5 Schlüsseltypen von Schwingungsmessinstrumenten

11.05.2023

Was ist Schwingungsmessung?

Schwingungsmessung ist ein wichtiges Instrument in der heutigen, sich schnell entwickelnden Welt der Wartung und Zuverlässigkeit, die vom IIoT (Industrial Internet of Things) geprägt wird. Um sicherzustellen, dass Sie das beste Werkzeug für Ihr Unternehmen auswählen, ist es wichtig zu wissen, ob ein bestimmter Schwingungssensor oder ein industrielles Schwingungsmessgerät mit Ihren aktuellen und zukünftigen Systemen, einschließlich Hardware und Anlagenmanagementsoftware, verbunden werden kann.

Das Industrial Internet of Things (IIoT) bildet die Schnittstelle zwischen Menschen, Systemen und Maschinen. Seine Konnektivität bietet Wartungsteams neue Möglichkeiten, die Lebensdauer von Maschinen zu verlängern und die Gesamteffizienz zu steigern.

Zum Beispiel können Fachleute für Zuverlässigkeit mit Werkzeugen zur Zustandsüberwachung Ausfälle von Anlagen vorhersagen und kritische Maschinenzustandsdaten sofort von überall aus einsehen. Und in Zukunft wird die Schwingungsanalyse in Kombination mit maschinellem Lernen (ML) und künstlicher Intelligenz (KI) Reparaturempfehlungen vorantreiben können. Doch um diese Zukunft zu erschließen, müssen Wartungsteams mit den richtigen Schwingungsmessgeräten ausgestattet werden.

Welches Schwingungsmessgerät sollte ich verwenden und warum?

Bevor Sie entscheiden, wie Sie Schwingungen messen, sollten Sie sich ansehen, wo sich Ihr Unternehmen auf seinem Weg zur Zuverlässigkeit befindet. Sind Sie mit Ihren aktuellen Wartungs- und Betriebspraktiken zufrieden? Verfügen Sie über die Konnektivität und Infrastruktur, um Strategien zur vorausschauenden Instandhaltung oder ein Schwingungsüberwachungsprogramm zu implementieren?

Ein Mangel an Ressourcen ist ein häufiger Grund dafür, warum manche Unternehmen Probleme mit ihren Schwingungsüberwachungsprogrammen haben, einschließlich der Auswahl des richtigen Schwingungsmessgeräts für ihre Anforderungen. Fluke Reliability bietet umfassende Dienste für die Fernzustandsüberwachung sowie Hardware und Software, die Sie beim Einstieg unterstützen, Sie auf Kurs halten und Ihren Erfolg sicherstellen.

Schwingungsmessdaten sind reich an Informationen.

Schwingungsmessungen können Wartungsteams dabei helfen, den Zustand von Maschinen zu bestimmen. Durch die Erfassung von Schwingungsdaten können Teams erkennen, ob und wann sich der Zustand einer Maschine ändert. Schwingungsmessungen können auch zur Diagnose der Ursache dieser Änderung verwendet werden. Entscheidend ist, dass Schwingungsmessungen auch Informationen für den sicheren Maschinenbetrieb liefern können.

Schwingungsmessung ist in der Regel ein zerstörungsfreies Messverfahren, das während des Normalbetriebs von Maschinen vorgenommen werden kann.

Schwingungen sind nichts anderes als Schallwellen, und jede Komponente einer Maschine hat ein einzigartiges Geräusch (oder eine bestimmte Frequenz), das für das menschliche Ohr nicht wahrnehmbar ist. Sensoren können sie erkennen.

Die Schwingungsamplitude ist von der Größe der Anregungskraft, der Masse und Steifigkeit des Systems sowie seiner Dämpfung abhängig. Ein gewisses Maß an Schwingungen ist bei Maschinen normal. Mögliche Schwingungsursachen sind Maschinentoleranzen, Maschinenstruktur, Lagerkonstruktion, Belastung und Schmierung, Maschinenmontage sowie das Rollen und Reiben zwischen beweglichen Teilen.

