Die Überwachung von Schwingungen ist in vielen Industriebereichen unentbehrlich, vor allem wenn es um rotierende Maschinen und Anlagen geht. Zu hohe Vibrationen werden über kurz oder lang Maschinenprobleme verursachen und die Produktionsabläufe erheblich und ungeplant beeinträchtigen. Eine Schwingungsüberwachung erlaubt es, Vibrationen in Echtzeit zu verfolgen und somit potenzielle Gefahren wie Lagerschäden oder bspw. Unwuchten am Laufrad zu vermeiden.
Mit den richtigen Sensoren und Überwachungssystemen ist es möglich, Maschinenschwingungen rechtzeitig zu erkennen und ungeplante Produktionsausfälle zu verhindern.
Schwingungsüberwachung Definition
Schwingungsüberwachung, auch Schwingungsdiagnose oder Condition Monitoring genannt, bezieht sich auf schwingungsanalytische Verfahren und Methoden in der mechanischen Antriebstechnik. Diese Methoden sind darauf ausgerichtet, den Zustand von Anlagenkomponenten wie Wälzlagern und Gleitlagern in Maschinen zu bestimmen. Im Grunde handelt es sich bei der Schwingungsüberwachung um eine Art Zustandsüberwachung, um übermäßig auftretende Vibrationen und Schwingungen in rotierenden Maschinen frühzeitig zu erkennen. Mithilfe von Sensoren und Überwachungssystemen lassen sich Vibrationen identifizieren, bevor sie Schäden anrichten können.
Was ist der Unterschied zwischen Schwingungsüberwachung und Schwingungsanalyse?
Die Schwingungsüberwachung bezieht sich auf den kontinuierlichen oder periodischen Prozess der Überwachung von Schwingungsdaten in Echtzeit. Ihr Hauptziel besteht darin, ungewöhnliche oder abnormale Schwingungsmuster zu erkennen und Alarme auszulösen, sobald diese Muster auf potenzielle Probleme hinweisen. Dahingegen zielt die Schwingungsanalyse darauf ab, Informationen über die Eigenschaften der Schwingungen zu gewinnen, um Probleme zu diagnostizieren und deren Ursachen zu identifizieren. Die Schwingungsanalyse wird oft in der Instandhaltung eingesetzt, um den Zustand von Maschinen zu bewerten und Wartungsbedarf vorherzusagen.
Welche Schwingungsursachen gibt es?
Bekannte Schwingungsursachen sind unter anderem Unwuchten, Ausrichtfehler, Verzahnungsfehler, Lagerschäden sowie elektrische oder magnetische Störungen. Eine Unwucht entsteht, wenn die Masse eines rotierenden Teils nicht gleichmäßig verteilt ist und es dadurch zu Schwingungen kommt. Zu Ausrichtfehlern kommt es hingegen, wenn einzelne Anlagenkomponenten nicht korrekt zueinander ausgerichtet sind und somit unerwünschte Vibrationen erzeugen.
Aber auch lockere Teile, die durch Vibrationen aneinanderschlagen, Abnutzungen an Lagern oder umlaufende Verzahnungsschäden an Zahnrädern können Schwingungsursachen sein. Um kostspielige Ausfälle zu verhindern und eine Sicherstellung des Betriebs zu gewährleisten, sollten die Ursachen rechtzeitig identifiziert und behoben werden.
Was sind Schwingungen in Anlagen?
Schwingungen lassen sich als periodische oder wiederkehrende Bewegungen eines Objekts oder Systems beschreiben. Bei Schwingungen in Anlagen beziehungsweise Anlagenkomponenten handelt es sich um mechanische Schwingungen. Eigenschaften von Schwingungen lassen sich mit verschiedenen Parametern erklären; die wichtigsten Kennwerte sind Amplitude, Frequenz und Phase.
Die Amplitude misst die Stärke der Schwingung und wird üblicherweise in Einheiten wie Verschiebung (Mikrometer), Geschwindigkeit (Zoll pro Sekunde oder Millimeter pro Sekunde) oder Beschleunigung (gemessen in g) angegeben. Die Frequenz gibt die Anzahl der Vibrationen pro Zeiteinheit an und wird normalerweise in Hertz (Hz) ausgedrückt. Dahingegen beschreibt die Phase die relative zeitliche Abstimmung der Schwingungsform und wird üblicherweise in Grad gemessen. Ein umfassendes Verständnis dieser Parameter ist die Voraussetzung für eine effiziente Analyse und Steuerung von Schwingungen in Maschinen und Anlagen.
Die Kennwerte auf einen Blick:
- Amplitude, Stärke der Schwingungen
- Frequenz, Anzahl der Vibrationen pro Zeiteinheit
- Phase, relative zeitliche Abstimmung der Schwingungsform
Wie lassen sich Schwingungen messen?
Zur Messung von Schwingungen werden in der Regel Sensoren, auch Schwingungsschalter genannt, verwendet, die an Bauteilen der zu überwachenden Maschine angebracht werden. Sie liefern wichtige Informationen über Schwingungsanregungen, die vom Maschinenläufer, den Lagern oder der Antriebsmaschine ausgehen, indem sie die Schwingungen erfassen und in elektrische, analysierbare Signale umwandeln. Bei starken Schwingungen schlagen sie Alarm oder stoppen die Maschine.
