Rahne Eric, Dipl.-Ing. Elektrotechnik, Gründer der PIM Professionelle Industrielle Messtechnik GmbH, Experte für Schwingungsdiagnose
In den letzten Jahren haben sich die Instrumente und Technologien zur Zustandsüberwachung rotierender Maschinen erheblich weiterentwickelt. Während noch vor nicht allzu langer Zeit der Schraubendreher oder die auf Kante gestellte Münze die einzigen verbreiteten industriellen "Diagnosemethoden" waren, ist es heute unbestreitbar, dass der Einsatz moderner Maschinendiagnostik unerlässlich ist, um eine wirtschaftliche Produktion zu erreichen und aufrechtzuerhalten. Dafür sind mittlerweile auch handgeführte Experteninstrumente erhältlich!
Die wertvollste Information für die Organisation der zustandsabhängigen Maschinenwartung ist die Geschwindigkeit des Zustandsverschlechterungsprozesses der Maschine, anhand dessen abgeschätzt werden kann, wann und welche Maßnahmen ergriffen werden müssen, um sicherzustellen, dass die Maschine ohne unerwartete Ausfälle (und unnötige Reparaturen) betrieben wird, und dabei keine größeren Schäden aufgrund vorhandener Anfangsfehler entstehen. Dazu müssen die Maschinenschwingungen regelmäßig gemessen und die Steigerungsrate ihrer Trends gibt Auskunft über die zu erwartenden Lebensdauern. Die einfachen Handgeräte bewerten die gemessenen Parameter (z. B. die Schwingungsgeschwindigkeit) mit einer einzigen Zahl. Diese Schwingungsmesser sind kompakt (passen in die Tasche) und sehr einfach zu bedienen. Häufig messen die Geräte die effektive Schwingungsgeschwindigkeit im Frequenzbereich von 10...1000 bzw. 10...3200 Hz, wie von ISO 10816 empfohlen. Mit den Geräten lassen sich Unwuchten, mechanische Lockerheiten, Resonanzen sowie Fehler bei der Wellenausrichtung hervorragend erkennen. Ein einfaches Maschinen- und Lagerzustandsmessgerät wird in Abbildung 1 gezeigt.
Um auch Informationen über den Zustand von Wälzlagern zu erhalten, müssen die hochfrequenten Schwingungen gemessen werden, die von den Komponenten der Lager erzeugt werden. Zur Anzeige des Lagerzustands haben sich die effektiven Werte der Schwingungsbeschleunigung oder deren Umschlagkurve (Envelope) im Bereich von 2...20 kHz als am geeignetsten erwiesen. Wenn das Gerät also zur Messung der ISO-Schwingungsgeschwindigkeit und der hochfrequenten Schwingungsbeschleunigung geeignet ist, können nicht nur Einstellungs- und Auswuchtprobleme, sondern auch Lagerfehler und unzureichende Lagerung mit ihm aufgedeckt werden. Für viele piezoelektrische Schwingungssensoren verfügbare Schwingungsmess- und -analysegeräte sind mit Kopfhörern ausgestattet (auch mit einstellbaren Filtern und Verstärkern), die auch als Stethoskope verwendet werden können. Ein solches Gerät ist in Abbildung 2 zu sehen.
Aufgrund der großen Anzahl von Maschinen in vielen Unternehmen ist es nicht ratsam, die Schwingungswerte noch mit "Papier und Bleistift" aufzuzeichnen, dann Diagramme zu erstellen oder die Daten einzeln auf den PC zu übertragen. Für solche Aufgaben gibt es handliche Datenerfassungsgeräte, die zur Messung der Schwingungsgeschwindigkeit und der hochfrequenten Schwingungsbeschleunigung, zur Speicherung von Daten mehrerer Maschinenschwingungen - sogar mit Messpunkten - und zur Übertragung dieser Daten auf den PC geeignet sind. Die entsprechende PC-Software ermöglicht nicht nur die Erstellung von Trends, sondern auch die Überwachung von Grenzwerten, die Erstellung verschiedener Berichte und - wie z. B. die Software PIM ProfiTrend - die Protokollierung von Wartungsaktivitäten.
