Was ist Schwingungsanalyse?

Um die Schwingungsanalyse zu verstehen, ist es wichtig, zuerst das Konzept der Schwingung selbst zu erfassen. Schwingung ist im Wesentlichen die Hin- und Herbewegung eines Maschinenteils von seiner normalen Position. Anfangs mögen Vibrationen harmlos erscheinen und nur Energieverschwendung und Lärm verursachen. Wenn sie jedoch nicht behoben werden, können sie sich bis zu dem Punkt verschärfen, an dem Maschinen unbrauchbar werden. Dies kann zu finanziellen Problemen wie hohen Instandhaltungskosten, verlängerten Ausfallzeiten, erhöhten Ausgaben für Ersatzteile und sogar der schweren Entscheidung führen, teure Ausrüstung auszumustern.

Vibrationen treten in verschiedenen Maschinenkomponenten wie Getrieben und Elektromotoren während ihres Betriebs auf. Diese Vibrationen können durch verschiedene Probleme wie unausgeglichene rotierende Teile, Schmierprobleme, Getriebeschäden oder die inhärenten Eigenschaften der Ausrüstung selbst verursacht werden. Schwingung ist ein zweischneidiges Phänomen – sie weist auf Probleme hin und kann Probleme verursachen. Das Versäumnis, diese Probleme rechtzeitig zu erkennen, kann zu schweren Schäden führen, die jede Branche vermeiden möchte.

Bei der Schwingungsanalyse werden Sensoren an Maschinenteilen angebracht, um Daten zu sammeln, die dann verarbeitet werden, um mögliche Ausfälle vorherzusagen. Diese Schwingungssignale, die aus verschiedenen Kräften und Faktoren resultieren, erscheinen als komplexe Wellenformen. Das Interpretieren dieser Fehlerdaten durch das Studium von Zeitbereichsgraphen kann herausfordernd sein. (Siehe unseren Artikel: Verständnis von Maschinendaten)

Hier kommt die Spektrumanalyse ins Spiel – sie ist der Schlüssel zum Verständnis von Schwingungssignalen. Das in diesem Bereich am häufigsten verwendete Werkzeug ist das Frequenz-Amplituden-Diagramm. Die Frequenz gibt an, wie oft sich Vibrationen in einer Sekunde wiederholen, gemessen in Hertz (Hz) oder Umdrehungen pro Minute (RPM), insbesondere bei Vibrationen in rotierenden Geräten. Die Amplitude hingegen gibt die Stärke von Schwingungen an und kann in verschiedenen Einheiten gemessen werden. Es ist wichtig zu beachten, dass Abweichungen bei den Einheiten verschiedener Software oder Produkte manchmal zu Fehlinterpretationen führen können. Zu den gängigen Amplitudeneinheiten gehören Peak-to-Peak, Peak und RMS. (Link)

Bei der Schwingungsanalyse ist es wichtig zu erkennen, dass die Schwingungsmessung kein eigenständiges Konzept ist; es handelt sich eher um einen mathematischen Ausdruck. Mechanische Schwingungen können in Bezug auf Position, Geschwindigkeit oder Beschleunigung gemessen werden. Beschleunigung, gemessen in Millimetern pro Quadratsekunde (mm/s²), wird in der Regel für Frequenzen über 1000 Hz verwendet, während Geschwindigkeit, ausgedrückt in Metern pro Sekunde (m/s), für Frequenzen im Bereich von 10 Hz ≤ f ≤ 1000 Hz geeignet ist. Für Vibrationen mit niedrigeren Frequenzen (unter 10 Hz) ist die Position die bevorzugte Einheit, gemessen in Mikrometern.

Da die Spektralanalyse ein spezialisiertes Gebiet ist, ist die gängige Praxis, die Schwingungsleistung unter Verwendung des Effektivwerts (RMS-Wert) zu überwachen. Obwohl er nicht alle Details liefert, ist dies eine effektive Möglichkeit, Änderungen in der Schwingungsintensität zu verfolgen. Sie können sich den RMS-Wert als eine Darstellung der Leistungsverteilung der Vibration auf dem Frequenz-Amplituden-(RMS-)Diagramm vorstellen.

Für die Schwingungsanalyse spielt die Spektralanalyse eine zentrale Rolle bei der Entschlüsselung der Geheimnisse von Maschinengesundheit und -leistung. Um ihre Bedeutung vollständig zu verstehen, müssen wir die Feinheiten von Schwingungssignalen durchqueren, die von verschiedenen Kräften und Faktoren geprägt werden.

Die Spektralanalyse stützt sich auf die transformative Fähigkeit der Fourier-Transformation. Dieses mathematische Werkzeug ist entscheidend, um komplexe, zeitbasierte Schwingungssignale in eine harmonische Welt, bekannt als der Frequenzbereich, umzuwandeln. Hier werden Schwingungen zu unterschiedlichen musikalischen Noten, die Frequenzspektren bilden und den Zustand einer Maschine aufdecken. Frequenzen, ähnlich wie das Tempo in einer musikalischen Komposition, führen uns durch die Schwingungen der Maschine. Die Amplitude, der Partner der Frequenz, repräsentiert die Intensität der Vibration. Obwohl sie in verschiedenen Einheiten gemessen werden kann, ist es wichtig, mögliche Fehlinterpretationen zu beachten, wenn unterschiedliche Software oder Produkte verwendet werden.

Gängige Amplitudeneinheiten umfassen Peak-to-Peak, Peak und RMS (Root Mean Square). Die Amplitude gibt an, wie laut oder leise eine Frequenz innerhalb des Schwingungsspektrums ist, ähnlich wie die Lautstärke einer musikalischen Note. Eine hohe Amplitudenfrequenz weist auf starke Vibrationen hin, während eine niedrige Amplitudenfrequenz auf schwächere Vibrationen hindeutet. Experten bewerten die Schwere von Maschinenschäden oder -defekten, indem sie diese Amplituden über Frequenzen hinweg untersuchen.

Die Spektralanalyse zeigt ein interessantes Phänomen auf – bestimmte Maschinenfehler oder -defekte zeigen sich bei bestimmten Frequenzen, ähnlich wie charakteristische Melodien im Schwingungsspektrum. Wenn sie unbeachtet bleiben, nehmen diese „charakteristischen Frequenzen“ in der Amplitude zu, ähnlich wie eine musikalische Note lauter und prominenter wird.

In der Praxis beinhaltet die Spektralanalyse eine sorgfältige Überwachung von Frequenzen und Amplituden im Spektrum. Dieser Prozess wird durch einen Frequenz-Amplituden-Graphen visualisiert, der Expertenanalysten eine Leinwand bietet, um Unregelmäßigkeiten und Trends zu erkennen. Er bietet wertvolle Einblicke in die Gesundheit der Maschine. Im Kern dieser Analyse steht der Effektivwert (RMS-Wert). Obwohl er keine detaillierten Informationen liefert, dient er als zuverlässige Möglichkeit, Änderungen in der Intensität der Vibration zu verfolgen. Er quantifiziert den Bereich unter dem Frequenz-Amplituden-(RMS-)Graphen, ein wertvolles Werkzeug zur Bewertung der Gesamtleistung der Vibration. (Link)