Fünf Arten von Schwingungsmessgeräten

Die folgenden Schwingungsmessgeräte unterstützen Fachleute für Zuverlässigkeit zudem beim Aufbau von Programmen zur vorausschauenden Instandhaltung oder zur Zustandsfernüberwachung.

1. Hand-Schwingungsmessgeräte

Ideale Einsatzbereiche:

Hand-Schwingungsmessgeräte wie das Schwingungsmessgerät Fluke 805 FC eignen sich am besten, wenn Sie ein äußerst zuverlässiges Messgerät benötigen, das wiederholbare Gesamtschwingungswerte liefert. Im Gegensatz zu einem Prüfstift misst das Fluke 805 auch bestimmte Variablen, einschließlich Lagerzustand und Temperatur.

Die Fehlergradskala ist leicht verständlich und zeigt einfache Texte an (Good [Gut], Satisfactory [Befriedigend], Unsatisfactory [Unbefriedigend], Unacceptable [Inakzeptabel]), um den Lagerzustand und die Gesamtschwingung zu bewerten. Das Schwingungsmessgerät liest eine breite Palette von Frequenzen, und die Daten sind von überall über ein intelligentes Gerät, wie einen Laptop oder ein Mobiltelefon, zugänglich.

2. Tragbare Schwingungsmessgeräte

Ideale Einsatzbereiche:

Ein tragbares Schwingungsmessgerät ist eine gute Option, wenn kritische Maschinen von einem Techniker sicher und leicht erreicht werden können. Und während sowohl Hand-Schwingungsmessgeräte als auch Schwingungsanalysatoren Schwingungsdaten erfassen und Maschinenfehler diagnostizieren können, haben sie unterschiedliche Funktionen.

Das Schwingungsmessgerät Fluke 810 verwendet ein Analysemodul zur Diagnose von Maschinenproblemen und bietet Schwingungsanalysen vor Ort auf einem einzigen Bildschirm. Es erfasst ein enges Datenfenster.

Tragbare Schwingungsanalysatoren

Wie Schwingungsmessgeräte können auch tragbare Schwingungsanalysatoren dem Benutzer sofortige Messergebnisse zum Maschinenzustand liefern, einschließlich Motoren, Lüfter und Gebläse. Beide können die vier häufigsten Fehler erkennen: Unwucht, Fehlausrichtungen, Lockerungen, Lagerschäden. Häufig können damit auch der Ort und der Schweregrad des Fehlers ermittelt werden.

Im Gegensatz zu Schwingungsmessgeräten kann ein Hand-Schwingungsanalysator wie der VIBXPERT II von Prüftechnik jedoch nahezu jede Art von Schwingungsmessdaten erfassen. Mit solchen Schwingungsmessgeräten können Teams auch Unwuchten an Maschinen korrigieren und Verbindungen zu Sensoren verschiedener Typen herstellen. Da Schwingungsanalysatoren ausgeklügelt sind, ist für ihre Bedienung jedoch oft ein Fachmann erforderlich, der die Detaildaten interpretieren kann.

4. Drahtloser Sensor zur Schwingungsanalyse

Ideale Einsatzbereiche:

Ein drahtloser Sensor zur Schwingungsanalyse ist die beste Wahl, wenn Ihr Unternehmen über dutzende kritische Maschinen verfügt. Wenn eine kritische Anlage ausfällt, kann dies die Produktion zum Stillstand bringen und sogar andere Maschinen beschädigen. Diese hochentwickelten Sensoren warnen Sie frühzeitig vor möglichen Maschinenfehlern, einschließlich der Angabe des Schweregrads des Problems, sodass Sie Maßnahmen ergreifen können, um Ausfälle zu vermeiden.

Was macht ein drahtloser Sensor zur Schwingungsanalyse?