Die Spektralanalyse von Schwingungen ist das derzeit effektivste Mittel zur Zustandsbewertung von Maschinen (vorausgesetzt, dass die darin enthaltenen Informationen mit Fachkenntnissen "gelesen" werden), und geht davon aus, dass jede Maschine bzw. Maschinenkomponente als "starres" Objekt Resonanzfrequenzen besitzt und jeder Maschinenfehler Schwingungen genau definierter Frequenzen bei der aktuellen Maschinendrehzahl erzeugt. Durch die Spektralanalyse des aufgezeichneten Schwingungssignals werden die darin enthaltenen "elementaren" Schwingungen sichtbar, deren Frequenzen gemäß den oben genannten Informationen den Maschinenkomponenten und Maschinenfehlern zugeordnet werden können. Durch die Spektralanalyse von Schwingungen können daher die Maschineneinstellungen sowie die Fehler einzelner Maschinenelemente genau erkannt werden. Diese Methode ist z. B. in der Lage, die Beschädigung des Innen- oder Außenrings oder des Käfigs eines Lagers getrennt nachzuweisen! Durch die Messung der elektrischen Parameter von Elektromotoren können auch elektrische Fehler (z. B. Brüche in den Rotoren von Asynchronmotoren) erkannt werden. Als Beispiel für das modernste Maschinenschwingungsanalyse-Datenerfassungsgerät und Analysetechnologie verweisen wir auf die Produkte von CSI (Emerson), da sie im Jahr 2004 von einer der angesehensten amerikanischen Fachzeitschriften - der "Plant Service" - von den Lesern mit großem Abstand als die besten in der Kategorie "Datenerfassung und Schwingungsanalyse" gewählt wurden.
Die CSI belegte außerdem den zweiten Platz in der Kategorie "Auswuchtgeräte", den zweiten Platz in der "Ölanalyse", den dritten Platz in der Kategorie "Wellenausrichtungswerkzeuge" und den vierten Platz in der Kategorie "Elektromotoranalyse". Es gibt kein anderes Unternehmen, das Diagnosegeräte entwickelt und herstellt, das über so umfassende Fähigkeiten verfügt und gleichzeitig eine so führende Technologie besitzt! Beispiel für hochentwickelte Schwingungsdiagnosetechnologie (CSi PeakVue®) Zur Erkennung von Lagerfehlern wird häufig Demodulation eingesetzt, aber sehr kurze - impulsartige - Vibrationen können unsichtbar werden. Die Methode CSi PeakVue® ist in der Lage, diesen Mangel zu beheben und eignet sich hervorragend zur frühzeitigen Erkennung von Lagerfehlern durch die Anzeige von sogenannten Stresswellen, die in solchen Fällen auftreten. Bemerkenswert ist, dass diese Methode auch bei niedrigen Drehzahlen und Zahnradantrieben eingesetzt werden kann und zuverlässige Trenddaten liefert, mit denen der Grad und die Geschwindigkeit des Verschleißes abgeschätzt werden können.