Methoden zur Schwingungsanalyse der Antriebe und anderweitigen Komponenten sind beispielsweise die Frequenzbereichsanalyse, die Zeitwellenanalyse oder die Fast Fourier Transformation (FFT). Die Schwingungsmessung erfolgt in horizontaler, vertikaler und axialer Richtung. Um die räumliche Position und Ausrichtung schwingender Komponenten besser verorten zu können, werden industrielle Sensoren öfters und – wo möglich – in Kombination mit 3D Kameras eingesetzt. Diese dienen der Visualisierung von Problemzonen.
Schwingungen überwachen mit Sensoren
Die Maschinenüberwachung gewährleistet einen störungsfreien Betrieb und eine hohe Sicherheit. Schwingungssensoren, darunter induktive Sensoren, Magnetsensoren, Ultraschallsensoren und Strömungssensoren, dienen der Erfassung und Überwachung von Schwingungen.
Schwingungen treten bei der Inbetriebnahme und dem Betrieb von Maschinen und Anlagen auf und können auf Probleme hinweisen, vor allem wenn sie durch Unwuchten oder Fehlausrichtungen verursacht werden. Schwingungssensoren sind darauf spezialisiert, diese Schwingungen präzise zu erfassen, um mögliche Probleme frühzeitig zu identifizieren. Dies ist gerade deshalb wichtig, weil Schwingungen oft auf Unregelmäßigkeiten oder Funktionsstörungen hinweisen, die den Zustand der Maschinen und Anlagen beeinträchtigen und zu ungeplanten Stillständen führen können. Grundsätzlich tragen Schwingungssensoren in Verbindung mit Drehzahlsensoren wesentlich zur Überwachung und Aufrechterhaltung eines zuverlässigen Betriebs von Maschinen und Anlagen bei und helfen, den Maschinenzustand gemäß den DIN und ISO 10816-Standards in Deutschland zu überwachen sowie Schwingungen zu messen.
Vorteile von Condition Monitoring mit Sensoren
- Früherkennung von Schäden: Das System erfasst Schäden, bevor sie zu kostspieligen Ausfällen führen.
- Datenbasierte Entscheidungen: Es ermöglicht fundierte Entscheidungen darüber, ob eine Maschine weiterlaufen oder sofort abgestellt werden muss.
- Minimierung ungeplanter Stillstände: Es kommt seltener zu ungeplanten Ausfallzeiten, was die Anlagenproduktivität aufrechterhält.
- Effiziente und vorhersagbare Instandhaltung: Systeme zur Überwachung verhindern den unnötigen Austausch von Bauteilen und sorgen dafür, dass keine wartungsbedürftigen Bauteile übersehen werden.
- Optimierungspotenzial: Die Datenanalyse kann Aufschluss über Verbesserungsmöglichkeiten und Entwicklung und Zustand der Anlage geben und Wartungszyklen genauer vereinbaren.
Schwingungsüberwachung webbasiert
Schwingungsüberwachung kann heutzutage webbasiert oder sogar remote erfolgen. Die an der Maschine oder Anlage angebrachte Sensorik übermittelt dabei die Daten an IIoT-Geräte (Industrial Internet of Things Geräte), die direkt in der Cloud integriert sind. Mittels einfacher Webbrowser oder Apps können Benutzer Schwingungen und Leistungsparameter überwachen und analysieren. Besonders in explosionsgefährdeten Umgebungen oder für dezentrale Maschinen können drahtlose, webbasierte Überwachungssysteme sinnvoll sein.
Schwingungsanalyse Motorstromanalyse
Die Motorstromanalyse ist ein Verfahren zur Diagnose von mechanischen Defekten in elektrisch betriebenen Maschinen. Durch präzise Strom- und Spannungsmessungen in den Motoren können Probleme wie Lagerschäden, Unwuchten und Kavitation erkannt werden. Diese Methode eignet sich für eine Vielzahl von elektromotorisch angetriebenen Geräten und Generatoren, was auch Pumpen und Turbinen umfasst. Die gewonnenen Daten geben Aufschluss über mögliche Fehler und erlauben eine fundierte Beurteilung des Zustands der Maschine. Motorstromanalysen werden sowohl stationär als auch mobil eingesetzt und bieten effektive Lösungen zur Zustandsüberwachung.
Serafima: Ihr Experte für Schwingungen in Ventilatoren und Verdichtern
Unsere Expertise bei Serafima erstreckt sich branchenübergreifend auf zuverlässige Lösungen zur Instandhaltung Ihrer strömungs- und verfahrenstechnischen Anlagen. Wir bieten nicht nur Vibrationsanalysen und technische Beratung, sondern mit unserem einzigartigen RaaS (Reliability as a Service) System auch auf Ihre Anforderungen ausgerichtete maßgeschneiderte Remote Lösungen für die vorausschauende Wartung, die sich nahtlos in Ihre individuellen Anforderungen und Produkte integrieren. Wir richten uns dabei ganz nach Ihren Wünschen. Als ehemalige Tochtergesellschaft der FIMA Maschinenbau GmbH und mit über zwanzig Jahren Erfahrung als herstellerunabhängiger Lösungsanbieter für Anlagen und Maschinen in verschiedenen Branchen sind wir Ihr vertrauenswürdiger Partner für umfassenden Anlagenschutz und nachhaltigen Erfolg.
Unsere Experten agieren stets kundenorientiert, professionell und höchst flexibel. Sie benötigen in Ihrem Unternehmen Unterstützung bei der Instandhaltung Ihrer Anlagen? Dann zögern Sie nicht, uns noch heute zu kontaktieren. Wir bieten Ihnen eine maßgeschneiderte Lösung und erstklassige Beratung und sind Ihr zuverlässiger Partner für Ihren Erfolg in der Industrie. Nehmen Sie gerne mit uns Kontakt auf.