Supply Chain Management Vibrationsmessung – wichtig zur vorbeugenden Instandhaltung

Autor / Redakteur: Holger Janssen * / Margit Kuther

Vibrationen und Schwingungen bei Industriemaschinen: Kritisch oder harmlos? Ein Fall für die Messtechnik. Moderne Messtechnik aus dem Sortiment von Distrelec

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Nicht immer lassen sich unerwünschte Schwingungen, die die Lebensdauer von Anlagen verkürzen, von harmlosen Schwingungen unterscheiden. Moderne Messtechnik schafft Abhilfe.
Nicht immer lassen sich unerwünschte Schwingungen, die die Lebensdauer von Anlagen verkürzen, von harmlosen Schwingungen unterscheiden. Moderne Messtechnik schafft Abhilfe.
(Bild: Distrelec)

Resonanzfrequenzen bei Industriemaschinen und -anlagen sind unter anderem auf die verbauten Motoren und Aggregate zurückzuführen. Wenn diese Schwingungen regelmäßig protokolliert werden, lassen sich aus den ermittelten Werten Schlüsse bezüglich des Zustands der Maschine ziehen: Schwingungen, die über einen bestimmten Pegel hinaus ansteigen, können ein Anzeichen für normalen Verschleiß sein. Sie können aber auch ein Hinweis darauf sein, dass eine umfassende Prüfung der Ursachen oder eine sofortige Reparatur notwendig ist. Moderne Vibrationsmessgeräte wie das Modell 805 von Fluke helfen, Maschinen stets bestmöglich zu warten und Ausfälle zu vermeiden.

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Auslöser für Schwingungen in motorbetriebenen Geräten

In motorbetriebenen Geräten können eine ganze Reihe von Faktoren Schwingungen verursachen. Dazu gehört die Oszillation von Antriebsmotoren, Pumpen oder Kompressoren. Aber auch Lager, Wellen, Getriebe, Riemen und andere Bestandteile mechanischer Systeme bewegen sich und bewirken damit Vibrationen. Das muss jedoch nicht immer ein Anlass zur Sorge sein: In manchen Fällen hängen die Schwingungen mit der Konstruktion der Maschine zusammen. So sind sie zum Beispiel beim Betrieb von Kolbenpumpen und -kompressoren, Verbrennungsmotoren und Zahnradantrieben kaum zu vermeiden. Bei Geräten, die möglichst reibungslos betrieben werden sollten, sind sie jedoch unerwünscht – unter anderem bei Elektromotoren und -antrieben, Drehkolbenpumpen, Druckluftanlagen und Kompressoren sowie Ventilatoren und Gebläsen.

Generell sind die meisten industriellen Maschinen so konzipiert, dass sie mit minimaler Reibung arbeiten und durch Massenausgleich und Auswuchtung Schwingungen vermeiden. Bei diesen Maschinen können erhöhte Vibrationswerte ein Anzeichen für Probleme oder einen Verschleiß der Anlage sein. Wenn die Ursachen nicht beseitigt werden, können die unerwünschten Schwingungen selbst zusätzlichen Schaden verursachen, was mitunter zu enormen Kosten führen kann. In Produktionsbetrieben oder auch Krankenhäusern können Ausfälle zum Beispiel von Motoren, Kühlungen oder Transportsystemen sehr schnell dramatische Konsequenzen haben.

Ursachen und Auswirkungen von Schwingungen

Schwingungen können von einer Vielzahl von Umständen verursacht werden. Dazu gehört eine Unwucht von rotierenden Körpern, die zum Beispiel bei Fabrikationsfehlern oder mangelhafter Instandhaltung auftreten kann. Eine Unwucht kann die Lebensdauer von Wälzlagern erheblich verkürzen sowie übermäßige Maschinenschwingungen herbeiführen. Auch eine falsche Ausrichtung von Wellen kommt als Ursache von unerwünschten Vibrationen in Frage. Sie kann unter anderem durch eine fehlerhafte Montage oder aufgrund von wärmebedingter Ausdehnung entstehen. Bei Teilen wie Kugel- oder Rollenlagern, Antriebsriemen oder Getrieben können zudem Verschleiß oder Lockerungen Probleme verursachen.

Nicht erkannte, unerwünschte Vibrationen haben schwerwiegende Auswirkungen. Sie beschleunigen den Verschleiß und verkürzen somit die Lebensdauer der gesamten Anlage. Auch ein übermäßig hoher Stromverbrauch kann auftreten, weil die Maschine nicht mehr effizient arbeitet. Im schlimmsten Fall wird die Anlage durch Schwingungen so stark beschädigt, dass sie ausfällt und die Produktion stillsteht.