Beispiel für ein modernes Gerät (CSI 2130 RBMconsultantPro)Messtechnische Parameter
Messmethoden, Fähigkeiten
Besondere Technologien
Weitere Fähigkeiten
Der Unterschied zwischen dem zuvor erwähnten Maschinenanalyse-Datenerfassungsgerät und den Maschinenexperten-Geräten liegt vor allem in einem veränderten Ansatz: Während fortschrittliche Maschinenanalyse-Datenerfassungsgeräte eine doppelte Funktion erfüllen (in den Händen von Experten ein hochentwickeltes Diagnosegerät, in den Händen ungeschulter Arbeiter ein schnelles und zuverlässiges Datenerfassungsgerät), legen die nun erstmals auf dem Markt erscheinenden Maschinenexperten-Geräte eher den Schwerpunkt auf eine sofortige, schnelle Analyse. Die Maschinenexperten-Geräte umfassen größtenteils die Eigenschaften und Fähigkeiten, die wir bei Maschinenanalyse-Datenerfassungsgeräten gesehen haben. Sie verfügen jedoch über noch höhere Fähigkeiten: Sie bieten eine Maschinenfehleranzeige, die bisher nur von Expertensoftware auf PCs (meist als teure Option erhältlich) erwartet wurde. Das Ergebnis der Messungen wird sofort in Textform angezeigt, was eine schnelle Information des geschulten, aber nicht diagnostisch erfahrenen Maschinenbedieners über den Zustand der untersuchten Rotationsmaschine ermöglicht und die Organisation der Wartung unterstützt. All dies ohne externe Diagnostiker oder "menschliche" Analyse von Schwingungsspektren. Beispiel für ein Maschinenexperten-Handgerät (Vibrationsteknik ME42) Das ME42 misst Maschinen- und Lagererschütterungen, Drehzahl und optional auch Temperatur. Aber was noch wichtiger ist: Das ME42 ist ein echter MASCHINENEXPERTE!!! Es kann nicht nur Breitband-Schwingungsmessungen nach ISO 10816, Spektrumanalyse, Demodulation, beschleunigungsbasierte und L-Typ-Lageranalyse durchführen, sondern auch MASCHINENFEHLERERKENNUNG. Durch die automatische "Experten" -Auswertung zeigt das Gerät das wahrscheinlichste Maschinenproblem (oder -probleme) in Textform (auf Ungarisch!) an! Dies wird durch eine vernünftige, logisch aufgebaute Benutzeroberfläche präsentiert, sodass die Fehlererkennung auch ohne Gerätekenntnisse sofort erfolgen kann.
Die Fähigkeiten des ME42 zur Maschinenfehlererkennung stehen in Konkurrenz zu vielen auf Computern laufenden Expertensystemen. Der größte Vorteil besteht darin, dass während der Messung - neben der untersuchten Maschine - Informationen über mögliche Maschinenfehler sofort verfügbar sind! Es gibt nichts Besseres, als sofort neben der Maschine textuelle Informationen zu erhalten, mit deren Hilfe wir in der Lage sind, weitere Untersuchungen schnell und effizient durchzuführen, um die langfristige Planung der Wartung oder sogar sofortige Eingriffe zu entscheiden. Der ME42 unterstützt verschiedene Lagerzustandserfassungstechnologien: Hochfrequenzbeschleunigungsmessung, Demodulation (mit einstellbarem Filter) und die neue Lagerzustandserfassungsmethode vom Typ L. Ob es an Schmiermangel, anfänglichen oder schwerwiegenden Lagerbeschädigungen liegt, das Gerät erkennt sie sicher! Eigenschaften
Literatur [1] CSI, Knoxville, Tennessee, USA - Broschüren, Produktbeschreibungen, Handbücher [2] PCB, Buffalo, USA - Broschüren, Produktbeschreibungen, Handbücher [3] VMI AB, Norrköpping, Schweden - Broschüren, Produktbeschreibungen, Handbücher [4] PIM Professzionális Ipari Méréstechnika Kft., Budapest - Broschüren, Produktbeschreibungen, Handbücher [5] PIM Professzionális Ipari Méréstechnika Kft., Budapest - Schwingungsdiagnose-Grundkurs (Lehrmaterial), 4. Auflage, 2004 [5] Vibrationsteknik AB, Norrköping, Schweden - ME42 Produktbeschreibung und Handbuch PIM Professzionális Ipari Méréstechnika Kft. H-1221 Budapest, Tanító u. 19/A Tel.: (1) 424-00-99 Fax: (1) 424-00-97 E-Mail: pim@pim-kft.hu Web: www.pim-kft.hu www.termokamera.hu www.gepszakerto.hu
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