Drahtlose Schwingungssensoren wie der Fluke 3563 überwachen die Maschinenleistung und erfassen mit einem leistungsstarken Piezosensor detaillierte Daten. Die Daten bieten Fachleuten für Zuverlässigkeit einen Einblick in produktionskritische Maschinenprobleme. Schnelle Ergebnisse geben Wartungsteams genug Zeit, um fundierte Entscheidungen zu treffen, bevor Maschinen ausfallen.

5. Drahtgebundenes Schwingungsüberwachungssystem

Ideale Einsatzbereiche:

Ein drahtgebundenes Schwingungsüberwachungssystem eignet sich am besten für die Zustandsüberwachung produktionskritischer Maschinen. So kann das VIBGUARD IIoT von Prüftechnik beispielsweise Turbogeneratoren, Papiermaschinen, Hochgeschwindigkeitsspindeln und Mehrfachantriebsmaschinen überwachen. Diese fortschrittlichen Schwingungsmessgeräte bieten eine vollständige Schwingungsanalyse für komplexe Maschinen.

Was macht ein drahtgebundenes Schwingungsüberwachungssystem?

Ein drahtgebundenes Schwingungsüberwachungssystem erfasst große Mengen hochauflösender Schwingungsmessdaten. Es ermöglicht Schwingungsanalysen für eine Vielzahl von Maschinenfehlern, Resonanzen, Prozessen und Strukturen, was eine vorausschauende Instandhaltung ermöglicht.

Hilfreiche Tipps für die Auswahl eines Schwingungsmessgeräts

• Denken Sie zuerst an die Maschinenprobleme, die Sie lösen möchten, und warum. Analysieren Sie sorgfältig Ihre kostspieligsten Wartungsprobleme. Welche Ihrer Maschinen fallen am häufigsten aus, wodurch werden die Probleme verursacht, und wie wirken sich diese auf die Produktion aus?
• Nutzen Sie die Angebote eines Herstellers. Ein Test ermöglicht es Ihrem Unternehmen, ein Schwingungsmessgerät vor dem Kauf zu testen und zu überprüfen, ob es Ihren Anforderungen entspricht. Je nach Anbieter erhält das Unternehmen auch fachkundige Unterstützung, um eine ordnungsgemäße Einrichtung und mehr Erfolg der Pilotphase zu gewährleisten. So bietet Fluke Reliability beispielsweise umfassende Schulungen und Dienste zur Fernüberwachung des Anlagenzustands.
• Nutzen Sie die Anlagenkritikalitätsanalyse, um Ihre Schwingungsmessungen auf die wichtigsten Anlagen auszurichten. Bei einer Bewertung der Anlagenkritikalität werden Daten verwendet, um den tatsächlichen Geschäftswert Ihrer wichtigsten Anlagen genau zu ermitteln. Stakeholder nutzen vereinbarte Kriterien, um Anlagen zu bewerten, zu klassifizieren und einzustufen und sie in die Gruppen „produktionskritisch“, „semikritisch“ und „weniger kritisch“ einzuteilen.

Schwingungsmessungen sind für jedes Instandhaltungsprogramm unerlässlich. Die Schwingung ist der „Herzschlag“ Ihrer Maschinen und liefert wertvolle Einblicke in den Zustand und die Leistung Ihrer Anlagen. Glücklicherweise müssen Sie kein Experte für Schwingungsmessungen sein, um von den Vorteilen der Schwingungsüberwachung und -analyse für Ihre Geräte zu profitieren. Hier erläutern wir, wie Schwingungsmessungen funktionieren, warum sie wichtig sind und wie sie dazu beitragen können, den Zustand Ihrer Anlagen zu erhalten und ihre Lebensdauer zu verlängern.

