Schwingungsmessgerät / Schwingungsmesser

Schwingungsmesser von PCE Instruments eignen sich für die regelmäßige Aufzeichnung von physikalischen Parametern wie dem Schwingweg, der Schwinggeschwindigkeit und der Schwingbeschleunigung. Einige Schwingungsmesser verfügen auch über weitere Messoptionen, wie einer Temperaturmessung, Drehzahlmessung oder einer Lagerkennwertermittlung. Mit einem Schwingungsmesser können sowohl Allgemeinzustand als auch der Zustand einzelner Komponenten (Wälzlager, Getriebe, etc.) einer Maschine kontrolliert werden. Trendentwicklungen dieser Parameter geben Aufschluss über sich anbahnende Schäden.

So können Wartungspläne bzw. Maschinenstillstände entsprechend dem Maschinenzustand geplant werden. Durch dieses Konzept wird mit einem Schwingungsmesser einerseits die Betriebssicherheit erhöht, gleichzeitig steigt auch die Maschineneffizienz aufgrund von optimierten Maschinenlaufzeiten u. verringerten Stillstandzeiten. Als mobile Geräte können Schwingungsmesser von PCE Instruments autark, auch an schwer zugänglichen Stellen eingesetzt werden, wobei je nach Schwingungsmesser Modell, Messdaten auch gespeichert und mittels Software nachträglich ausgewertet werden können.

Bei der Auswahl eines geeigneten Schwingungsmesser gilt es aufgrund der Vielzahl an Anwendungen auf verschiedene Aspekte zu achten. Dazu gehören Messbereich, Frequenzbereich, die Möglichkeit einer FFT-Analyse, Lagerkennwertermittlung, Speicherkapazität und weitere Messfunktionen. Eine häufige Anwendung stellt die Maschinenüberwachung und Maschinenbewertung nach DIN EN ISO 10816 dar. Diese Norm klassifiziert verschiedene Maschinengrößen nach Antriebsleistung und ordnet den einzelnen Klassen Grenzwerte zu, deren Einhaltung einen sicheren, störungsfreien Betrieb garantieren.

Die Norm definiert darüber hinaus einige Spezifikationen welche Schwingungsmesser einhalten müssen, um eine normkonforme Messung zu garantieren. Zum einen legt die Norm fest, dass die Schwinggeschwindigkeit in mm/s die maßgebliche Einheit zur Maschinenüberwachung ist. Außerdem ist der abzudeckende Frequenzbereich angegeben, welcher zwischen 10 Hz und 1 kHz liegt. D.h. ein geeigneter Schwingungsmesser sollte mit einem entsprechenden Frequenzfilter ausgestattet sein. Alle Schwingungsmesser von PCE Instruments verfügen über diese Frequenzfilter, in Abhängigkeit vom Schwingungsmesser Modell sind weitere nützliche Funktionen zur Maschinenüberwachung verfügbar.

Ein weiterer wichtiger Parameter bei der Schwingungsüberwachung ist die Drehzahl, da für vergleichbare Messungen und Trendermittlungen immer unter gleichen Betriebsbedingungen gemessen werden muss. Einige Schwingungsmesser verfügen daher über integrierte, kontaktierend bzw. kontaktlos messende Drehzahlsensoren, mit denen direkt vor Ort Drehzahl ermittelt werden können. Da schadhafte Bauteile oder Lager häufig erhöhte Reibungswerte während der Rotation erzeugen, kann auch die Oberflächentemperatur einer Maschine in der direkten Umgebung kritischer Bauteile wertvolle Hinweise zum Maschinenzustand geben.

Einige Messdatensammler verfügen daher auch über Temperatursensoren zur Ermittlung der Oberflächentemperatur. Eine weitere nützliche Funktion stellt die FFT-Analyse dar. Mit dieser Frequenzbewertung kann das Schwingungsverhalten einer Maschine in Bezug auf Schwingfrequenzen analysiert werden. Ein Schwingungsmesser mit entsprechender Funktion zeigt auf dem Display das Frequenzspektrum der Maschine an.

