Ein Leitfaden zu Schwingungssensoren für Motoren

19.05.2022

Es ist normal, dass es bei Maschinen zu Schwingungen kommt, jedoch kann eine Änderung der Schwingungsmuster auf potenzielle Probleme hinweisen. Die Messung von Änderungen der Schwingungsmuster hilft Teams, Unwucht, Lockerheit, Fehlausrichtungen oder Lagerverschleiß in Maschinen zu erkennen, bevor es zu einem Ausfall kommt. Unnormale oder übermäßige Schwingungen führen zu vorzeitigem Verschleiß von Komponenten und können die Lebensdauer einer Anlage verkürzen. Schwingungssensoren für Motoren werden an Maschinen montiert, um Änderungen von Amplitude, Frequenz und Intensität der Schwingungen zu überwachen.

Schwingungssensoren können Informationen aus Quellen wie Struktur, Resonanzen, Umgebung, benachbarten Maschinen, Prozessen, Kavitation und Turbulenzen erfassen. Die von Schwingungssensoren erfassten Daten können analysiert werden, um Fehler zu identifizieren und deren Schweregrad zu bestimmen. Wenn Wartungsteams wissen, welche Maschinen Aufmerksamkeit benötigen und wie dringend, können sie ihre Arbeit am effektivsten planen und priorisieren.

Technologische Fortschritte haben Schwingungssensoren kostengünstiger gemacht und dadurch ihre Zugänglichkeit und Skalierbarkeit erhöht.

Schwingungssensoren für Motoren sind auch deshalb weit verbreitet, weil Motoren den Übergang zwischen elektrischen und mechanischen Quellen darstellen. Und obwohl Schwingungssensoren stärker auf mechanische Quellen ausgerichtet sind, können sie einige elektrische Ursachen ebenfalls erkennen.

Motoren sind in einer Vielzahl von Größen erhältlich und werden zum Antrieb vieler verschiedener Gerätetypen verwendet. Die Einbausituation und Zugänglichkeit des Motors sind ebenfalls von Bedeutung. Mit den vielen verfügbaren Arten von Schwingungssensoren gibt es für nahezu jedes Szenario eine passende Lösung.

Bei der Überwachung eines Motors, der beispielsweise eine große und langsam laufende Maschine antreibt, ist es oft sinnvoll, sich auf die Verschiebung bzw. Bewegung zu konzentrieren. In diesem Fall ist eine Näherungssonde am besten. Näherungssonden werden am häufigsten bei großen Kompressoren oder Turbinen eingesetzt, insbesondere wenn Turbinen durch Wasser oder Dampf angetrieben werden – also nicht durch einen Elektromotor.

MEMS-Schwingungssensoren

In den meisten Fällen sind Beschleunigungsmesser jedoch besser geeignet. Der überwiegende Teil der heutigen Schwingungssensoren sind Beschleunigungsmesser. MEMS-Sensoren sind eine Art von Beschleunigungsmesser und werden immer häufiger eingesetzt, da sie eine gute Frequenzantwort bieten. Viele verfügen heute auch über gute Schutzarten, die angeben, wie effektiv Geräte vor dem Eindringen von Flüssigkeiten (wie Wasser) oder Feststoffen (wie Staub) geschützt sind. MEMS-Sensoren sind kostengünstig und bieten eine lange Batterielebensdauer. Dank dieser Eigenschaften sind sie eine gute Auswahl für Messungen im großen Maßstab.

MEMS-Sensoren sind für einen Frequenzbereich von 0 bis 1.000 Hertz geeignet. In diesem niedrigeren Frequenzbereich lassen sich in der Regel Unwucht, Fehlausrichtungen und Lockerheit erkennen.

Piezoelektrische Schwingungssensoren

In industriellen Umgebungen können höhere Schutzarten erforderlich sein, und einige Anwendungen und Einstellungen erfordern Geräte, die eigensicher sind. Eigensicher bedeutet, dass ein Gerät keine Explosion verursachen kann. Piezoelektrische Kristalle sind unempfindlich gegenüber Feuchtigkeit, Staub und Rauch und daher eine gängige Wahl für Schwingungssensoren in industriellen Anwendungen. Sie sind ebenfalls eine Art von Beschleunigungsmesser.

Für höhere Frequenzbereiche, die über 1.000 Hertz liegen, sollte ein piezoelektrischer Sensor verwendet werden. Dazu gehört die Überwachung von Lagern, Kompressoren und Getrieben. Bei höheren Frequenzen treten Probleme beim Zahneingriff und an den Motorstangen auf.

Drahtlose Schwingungssensoren für Motoren

Eine lange Batterielaufzeit ist besonders vorteilhaft für Schwingungssensoren an Motoren in gefährlichen oder schwer zugänglichen Bereichen, da sie die Anzahl der erforderlichen Einsätze von Wartungstechnikern reduziert. Bei einigen Sensoren muss die Batterie alle paar Jahre ausgetauscht werden.

Motoren, die Gebläse antreiben, können so hoch installiert sein, dass der Zugang gefährlich ist. Einige Motoren, die Pumpen oder Kompressoren antreiben, befinden sich hinter Verkleidungen, in geschlossenen Räumen oder auf Dächern. Oder Motoren können sich in Bereichen mit heißem Dampf oder ätzenden Stoffen befinden. Drahtlose Fernsensoren können zur Überwachung solcher Motoren eingesetzt werden und erfassen sowie übertragen Schwingungsdaten, sodass Wartungsteams ohne den Zeitaufwand und das Risiko häufiger Vor-Ort-Einsätze informiert bleiben.

Besondere Aspekte bei Motoren

Bei zusammengesetzten Maschinen oder Konfigurationen mit mehreren Wellen, die sich mit unterschiedlichen Drehzahlen bewegen und unterschiedliche Aufgaben erfüllen, besteht eine Lösung darin, mehrere Sensoren einzusetzen. Dies ist besonders hilfreich, um Fehler zu erkennen, die in unterschiedlichen Frequenzbereichen auftreten.

Einige Maschinen verfügen über viele kleine Motoren, die kleine Getriebe auf einem Förderer antreiben, während ein großer Motor das Hauptantriebsrad bewegt und ein Band den gesamten Förderer antreibt. Getriebe und Kompressoren weisen in der Regel Fehler auf, die in höheren Frequenzbereichen liegen, weshalb piezoelektrische Sensoren gegenüber MEMS-Sensoren empfohlen werden.

Die meisten Motoren laufen die meiste Zeit mit konstanter Drehzahl, was die Schwingungsüberwachung und -analyse relativ einfach macht. Beim Anlauf eines Motors treten jedoch viele Lastwechsel und Veränderungen auf. Dies kann einen empfindlicheren Schwingungssensor sowie eine fortgeschrittene Schwingungsanalyse erfordern.

Anfahren und Abschaltung, Resonanzprüfungen, Strukturprüfungen, alternierende Bewegung – in diesen Fällen kann die Schwingungsanalyse komplexer werden und erfordert Schwingungssensoren, die der Aufgabe gewachsen sind.