerte für drei Hauptschwingungsgrößen festlegen: Weg, Geschwindigkeit und Beschleunigung. SVANTEK-Schwingungsmessgeräte sind mit allen erforderlichen Filtern für die Schwingungsanalyse, Maschinenschwingungsmessung und Maschinenzustandsüberwachung ausgestattet.

Warum Schwingungen messen?

Die Schwingungsmessung ist der beste Weg, um dynamische Bedingungen wie Auswuchten (allgemeine Schwingungen), Lagerfehler (Hüllkurven) und Bauteilbelastung zu beurteilen. Übermäßige Vibrationen sind ein häufiges Symptom für mechanische Probleme. Mit Hilfe von Schwingungen lassen sich Probleme wie Rotorunwucht, Ausrichtungsfehler, mechanische Lockerheit, strukturelle Resonanz, weiche Fundamente und Fehler im Getriebe messen. Der aktuelle Gesundheitszustand einer Maschine kann durch Messung der „Gesamtschwingung“ einer Maschine, eines Rotors im Verhältnis zu einer Maschine oder der Maschinenstruktur bestimmt werden, wobei die Messung mit der Norm verglichen wird.

 

 

Maschinenschwingungen

Überwachung

Ursachen von Vibrationen

Vibrationen sind eines der häufigsten Probleme, die Maschinen beeinträchtigen können, und sie können verschiedene Ursachen haben. Eine der häufigsten ist das Fehlen von Ausgleichsgewichten. Wenn Ausgleichsgewichte fehlen, wird die rotierende Komponente aus dem Gleichgewicht gebracht, wodurch die Maschine vibriert. Eine weitere häufige Ursache für Vibrationen sind abgenutzte oder beschädigte Lager. Wenn die Lager beschädigt sind, kann das rotierende Bauteil taumeln, was ebenfalls zu Vibrationen führt.

Was ist vorausschauende Wartung?

Bei der vorausschauenden Wartung werden Daten von laufenden Maschinen gesammelt, um Entscheidungen über ihren Zustand, Reparaturen und potenzielle Upgrades zu treffen, bevor es zu einem unvorhergesehenen Ausfall kommt. Ziel der vorausschauenden Wartung ist die Steigerung der Rentabilität durch Senkung der Wartungskosten.

Trendvergleich

Der Vergleich des letzten Messwerts mit früheren Messwerten desselben Messpunkts, der es Ihnen ermöglicht zu beobachten, wie sich die Schwingungswerte des Punkts im Laufe der Zeit „entwickeln“, ist die effektivste und zuverlässigste Methode zur Beurteilung der Schwingungsstärke. Wenn die Werte in einem „Trenddiagramm“ dargestellt werden, ist es einfacher, diesen Trendvergleich zwischen den aktuellen und früheren Daten zu verstehen. Ein Trenddiagramm zeigt die Werte der Gegenwart und der Vergangenheit im Zeitverlauf. In den Messprotokollen sollte auch eine Basislinie (bekannter guter Wert) enthalten sein. Nach einer Überholung oder wenn andere Indikatoren darauf hindeuten, dass die Maschine ordnungsgemäß funktioniert, kann der Grundlinienwert ermittelt werden. Um Veränderungen an der Maschine festzustellen, werden nachfolgende Daten mit dem Basiswert verglichen.

Messtechniken

Schwingungsmessungen an Maschinen werden für eine Vielzahl von Aufgaben eingesetzt, z. B. für die routinemäßige Betriebsüberwachung, Abnahmeprüfungen, anspruchsvolle experimentelle Tests, diagnostische und analytische Studien und vieles mehr. Die vielen unterschiedlichen Messziele führen zu einem breiten Spektrum an Interpretations- und Auswertungstechniken.

Bei einigen Maschinen reichen Messungen an nicht rotierenden Teilen aus, um ihre Laufeigenschaften im Hinblick auf einen störungsfreien Betrieb zu charakterisieren. Andere Maschinentypen, wie Dampfturbinen, Gasturbinen und Turbokompressoren, können im Betriebsdrehzahlbereich eine Vielzahl von Schwingungsformen aufweisen. Maschinen dieser Klassen erfordern eine genauere und empfindlichere Methode, um Änderungen der Schwingungsbedingungen zu verfolgen, wie z. B. die Messung von Wellenschwingungen.