Warum Schwingungsmessungen wichtig sind

Wenn Industriemaschinen in Betrieb sind, ist ein gewisses Maß an Schwingungen normal. Wenn sich das Schwingungsmuster einer Maschine ändert, kann dies auf vorhandene oder potenzielle Fehler hindeuten. Übermäßige, unregelmäßige oder anderweitig anormale Schwingungen sind oft das erste Anzeichen für ein Problem mit Ihren Maschinen. Wenn diese nicht untersucht werden, können die zugrunde liegenden Probleme bis zu dem Punkt eskalieren, an dem die Maschine schließlich ausfallen wird. Außerdem können unkontrollierte Schwingungen zu weiteren Schäden an Ihren Geräten führen.

Mit den Fortschritten im Bereich der IIoT-Technologie (Industrial Internet of Things) hat sich die Branche von der vorbeugenden Instandhaltung hin zu zustandsorientierten und vorausschauenden Instandhaltungsstrategien entwickelt. Diese nutzen Echtzeitdaten zum Zustand der Anlagen, um Wartungspläne zu optimieren und ungeplante Ausfallzeiten zu vermeiden.

Ein Schwingungsmessgerät erfasst Zustandsdaten von Maschinen. Die Daten dieser Geräte können zur Diagnose von Problemen wie Lagerverschleiß, Fehlausrichtungen und vielem mehr genutzt werden, damit diese behoben werden können, bevor sie zu Ausfällen und Stillstandzeiten führen. Die Schwingungsüberwachung kann frühe Anzeichen von Verschleiß in Maschinen erkennen und dient als aussagekräftiger Indikator für den Maschinenzustand und die Maschinenleistung.

Schwingungsmessgeräte

Es gibt eine Vielzahl von Geräten, die zur Erfassung von Maschinenschwingungen eingesetzt werden können. Die meisten dieser Geräte messen dazu Änderungen der Beschleunigung. Dies wird als Beschleunigungsmessung bezeichnet und ist eine der effektivsten Technologien zur Überwachung und Analyse von Maschinenschwingungen, sowohl langfristig als auch in Echtzeit. Schwingungen können sowohl mit Handgeräten gemessen werden, die vom Wartungspersonal bedient werden, als auch mit Sensoren, die an Maschinenkomponenten befestigt sind.

Hand-Schwingungsmessgeräte

Hand- und tragbare Schwingungsmessgeräte können zur manuellen Erfassung von Daten zu einem bestimmten Zeitpunkt eingesetzt werden, z. B. im Rahmen der routenbasierten Instandhaltung. Diese Geräte erfassen genaue und präzise Messwerte, die zur Diagnose von Problemen genutzt werden können und als Basis für Ihr Wartungsprogramm dienen.

Hand-Schwingungsanalysatoren sind effiziente Diagnosewerkzeuge, die aber ihre Grenzen haben. Sie erfassen die Schwingungspegel zu einem bestimmten Zeitpunkt. Darüber hinaus hängt die Messung von menschlichen Maßnahmen ab: Ein Techniker muss sich zur Maschine begeben, eine Messung vornehmen, diese Messung aufzeichnen usw.

Schwingungssensoren

Schwingungssensoren können an kritischen Punkten an einer Maschine installiert werden, um Schwingungsmuster in Echtzeit rund um die Uhr zu überwachen. Dies bietet viele Vorteile. Kontinuierliche Überwachung bedeutet, dass Sie über die Zeit mehr Daten über die Leistung und den Zustand von Maschinen erhalten.

Echtzeitüberwachung bedeutet auch, dass Sie sofort über ein Problem informiert werden können, wenn noch Zeit ist, um die Maschine vor weiteren Schäden zu schützen. Es gibt drahtgebundene und drahtlose Schwingungssensoren.

Arten von Schwingungssensoren

Heute sind die meisten Schwingungssensoren Beschleunigungsmesser, d. h. die Sensoren messen die Beschleunigung. MEMS- und piezoelektrische Sensoren sind zwei der am häufigsten verwendeten Arten von Beschleunigungsmessern zur Messung von Maschinenschwingungen.

