Tragbare Vibrationsmessgeräte

Tragbare Schwingungsmessgeräte dienen der Schwingungsmessung an rotierenden Maschinen (Motoren, Ventilatoren, Pumpen, Verdichtern, Getrieben, Turbinen) und an mechanischen Strukturen. Eingesetzt werden sie für die vorausschauende Instandhaltung, die vorbeugende Diagnose, Sicherheitsprüfungen, die Abnahme neuer Maschinen und Wuchtkontrollen. Sie messen gleichzeitig Schwingbeschleunigung (m/s² oder g), Schwinggeschwindigkeit (mm/s) und Schwingweg (µm), mit statistischer Auswertung und Anzeige auf dem Display. Sie arbeiten mit Aufnehmern (piezoelektrischen Beschleunigungsaufnehmern), die über Magnethaftung, Schraubbefestigung oder eine Handsonde an der Maschine angebracht werden.

Piezoelektrische Beschleunigungsaufnehmer

Ein piezoelektrischer Beschleunigungsaufnehmer besteht aus einer seismischen Masse auf einem piezoelektrischen Kristall (Quarz, PZT-Keramik, Kunststoffe): Die Beschleunigung der Struktur, auf der er montiert ist, übt eine Kraft auf die Masse aus, die der Kristall in eine proportionale elektrische Ladung umwandelt. Das Signal wird verstärkt und angezeigt. Die typischen Kennwerte sind: Empfindlichkeit 100 mV/g (Standardausführungen) oder 500-1000 mV/g (hochempfindliche Ausführungen für niedrige Schwingungspegel); Messbereich 0,5-10.000 g; Übertragungsbereich 0,5-10.000 Hz; Betriebstemperatur -40 °C / +120 °C (Standardausführungen), bis +250 °C für Hochtemperaturanwendungen.

Schwingungskenngrößen

Die üblichen Kenngrößen zur Schwingungsbeurteilung sind: Effektivwert der Beschleunigung (für die Hochfrequenzanalyse, Kennwert für Lager- und Zahnradschäden); Effektivwert der Schwinggeschwindigkeit in mm/s (Kenngröße der Schwingstärke rotierender Maschinen, genormt in ISO 10816); Spitze-Spitze-Schwingweg in µm (für langsam laufende Maschinen und Unwuchtprobleme); Crest-Faktor (Verhältnis Spitzenwert/Effektivwert – Kennwert für Stöße, etwa die Überrollungen eines schadhaften Wälzkörpers); FFT-Spektralanalyse (Zerlegung des Signals in Frequenzen zur Diagnose bestimmter Schäden). Höherwertige Geräte messen gleichzeitig in mehreren Richtungen (3 Achsen) und mitteln über längere Zeit zur Rauschunterdrückung.

Schadensdiagnose

Die FFT-Spektralanalyse erlaubt die Diagnose bestimmter Schäden: Unwucht (Spitze bei der 1-fachen Drehfrequenz); Fluchtungsfehler (Spitzen bei der 1- und 2-fachen Drehfrequenz, gegebenenfalls mit axialen Anteilen); mechanische Lockerungen (Anteile bei Vielfachen der 1-fachen Drehfrequenz mit Seitenbändern); Wälzlagerschäden (die aus der Lagergeometrie berechneten Kennfrequenzen BPFO/BPFI/BSF/FTF); Verzahnungsschäden (Zahneingriffsfrequenzen GMF = Zähnezahl × Wellendrehzahl); Pumpenkavitation (breitbandiges Zufallsrauschen). Eine genaue Kenntnis der Kennfrequenzen ist für die Diagnose unerlässlich.

Anwendungen

Die industriellen Anwendungen sind: vorausschauende Instandhaltung rotierender Maschinen (weniger ungeplante Stillstände, Planung von Eingriffen vor dem Schaden); Abnahmeprüfungen neuer Maschinen (Nachweis der Übereinstimmung mit den Herstellerangaben); wiederkehrende Rundgänge über den gesamten Maschinenpark (Datenerfassung an allen Maschinen des Werks für die historische Auswertung und die Erkennung von Trends); dynamisches Auswuchten von Rotoren (zusammen mit Auswuchtmaschinen); Sicherheitsprüfungen an Kranen, Aufzügen und Industrieanlagen; Prüfung von Dämpfern und Schwingungsisolatoren; Analyse der Bauwerksschwingungen von Gebäuden, Brücken und Infrastrukturen.

Bezugsnormen

Die wichtigsten Normen sind: ISO 10816 (Mechanical vibration – Evaluation of machine vibration by measurements on non-rotating parts, Teile 1-7 je nach Maschinenart); ISO 7919 (Schwingungen rotierender Wellen); ISO 13373 (zustandsorientierte Instandhaltung mit Schwingungsanalyse); ISO 18434 (Thermografie in der Instandhaltung); ISO 1940-1 (Wuchtgüte starrer Rotoren). Die regelmäßige Kalibrierung der Beschleunigungsaufnehmer erfolgt auf nach ISO 17025 kalibrierten Shakern, üblicherweise jährlich.

Auswahlkriterien

Die Auswahl des Schwingungsmessgeräts richtet sich nach: der Anwendung (einfache wiederkehrende Kontrolle → einachsige Geräte mit Anzeige der Grundgrößen; weitergehende Diagnose → Geräte mit integrierter FFT und Spektralanalyse); dem erforderlichen Frequenzbereich (je nach Maschinenart unterschiedlich); der Empfindlichkeit des Aufnehmers (hohe Empfindlichkeit für niedrige Pegel an großen Maschinen); Datenaufzeichnung und Archivierung für die historische Auswertung; der Anbindung an PC-Software für weitergehende Auswertung und Parkverwaltung; der Einhaltung der einschlägigen ISO-Normen.