Es ist gängige Praxis, Schwingungen an nicht rotierenden Teilen oder die relative Wellenschwingung oder beides zu messen. Die Art der Messung für das Schutzsystem basiert normalerweise auf den Erfahrungen des Maschinenherstellers. Die Schwingungsmessung muss breitbandig sein, damit das Frequenzspektrum der Maschine ausreichend abgedeckt wird.

Schwingungsmessungen an nicht rotierenden Teilen werden in der Regel mit einem seismischen Aufnehmer durchgeführt, der die absolute Geschwindigkeit oder Beschleunigung von Bauteilen erfasst, an denen er montiert ist (z. B. dem Lagergehäuse). Relative Wellenschwingungsmessungen werden im Allgemeinen mit einem berührungslosen Aufnehmer durchgeführt, der die Schwingungsverschiebung zwischen der Welle und einem Bauteil, an dem sie montiert ist (z. B. dem Lagergehäuse), erfasst.

Schwingungsgröße

Die Schwingungsgröße wird in dieser Normengruppe als der Maximalwert der breitbandigen Effektivgeschwindigkeit im angegebenen Frequenzbereich (typischerweise von 10 bis 1.000 Hz) definiert, der an der Struktur an vorgegebenen Punkten gemessen wird. Zur Beurteilung der Maschinenschwingungen können die folgenden Messgrößen herangezogen werden:
a) Schwingungsweg, gemessen in Mikrometern;
b) Schwingungsgeschwindigkeit, gemessen in Millimetern pro Sekunde;
c) Schwingungsbeschleunigung, gemessen in Metern pro Quadratsekunde.

Wie lassen sich Vibrationen in Maschinen reduzieren?

Um Vibrationen in Maschinen zu verringern, stellen Sie sicher, dass alle Ausgleichsgewichte an ihrem Platz sind. Überprüfen Sie außerdem die Lager und ersetzen Sie verschlissene oder beschädigte Lager. Mit diesen einfachen Maßnahmen können Sie dazu beitragen, die Vibrationen in Ihren Maschinen zu verringern und einen reibungslosen Betrieb zu gewährleisten.

 

 

Messungen

Messgeräte

Schwingungspegelmesser

Das Messgerät misst die Schwingungsbeschleunigung, -geschwindigkeit und -verschiebung mit der erforderlichen Frequenzgewichtung.

RPM-Messung

Parallel zur Schwingungsmessung bietet das Messgerät die Drehzahlmessung mit Lasertacho.

 

 

FFT

Schnelle Fourier-Transformationen sind mathematische Berechnungen, die eine Wellenform im Zeitbereich (Amplitude im Verhältnis zur Zeit) in eine Reihe diskreter Sinuswellen im Frequenzbereich umwandeln oder umrechnen.

 

 

Die verwendeten Messgeräte müssen so ausgelegt sein, dass sie in der Umgebung, für die sie eingesetzt werden sollen, zufriedenstellend funktionieren, z. B. in Bezug auf Temperatur und Feuchtigkeit. Die Spezifikation für Geräte zur Messung der Schwingstärke ist in ISO 2954 und für Geräte zur Messung von Wellenschwingungen in ISO 10817-1 enthalten.
Es ist besonders darauf zu achten, dass der Schwingungsaufnehmer korrekt montiert wird und dass sein Vorhandensein die Schwingungseigenschaften der Maschine nicht beeinträchtigt. Spezifikationen für die Montage von Beschleunigungsaufnehmern sind in ISO 5348 enthalten, die im Prinzip auch für Geschwindigkeitsaufnehmer gelten.
Moderne Messgeräte können mehrere Methoden bieten, um einen Messwert zu liefern. Die Akzeptanzkriterien basieren hier auf der Effektivgeschwindigkeit in mm/s für Messungen an nicht rotierenden Teilen und auf der Spitze-Spitze-Verschiebung in Mikrometern für Messungen an rotierenden Teilen. Die Akzeptanzkriterien können in geeigneter Weise skaliert werden, um den am Standort gebräuchlichen Einheiten zu entsprechen, wobei dieselben Annahmen zugrunde gelegt werden, die in den dezentralen Steuerungssystemen programmiert sind.
Es ist wünschenswert, dass das Messsystem die Möglichkeit zur Online-Kalibrierung der Anzeigeinstrumente bietet und darüber hinaus über geeignete isolierte Ausgänge verfügt, um bei Bedarf weitere Analysen zu ermöglichen.

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