Frequenzspitzen innerhalb des Spektrums können auf Schäden in Wälzlagern hinweisen. Um Fehler genauer eingrenzen zu können benötigt man dafür Schadensfrequenzen der Bauteile bei gegebener Drehzahl. Schadensfrequenzen lassen sich über Formeln berechnen, häufig findet man dazu auch Angaben beim Bauteil- bzw. Komponenten Hersteller. Schwingungsmesser mit den oben beschriebenen Funktionen finden Sie bei PCE Instruments.

Externe Kalibrierung in einem Kalibrierlabor
Um sicherzustellen, dass ein Schwingungsmesser mit der in der Gerätespezifikation angegebenen Genauigkeit arbeitet, sollten die Geräte regelmäßig überprüft werden. Die Überprüfung der Messgenauigkeit nach festgelegten Regeln wird auch Kalibrierung genannt. Sie kann zum Beispiel in darauf spezialisierten externen Kalibrierlaboren erfolgen. Es gibt zwei unterschiedliche Standards für Kalibrierungen, die sich unter anderem im Aufwand und durch die Zahl der Messpunkte unterscheiden. Das sind die ISO-Kalibrierung nach den Anforderungen der DIN EN ISO 9001 und die anspruchsvollere DAkkS Kalibrierung nach DIN EN ISO 17025.

Zu den bei einem Schwingungsmessgerät kalibrierbaren Größen gehören die Schwingbeschleunigung, die Schwinggeschwindigkeit und der Schwingweg. Auch die Schwingfrequenz wird geprüft. Bei der Beauftragung der Kalibrierung ist darauf zu achten, dass die geprüften Sollwerte dem Bereich entsprechen, in dem die betrieblichen Messwerte liegen. Über die durchgeführte Kalibrierung wird ein Zertifikat ausgestellt, das alle wichtigen Angaben zum Ablauf und zu den Werten der Kalibrierung enthält. Viele Kalibrierlabore bieten auch an, die Schwingungsmesser bei Nichterreichen der Vorgaben für die Genauigkeit gegen gesonderte Berechnung zu justieren.

Kalibrierung vor Ort mit einem Schwingungskalibrator
Bei Kalibrierungen in externen Laboren steht das Schwingungsmessgerät oft für mehrere Wochen nicht für Messungen zur Verfügung. Deshalb sollten diese Kalibrierungen im Voraus geplant und organisiert werden. Eine Alternative dazu besteht darin, die Schwingungsmesser im eigenen Betrieb mit einem Schwingungskalibrator zu überprüfen. Dazu wird der Schwingungssensor an der Koppelfläche des Kalibrators befestigt und in definierte Schwingungen versetzt. Diese Sollwerte der vom Kalibrator erzeugten Schwingungen werden dann mit den Messwerten vom Schwingungsmessgerät verglichen.

Die Anschaffung eines Kalibrators kann besonders sinnvoll sein, wenn vor Ort regelmäßig mehrere Schwingungsmesser zu überprüfen sind. Wichtiges Kriterium für die Auswahl des Schwingungskalibrators sind die Werte der erzeugten Schwingungen. Neben Kalibratoren mit denen jeweils nur ein fester Wert für Frequenz, Beschleunigung, Geschwindigkeit und Weg erzeugt werden kann, gibt es auch solche, bei denen mehreren Schwingfrequenzen und Schwingamplituden einstellbar sind.

Mit einem Kalibrator, der in der Lage ist, sieben Schwingfrequenzen zwischen 15,92 Hertz und 1.280 Hertz und Schwingungsbeschleunigungen zwischen 1 m/s² und 20 m/s² zu erzeugen, können auch spezielle Schwingungsmesser für tief- oder hochfrequente Schwingungen an mehreren Messpunkten auf ihre Genauigkeit geprüft werden. Damit gewährleistet ist, dass die erzeugten Schwingungen dem definierten Bereich entsprechen, muss auch der Schwingungskalibrator in regelmäßigen Abständen kalibriert werden. Einige der Geräte haben eine interne Prüffunktion, die bei Abweichungen des eingestellten Wertes optisch und akustisch warnt.