MEMS-Schwingungssensoren eignen sich am besten für Frequenzbereiche von 0 bis 1000 Hz. In diesem Frequenzbereich lassen sich in der Regel Unwucht, Fehlausrichtungen und Lockerungen erkennen. MEMS-Sensoren sind kostengünstig und bieten eine lange Batterielebensdauer, womit sie ideal für umfangreiche Schwingungsüberwachungsprogramme sind.

Piezoelektrische Schwingungssensoren sind besonders für Frequenzbereiche über 1000 Hz geeignet, wozu auch die Überwachung von Lagern, Kompressoren und Getrieben gehört. Diese Sensoren können beispielsweise dazu verwendet werden, Probleme beim Zahneingriff und an den Motorstangen zu erkennen.

Was ist Schwingung?

Schwingung beschreibt einen Prozess der Oszillation oder eine Hin- und Herbewegung um ein stabiles Zentrum. Wenn Sie eine Stimmgabel anschlagen, schwingt sie. Motorbetriebene Werkzeuge schwingen auch während der Verwendung.

Kein Gerät schwingt auf genau dieselbe Weise. Faktoren wie Größe, Steifigkeit, Energiezufuhr und Kopplung beeinflussen sowohl die Frequenz als auch die Amplitude der Schwingungspegel einer Anlage. Umweltfaktoren wie Wärme wirken sich auch auf die Schwingungen aus.

Warum ist das so entscheidend? Weil Schwingungspegel hervorragend geeignet sind, um Veränderungen des Zustands einer Anlage zu verfolgen.

Jede rotierende Maschine hat ein eigenes Schwingungsmuster. Wenn sich dieses Muster ändert, ist die Wahrscheinlichkeit hoch, dass etwas mit der Maschine nicht stimmt. Selbst kleine Änderungen der Schwingungspegel können auf neue Probleme hinweisen, z. B. Fehlausrichtung, Lagerschäden, Unwucht oder eine verbogene Welle.

Je schneller Sie diese Probleme erkennen, desto schneller kann Ihr Team sie beheben. Werden sie jedoch nicht behoben, können sie zu schwerwiegenden Fehlern führen, die Ihre Maschinen zum Stillstand bringen könnten. Mit anderen Worten: Wenn Sie auf die Schwingungspegel achten, können Sie Zeit, Ressourcen und Arbeit sparen.

Wie werden Schwingungen gemessen?

Techniker verfügen über eine große Auswahl an Werkzeugen, mit denen sie Schwingungen messen können, von Hand-Schwingungsmessgeräten bis hin zu drahtlosen Schwingungssensoren. Je nach Bedarf können Techniker Schwingungsmessungen im Rahmen einer routenbasierten Inspektion durchführen oder Daten kontinuierlich erfassen.

Die meisten Schwingungsmessungen erfolgen mit einem Beschleunigungsmesser, einem Werkzeug, das die von Anlagen und Komponenten ausgehenden Stöße und Schwingungen erfasst. Viele Beschleunigungsmesser – einschließlich der meisten drahtlosen Sensoren – nutzen die piezoelektrische Technologie, die physische Schwingungen in elektrische Signale umwandelt.

Drahtlose Schwingungssensoren können kontinuierlich Schwingungsdaten erfassen, sodass Sie genau sehen können, wie Ihre Anlagen während des Betriebs arbeiten. Sie können diese Daten auch nutzen, indem Sie sie an ein computergestütztes Instandhaltungsmanagementsystem (CMMS) senden, um einen besseren Einblick in den Anlagenzustand zu erhalten und die Wartungsplanung zu unterstützen.

Ein gutes CMMS speichert zudem Ihre Schwingungsdaten, sodass sie jederzeit und überall leicht zugänglich sind. Dies hilft Ihnen, fundierte Entscheidungen über die Planung von Reparaturen, die Bestellung von Teilen oder den Kauf neuer Geräte zu treffen.

