Schwingungsanalysatoren und Geräte zur Maschinendiagnose sind hochwertige Systeme, die Datenerfassung, FFT-Spektralanalyse in Echtzeit, dynamisches Auswuchten vor Ort, Modalanalyse und die Verwaltung der Messhistorie vereinen — für die vorausschauende Instandhaltung und die weitergehende Diagnose rotierender Maschinen und mechanischer Bauteile. Anders als einfache tragbare Schwingungsmessgeräte, die Gesamtkennwerte (Effektivwert, Spitzenwert) liefern, erkennen Spektralanalysatoren die einzelnen Anteile des Schwingungsspektrums und ordnen sie den Kennfrequenzen von Lagerschäden, Unwuchten, Fluchtungsfehlern, Verzahnungsschäden und Pumpenkavitation zu.
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FFT-Analyse
Der Analysator führt eine FFT (Fast Fourier Transform) des zeitlichen Schwingungssignals durch und wandelt es in ein Frequenzspektrum um. Die spektrale Auflösung hängt von der Zahl der FFT-Linien ab (üblich 400, 800, 1600 oder 3200 Linien) sowie vom Analysebereich (bis 10-25 kHz bei industriellen Analysatoren). Das angezeigte Spektrum hebt die Schwingungsspitzen bei den einzelnen Frequenzen hervor; der Anwender (oder eine Expertensoftware) erkennt darin die Kennfrequenzen bestimmter Schäden: 1× RPM bei Unwucht, 2× RPM bei Fluchtungsfehlern, aus der Geometrie berechnete Lagerfrequenzen, Zahneingriffsfrequenzen GMF, Schaufelfrequenzen bei Ventilatoren (Schaufelzahl × RPM). Die Diagnose beruht auf dem Vergleich des gemessenen Spektrums mit Referenzspektren der „gesunden Maschine“.
Dynamisches Auswuchten
Eine weitergehende Funktion dieser Analysatoren ist das dynamische Auswuchten vor Ort (in-place balancing): Aus der Messung von Amplitude und Phase der Schwingung bei 1× RPM berechnet das Gerät Lage und Größe der Ausgleichsmassen, die am Rotor anzubringen sind, um die Unwucht unter zulässige Werte zu bringen (ISO 1940-1, Gütestufe G = 1, 2,5 oder 6,3 je nach Maschinenart). Ausgewuchtet werden kann in einer, zwei oder mehr Ebenen, an starren oder elastischen Rotoren. Das Verfahren umfasst Vormessungen, das Anbringen einer Testmasse, Einflussmessungen und die Berechnung der Ausgleichsmasse. Typische Anwendungen sind Industrieventilatoren, Antriebswellen, Elektromotoren, Spindeln und rotierende Bauteile allgemein.
Weitergehende Lageranalyse
Die Früherkennung von Wälzlagerschäden ist eine der verbreitetsten Anwendungen der Schwingungsdiagnose. Die Kennfrequenzen der Lager (BPFO – Ball Pass Frequency Outer, BPFI – Ball Pass Frequency Inner, BSF – Ball Spin Frequency, FTF – Fundamental Train Frequency) lassen sich aus der Lagergeometrie (Laufbahndurchmesser, Kugeldurchmesser, Kugelzahl, Druckwinkel) und aus der Drehzahl berechnen. Spitzen bei diesen Frequenzen weisen auf örtliche Schäden an Außenring, Innenring, Wälzkörpern oder Käfig hin. Hüllkurvenanalyse (envelope) oder Hochfrequenzdemodulation sind besonders wirksam, um beginnende Schäden zu erkennen.
Software und Datenverwaltung
Die zugehörige Schwingungsanalyse-Software verwaltet: programmierte Messrunden des Datensammlers (Folgen von Messstellen an allen Maschinen des Werks, in festem Abstand abzugehen); eine historische Messdatenbank für die Trendauswertung; selbsttätige Diagnosealgorithmen (künstliche Intelligenz zur Erkennung von Schadensmustern); automatische Zustandsberichte der Maschinen mit Eingriffsprioritäten; Alarmierung beim Überschreiten kritischer Schwellen; die Anbindung an ein Instandhaltungsmanagementsystem (CMMS) zur selbsttätigen Einsatzplanung; Cloud Computing für den Fernzugriff und die Verwaltung verteilter Standorte.
Bezugsnormen
Die wichtigsten Normen sind: ISO 10816 (severity, Teile 1-7); ISO 13373 (condition-based maintenance through vibration); ISO 18436 (Qualifizierung des Personals in der Schwingungsanalyse, Stufen 1-4 – von strukturierten Industriebetrieben zunehmend gefordert); ISO 7919 (rotierende Wellen); ISO 1940-1 (Wuchtgüte starrer Rotoren); IEC 60034 (Elektromotoren). Die Kalibrierung der Analysatoren erfolgt mit kalibrierten Shakern und Präzisionssignalgeneratoren, zertifiziert nach ISO 17025.
Auswahlkriterien
Bei der Auswahl des Schwingungsanalysators zählen: die FFT-Leistung (Linienzahl, Analysebereich); weitergehende Funktionen (Auswuchten, Hüllkurvenanalyse, Ordnungsanalyse für drehzahlveränderliche Maschinen); die Ergonomie für den Feldeinsatz (Bedienoberfläche, Akkulaufzeit); die Anbindung an die betriebliche CMMS-Software; die Einhaltung der ISO-Normen; das Schulungsangebot des Lieferanten (Qualifizierung des Personals in der Schwingungsanalyse); die Investition, die strukturierte Programme der vorausschauenden Instandhaltung erfordern.
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