Nutzung von Schwingungsmessungen zur Klassifizierung von Maschinenfehlern
Oft ist ein ungewöhnliches Schwingungsverhalten von Maschinen ein Hinweis auf ungleichmäßige Belastung oder Lagerung. Die Schwingungen können bei laufender Maschine mit einem Schwingungsmessgerät zerstörungsfrei gemessen werden. Durch regelmäßiges Messen und Auswerten ist es möglich, Unregelmäßigkeiten früh zu erkennen und Gegenmaßnahmen einzuleiten, bevor es zu größeren Schäden kommt. Viele der möglichen Fehler an Maschinen erzeugen charakteristische Schwingungsanteile, so dass die Suche bei Auffälligkeiten auf diese Bereiche eingegrenzt werden kann.

Die in der Regel als Gesamtschwingungen erfassten Werte ergeben sich aus mehreren überlagerten Schwingfrequenzen. Aus den Werten dieser Breitbandschwingungen können bereits Schlussfolgerungen auf Unwuchten, Ausrichtungsfehler und elektromagnetische Anteile gezogen werden. Oft geben die Hersteller von Maschinen auch Schwingungswerte vor, die nicht überschritten werden dürfen. Einige Schwingungsmesser bieten spezielle Auswertefunktionen zur Maschinenüberwachung, zum Beispiel zur Wälzlagerkontrolle, zur Bewertung der Maschinenvibrationen nach DIN ISO 10816 und zur FFT-Analyse.

Die FFT-Analyse als spezielle Funktion bei einem Schwingungsmesser
Das Kürzel FFT in FFT-Analyse steht für „fast Fourier transform“ – „schnelle Fourier Transformation“. Mit dieser Methode lassen sich Schwingungen in Echtzeit messen und unterschiedliche Frequenzen überwachen und zerlegen, die separat ausgewertet werden können. Die zeitabhängigen Messwerte werden dafür in Frequenzbereiche umgerechnet. Dazu muss eine bestimmte Anzahl an Messdaten mit konstanter Abtastrate aufgenommen werden. Aus diesen Werten wird dann ermittelt, wie stark die verschiedenen Frequenzen in der gemessenen Schwingung auftreten. Mit seiner hochmodernen Technologie und seiner einfachen Handhabung ist es das ideale Gerät für alle, die in der Industrie, im Bauwesen oder in der Forschung tätig sind.

Die gewählte Abtastrate und die Messdauer sind entscheidend dafür, welcher Frequenzbereich abgebildet werden kann und in welcher Auflösung. Der Frequenzbereich einer FFT-Analyse beinhaltet die Frequenzen zwischen Null und der Hälfte des Wertes der Abtastrate. Eine Abtastrate von 800 Hertz bedeutet, dass nur die Frequenzen bis 400 Hertz dargestellt werden, bei 1.600 Hertz Abtastrate erhöht sich der Frequenzbereich auf Frequenzen bis 800 Hertz. Ein Schwingungsmessgerät für FFT-Analysen muss also auf hohe Abtastraten eingestellt sein. Die Messdauer bestimmt zusammen mit der Abtastrate über die Anzahl der Messwerte. Je höher die Anzahl der Messwerte, desto mehr Einzelfrequenzen können dargestellt werden. Aus 1.000 Messwerten werden beispielsweise 500 einzelne Frequenzen in dem durch die Abtastrate festgelegten Frequenzbereich.

Die Schwingungsmesser mit FFT-Funktion können unterschiedliche Funktionalitäten für die Auswertung der Einzelfrequenzen anbieten. In der Regel gehört zur FFT-Analyse immer die grafische Anzeige der erfassten Frequenzen in einem Diagramm. In dieser Grafik lassen sich sehr schnell die einzelnen Spitzenwerte von Beschleunigung oder Geschwindigkeit erkennen. Meist können direkt aus dieser Darstellung auch die Zahlenwerte für die einzelnen Frequenzen abgegriffen werden. Je nach Schwingungsmessgerät werden in einem solchen FFT-Diagramm 125 oder auch weit mehr Linien für die Zahlenwerte der Einzelfrequenzen angezeigt.