Wie lautet die Maßeinheit für Schwingungen?

Es gibt verschiedene Möglichkeiten zur Messung von Schwingungspegeln. Jede Methode verwendet ihre eigenen Maßeinheiten. Die meisten Anlagen verwenden mehr als eine Methode zur Messung von Schwingungen, daher ist es eine gute Idee, sich mit einigen der Ansätze vertraut zu machen.

Schwingungen können in Frequenz, Geschwindigkeit, Beschleunigung und Verschiebung gemessen werden. Kurz gesagt:

• Frequenz misst die Anzahl der vollständigen Oszillationen oder Zyklen, die ein schwingendes Objekt pro Sekunde durchläuft. Frequenz wird in Hertz (Hz) gemessen.
• Verschiebung misst, wie weit sich ein vibrierendes Objekt von seiner zentralen, festen Position bewegt. Ein höherer Verschiebungsgrad deutet auf eine stärkere Schwingung hin. Verschiebung wird in der Regel in Metern (m) oder Millimetern (mm) gemessen.
• Geschwindigkeit misst die zeitliche Änderung der Verschiebung. Die Grundeinheit ist Millimeter pro Sekunde (mm/s).
• Beschleunigung misst Geschwindigkeitsänderungen im Zeitverlauf. Je nach Schwingungspegel kann die Beschleunigung in m/s² oder mm/s² gemessen werden.

Was sind die drei wichtigsten Parameter, die zur Messung von Schwingungen verwendet werden?

In der Regel betrachten Techniker bei der Messung von Schwingungen drei Parameter: Frequenz, Verschiebung (oder Amplitude) und Beschleunigung. Kurz gesagt messen diese Parameter die Größe und Intensität der Schwingungspegel. Zusammen können sie Teams dabei unterstützen, die Grundursache von Schwingungen zu ermitteln, zu bestimmen, wie schwerwiegend sie sind, und Wartungsprioritäten festzulegen.

Die Beobachtung von Änderungen der Verschiebungswerte kann Teams beispielsweise dabei helfen, festzustellen, ob eine Maschine eine Unwucht aufweist. Die Durchführung einer Frequenzanalyse kann dann helfen, genau zu bestimmen, welche Komponente den Anstieg der Schwingungen insgesamt verursacht. Letztendlich spart ein umfassender Ansatz bei der Schwingungsanalyse Zeit und Geld.

Wie messen Techniker Schwingungsfrequenz?

Die meisten der heute verwendeten Schwingungssensoren sind Beschleunigungsmesser, die die Beschleunigung messen. MEMS-Vibrationssensoren wurden entwickelt, um Schwingungspegel für Frequenzbereiche von 0 bis 1.000 Hz zu messen. Piezoelektrische Schwingungssensoren sind ideal für Frequenzbereiche über 1.000 Hz.

Techniker können diese Schwingungssignale auch in ihre einzelnen Frequenzkomponenten zerlegen. Das daraus resultierende Diagramm wird als Frequenzspektrogramm bezeichnet und bietet Teams wertvolle Einblicke in die Komponente, die die erhöhten Schwingungswerte verursacht. Ein gutes Schwingungsanalysegerät kann auch eine FFT-Analyse (schnelle Fourier-Transformation) durchführen und so den Schwingungsmesswert in ein Frequenzspektrum zerlegen.

Es gibt viele verschiedene Methoden zur Messung von Schwingungspegeln. Richtig durchgeführt, kann die Schwingungsmessung eine wahre Schatzkammer an handlungsrelevanten Erkenntnissen über den Maschinenzustand erschließen. Eine effektive Schwingungsanalyse kann Ihnen helfen, ernsthaften Problemen einen Schritt voraus zu sein, Ihre Anlage am Laufen zu halten und Ihre Produktivität erheblich zu steigern.

Weitere Informationen finden Sie in unserem Leitfaden zu Vibrationssensoren für Motoren.