Wann ist eine Schwingung kritisch, wann harmlos

Doch woran erkennt der Instandhaltungstechniker den Unterschied zwischen zulässigen, normalen Schwingungen und Vibrationen, die einen unmittelbaren Handlungsbedarf nach sich ziehen? Generell muss er die Anlagen und deren Komponenten in seinem Einsatzbereich gut kennen und über Basiswissen in diesem Bereich verfügen. Zudem sind spezielle Messgeräte unabdingbar: Darüber lässt sich schnell und zuverlässig der Schweregrad der Vibrationen ermitteln und häufig auch schon deren Ursache bestimmen. Korrekt gemessene und analysierte Schwingungen können bei einer vorbeugenden Instandhaltung als zuverlässiger Indikator für den Zustand einer Maschine dienen.

Vibrationsmessung am Beispiel des Fluke 805

Eines der neuesten Vibrationsmessgeräte auf dem Markt ist das Fluke 805, das bei Distrelec erhältlich ist. Es misst Schwingungen an Lagern und anderen Anwendungen zuverlässig und präzise. Professionelle Instandhaltungstechniker können Gesamtschwingung und Lagerzustand gemäß einer Schwereskala ermitteln und beurteilen. Die vom Benutzer verursachten Abweichungen bezüglich Kontaktdruck oder Messwinkel werden mit Hilfe einer kombinierten Schwingungs- und Kraftsensorspitze ausgeglichen, so dass sich exakte, wiederholbare Ergebnisse erzielen lassen. Farbige Lichtsignale (grün, rot) und Kommentare auf dem Display zeigen zudem an, wie viel Druck aufgewendet werden muss, um eine Messung vorzunehmen.

Einfache Bedienung, vielfältige Features

Mithilfe einer vierstufigen Skala für den Schweregrad und eines integrierten Prozessors werden der Lagerzustand und die Gesamtschwingung gemessen; die Ergebnisse erhält der Nutzer anhand leicht verständlicher Textmeldungen (Gut, Befriedigend, Unbefriedigend, Inakzeptabel). Die Sensorempfindlichkeit des Geräts ist für das Auslesen eines großen Frequenzbereichs konzipiert und deckt somit die meisten Maschinen- und Komponententypen ab: Von 10 bis 1000 Hz ist eine Bestimmung der Gesamtschwingung möglich, zwischen 4000 und 20.000 Hz lässt sich der Lagerzustand mithilfe direkter Sensorspitzen-Messungen bewerten.

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Eine selbsterklärende, große Nutzeroberfläche ermöglicht eine komfortable Bedienung; die Benutzereingaben hinsichtlich des Umdrehungsbereichs (U/min) und des Gerätetyps wurden minimiert. Ein Audioausgang zum direkten Anhören von Lagergeräuschen und eine Taschenlampe zur Ausleuchtung von Messbereichen bei schlechten Lichtverhältnissen sind zusätzliche praktische Features des Geräts.

Trend zur ergänzenden Temperaturmessung

Auch ein Export von Daten und eine anschließende Trenddarstellung werden mit dem Modell 805 von Fluke möglich. Das Gerät verfügt über einen integrierten Speicher für bis zu 3500 Messungen, die ermittelten Daten lassen sich über eine USB-Verbindung in Excel exportieren. Über integrierte Vorlagen kann der Anwender in Folge einfach und komfortabel Trenddarstellungen und Graphen der Messwerte erstellen. Die Gesamtschwingungswerte lassen sich gemäß ISO-Normen (10816-1, 10816-3, 10816-7) vergleichen. Diese Trenddarstellung ist die beste Methode zur Verfolgung des Maschinenzustands.

Nicht zuletzt bietet das Gerät auch die Möglichkeit einer Temperaturmessung mit Infrarotsensor – dieses Feature verbessert die Diagnosemöglichkeiten zusätzlich, indem sich die Temperatur zum Beispiel innerhalb von Kugellagern ermitteln lässt. Weil sich anbahnende Betriebsausfälle auch in zunehmender Wärmeentwicklung bemerkbar machen können, geht der Trend generell zu einer ergänzenden Verwendung von Infrarot-Wärmebildkameras. Professionelle Instandhalter verwenden sie zusätzlich zum Vibrationsmessgerät. Ist eine abnormale Wärmeentwicklung in der IR-Kamera sichtbar, ist der nahende Ausfall nicht mehr weit – es besteht dringender Handlungsbedarf. Auch in diesem Bereich bietet Distrelec eine große Auswahl von modernen Lösungen, unter anderem Wärmebildkameras der Serien TI400 bzw. TI125 des Herstellers Fluke.

* Holger Janssen ist technischer Berater für Messtechnik bei Distrelec

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