Die FFT basiert auf einem mathematischen Algorithmus, der die diskrete Fourier-Transformation (DFT) effizient berechnet. Die DFT zerlegt ein Signal in eine Summe von Sinus- und Kosinuswellen mit unterschiedlichen Amplituden und Phasen. Die FFT reduziert die Anzahl der Rechenoperationen, die für die DFT benötigt werden, indem sie das Signal in kleinere Teile aufteilt und diese rekursiv transformiert. Die FFT ist daher viel schneller als die direkte Berechnung der DFT.

Die FFT hat jedoch auch einige Einschränkungen und Herausforderungen, die bei der Schwingungsmessung beachtet werden müssen. Zum Beispiel muss das Signal eine bestimmte Länge haben, die eine Zweierpotenz ist, damit die FFT angewendet werden kann. Außerdem muss das Signal mit einer geeigneten Fensterfunktion multipliziert werden, um spektrale Leckage zu vermeiden, das heißt, die Verbreiterung und Verschmierung der Frequenzspektren durch Nebenkeulen. Die Wahl der Fensterfunktion hängt von dem zu analysierenden Signal ab und erfordert einen Kompromiss zwischen Auflösung und Dynamikbereich.

Die Geschwindigkeit einer Maschine hat einen erheblichen Einfluss auf das Vorhandensein von Unwuchtfehlern. Je höher die Geschwindigkeit, desto wahrscheinlicher ist es, dass ein solcher Fehler auftritt. Bei einer Geschwindigkeit von 2000 Umdrehungen pro Minute kann ein Unwuchtfehler bei einer hohen Spitze der Sinuswelle bei 33,33 Hz sichtbar werden.

Um einen Unwuchtfehler zu identifizieren, ist es wichtig, die Häufigkeit, mit der er auftritt, zu verstehen. Ein Unwuchtfehler kann periodisch oder zufällig sein und kann durch verschiedene Faktoren wie Materialfehler oder schlechte Ausrichtung verursacht werden. Es ist wichtig, regelmäßige Inspektionen mit einem Schwingungsmessgerät durchzuführen, um das Vorhandensein von Unwuchtfehlern zu erkennen und zu beheben, bevor sie zu größeren Problemen führen.

Die Spitzenstärke der Sinuswelle ist ein wichtiger Faktor bei der Bestimmung des Vorliegens von einem Unwuchtfehler. Wenn die Spitze bei einer bestimmten Frequenz deutlich hervorragt, ist dies ein Hinweis auf ein Ungleichgewicht. Wenn die Spitze jedoch nicht deutlich herausragt, ist dies ein Indiz dafür, dass kein Unwuchtfehler vorliegt. Daher ist es wichtig, die Spitzenstärke bei der Diagnose von Maschinenproblemen mittels Schwingungsmessgerät immer zu berücksichtigen.

Looseness
Lose Fundamente und lose Komponenten (Looseness) am Wälzlager sind häufige Ursachen für Schäden und Ausfälle von Maschinen. Sie können zu erhöhten Schwingungen, Geräuschen, Verschleiß und Wärmeentwicklung führen. Um Looseness zu vermeiden, sollten die Fundamente und Komponenten regelmäßig überprüft und festgezogen werden. Außerdem sollten die Wälzlager richtig ausgerichtet, montiert und geschmiert werden. Looseness kann mit verschiedenen Methoden erkannt werden, wie z.B. visueller Inspektion oder Schwingungsanalyse mittels Schwingungsmessgerät.

Um lose Fundamente und lose Komponenten zu vermeiden, sollte man folgende Maßnahmen ergreifen:

- Die Passung zwischen dem Lager und der Welle oder dem Gehäuse sollte entsprechend der Belastung und der Betriebstemperatur ausgewählt werden. Zu enge oder zu lose Passungen können zu Verformungen oder Bewegungen des Lagers führen.

- Die Schrauben oder Bolzen, die das Lagergehäuse oder die Maschinenkomponenten befestigen, sollten mit dem richtigen Drehmoment angezogen werden. Zu geringes oder zu hohes Drehmoment kann zu Lockerung oder Überdehnung der Schrauben führen.

- Die Ausrichtung der Welle und des Gehäuses sollte überprüft und korrigiert werden, wenn nötig. Eine schlechte Ausrichtung kann zu ungleichmäßiger Belastung oder Biegung der Welle führen, die wiederum zu Lockerung oder Verschiebung des Lagers führen kann.

- Die Schmierung des Lagers sollte regelmäßig überprüft und nachgefüllt werden. Eine unzureichende oder übermäßige Schmierung kann zu Reibung oder Überhitzung des Lagers führen, die wiederum zu Lockerung oder Ausdehnung des Lagers führen kann.

Ausrichtfehler Motor Getriebe Kombination
Ausrichtfehler sind Abweichungen von der idealen Fluchtung zwischen zwei gekuppelten Wellen, die zu erhöhten Schwingungen, Verschleiß und Temperaturerhöhungen im Antriebsstrang führen können. Ausrichtfehler können verschiedene Ursachen haben, wie z.B. Montagefehler, Durchhang der Rotoren, thermische Ausdehnung oder Fundamentbewegung. Um Ausrichtfehler zu vermeiden oder zu korrigieren, muss man die Geometrie und die Vorzeichen der Abweichungen im Wellenstrang kennen und geeignete Mess- und Ausrichtmethoden anwenden. Ausrichtfehler können sich im Schwingungssignal durch sinusförmige Schwingungen mit der Drehfrequenz und deren Harmonischen bemerkbar machen. Eine Schwingungsdiagnose mit einem Schwingungsmessgerät wird daher helfen, Ausrichtfehler frühzeitig zu erkennen und zu beheben.

Ein Wälzlagerschaden kann durch mangelnde Schmierung und Dichtung entstehen. Wenn das Wälzlager nicht ausreichend geschmiert wird, kann es zu einem metallischen Kontakt der Wälzkörper kommen, was zu erhöhtem Verschleiß, Wärmeentwicklung und schließlich zum Ausfall des Lagers führen kann. Ebenso können fehlende oder unzureichende Dichtungen dazu führen, dass Schmutz, Staub und Feuchtigkeit das Wälzlager erreichen und dort Schäden verursachen können. Daher ist es wichtig, regelmäßig die Schmierung und Dichtung der Wälzlager zu überprüfen und gegebenenfalls zu verbessern, um Schäden und Ausfälle aufgrund von mangelnder Schmierung und Dichtung zu vermeiden.

Die schnelle Fourier-Transformation (FFT) ist ein leistungsfähiges Werkzeug zur Analyse von Schwingungssignalen. Mit der FFT kann man das Frequenzspektrum eines zeitdiskreten Signals bestimmen, das heißt, wie stark die verschiedenen Frequenzkomponenten in dem Signal vertreten sind. Die FFT ist besonders nützlich für die Schwingungsmessung, weil sie es erlaubt, die charakteristischen Frequenzen von Maschinen oder Bauteilen zu identifizieren, die auf mögliche Fehler oder Verschleiß hinweisen können.

Die FFT-Analyse ist eine leistungsstarke Methode zur Analyse von Schwingungen, die es Ihnen ermöglicht, die Schwingungscharakteristika zu identifizieren und zu quantifizieren. Mit dieser Funktion können Sie schnell und einfach die Ursache von Schwingungen identifizieren und Maßnahmen zur Behebung des Problems ergreifen.

Ein Schwingungsmessgerät von PCE Instruments ist einfach zu bedienen und verfügt über ein benutzerfreundliches Display, das Ihnen alle wichtigen Informationen auf einen Blick liefert. Das Schwingungsmessgerät ist robust und langlebig und kann in den anspruchsvollsten Umgebungen eingesetzt werden. Es ist auch leicht und kompakt, so dass es einfach zu transportieren und zu lagern ist.

Viele der Schwingungsmessgeräte von PCE Instruments mit FFT Analyse sind die perfekten Werkzeuge für alle, die eine genaue und zuverlässige Überwachung von Schwingungen benötigen. Mit seiner hochmodernen Technologie und seiner einfachen Handhabung sind sie die idealen Messgeräte für alle, die in der Industrie, im Bauwesen oder in der Forschung tätig sind. Wir von PCE sind überzeugt, dass Sie mit unserem Schwingungsmessgerät mit FFT Analyse die bestmöglichen Ergebnisse erzielen werden.