10 Grundprinzipien der Schwingungsanalyse, die Sie kennen sollten

Was ist Schwingungsanalyse

Schwingungsanalyse wird als die Technik der Schwingungsmessung definiert, die dazu dient, Anomalien in Industriemaschinen zu identifizieren. Mithilfe von FFT-Algorithmen zerlegen Schwingungsanalysatoren Schwingungssignale in Amplituden- und Frequenzkomponenten, um die Fehlererkennung zu erleichtern.

Fehler, die durch Schwingungsanalysetechniken identifiziert werden

Die Schwingungsanalyse ist in der Lage, nahezu alle Fehler zu identifizieren, die eine Maschine aufweisen kann. Daher benötigt eine gelegentliche Analyse ergänzende Methoden zur Bestätigung einer Diagnose. Im Folgenden sind die häufigsten Fehler aufgeführt, die die Schwingungsanalyse identifiziert:

1. Unwucht
2. Lagerschäden
3. Mechanisches Spiel
4. Ausrichtungsfehler
5. Resonanz und Eigenfrequenzen
6. Elektrische Fehler in Motoren
7. Gebogene Welle
8. Getriebegehäusefehler
9. Kavitation in Pumpen
10. Kritische Drehzahlen

So finden Sie Schwingungsanalysegeräte

Finden Sie das beste Schwingungsanalysegerät, das Ihren Anforderungen entspricht. Wenn Sie erfahren möchten, wie Sie den besten Schwingungsanalysator finden, klicken Sie hier.

Schwingungsanalysegeräte sind Instrumente, die zur Messung, Speicherung und Diagnose von Schwingungen Ihrer Maschinen eingesetzt werden. Sie verwenden FFT-basierte Werkzeuge zur Frequenzmessung und zur Identifizierung der Ursachen. Einige Beispiele finden Sie hier:

Tragbares Schwingungsanalysegerät | Digivibe MX®

Das Schwingungsanalysegerät Digivibe MX® M30 ist ein fortschrittliches, tragbares System zur individuellen Analyse von Maschinenschwingungen. Feldauswuchtung für 1 und 2 Ebenen.

• Frequenzbereich: 1 Hz - 14 kHz
• Auflösungslinien: 1.638.400
• Simultane Eingangskanäle: 4
• Auswuchtfunktion: Ja
• 3D-Simulationen (ODS)

Schwingungsanalysatoren erkunden

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Kabelloser Schwingungsanalysator | EI WiSER® 3X

Der dreiachsige Beschleunigungssensor EI WiSER® 3X ist auch mit den Anwendungen WiSER VIBE® und Digivibe MX® kompatibel.

• Frequenzbereich: 1 Hz - 14 kHz
• Auflösungslinien: 1.638.400
• Simultane Eingangskanäle: 4

EI WiSER® 3X erkunden

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Stationäres Schwingungsanalysegerät | PHANTOM®

Der PHANTOM® EPH-V11 ist ein kabelloser Schwingungssensor für die Dauermontage. PHANTOM® zeichnet Schwingungs-FFTs auf 3 Achsen auf. Wechselbare Langzeitbatterie mit 2 bis 3 Jahren Laufzeit.

• Frequenzbereich: 1 Hz - 10 kHz
• Amplitudenbereich: 32g
• Auflösungslinien: 6.400

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Einschränkungen der Schwingungsanalyse

Schwingungsexperten und Entwickler haben große Anstrengungen unternommen, um Funktionen zu entwickeln, die die wenigen Einschränkungen der Schwingungsanalyse beheben; dennoch gibt es noch einige Aspekte, die nicht durch sie sichtbar gemacht werden können.

Sehr hohe Frequenzen: Gängige Sensoren haben eine maximale Frequenz von 10 bis 15 kHz. Ohne Investition in Spezialsensoren sind höhere Frequenzen für das Gerät unsichtbar.

Sehr niedrige Frequenzen: Obwohl sehr niedrige Frequenzen gemessen werden können, werden sie oft ignoriert, da sie lange Aufzeichnungen erfordern, die bei einer normalen Route nicht durchgeführt werden.

Schmierstoffzustand: Dies ist eine der größten Einschränkungen der Schwingungsanalyse. Der Zustand des Schmierstoffs kann mit dieser Technik nicht bewertet werden; nur ein Mangel daran kann vermutet werden.

Grundlagen der Schwingungsanalyse

Schwingungsanalyse – Grundkonzepte

Die Schwingungsanalyse erfordert kein Demontieren oder Stillsetzen der Maschine und ist daher eine nicht-invasive Methode. Ein Sensor, der Bewegung in ein elektrisches Signal umwandelt, bildet das Grundprinzip eines Schwingungsanalysators. Anschließend berechnet der Analysator alle vordefinierten Parameter und speichert dieses Signal.

Sensoren für die Schwingungsanalyse

Der am häufigsten verwendete Sensor in der Schwingungsanalyse ist der Beschleunigungssensor, obwohl auch Geschwindigkeitsaufnehmer und Wegsonden zu finden sind. Beschleunigungssensoren liefern eine Spannungsausgabe, deren Amplitude proportional zur Schwingungsbeschleunigung ist. Der Analysator kann dieses Signal anschließend integrieren, um Geschwindigkeit und Verschiebung zu erhalten, was den Beschleunigungssensor zum vielseitigsten Sensor macht.

Schwingungskonzept

Rotierende Maschinen erzeugen während des Normalbetriebs Schwingungen als Folge der Reibungs- und Zentrifugalkräfte sowohl der rotierenden Teile als auch der Lager. Schwingungen können daher gemessen, aufgezeichnet, im Trend verfolgt und in den meisten Fällen sogar gehört werden. Wir definieren Schwingung als eine sich wiederholende Bewegung um einen Gleichgewichtspunkt, die durch ihre Variation in Amplitude und Frequenz gekennzeichnet ist. Beide Parameter werden in unzähligen Berechnungen verwendet, die für die Diagnose wesentlich sind.

Definition der Amplitude

Die Amplitude ist die maximale Ausdehnung der Schwingung und wird vom niedrigsten zum höchsten Punkt des Signals gemessen. Die Amplitude ist mit der Bewegungsmenge verknüpft. Der RMS-Wert (quadratischer Mittelwert) beschreibt die Energiemenge in dieser Schwingung. Der RMS ist der am häufigsten verwendete Parameter zur Messung der Schwingungsintensität.

Was ist Frequenz?

Die Frequenz misst die Rate, mit der Bewegungen in der Schwingung pro Sekunde auftreten in Hz (oder pro Minute in CPM). Stellen Sie sich ein Klavier vor: Jede Note entspricht einer Frequenz; wenn Sie mehrere Tasten drücken, hören Sie einen zusammengesetzten Klang. Die Frequenzen und Amplituden jeder Note verbinden sich zu einem komplexen Signal. Ähnlich kann eine Schwingung eine Zusammensetzung mehrerer Frequenzen sein, von denen jede einer anderen Ursache gehorchen kann. Die Anzahl der Komponenten eines Schwingungssignals kann so groß sein wie die Tasten eines Klaviers, da jedes mechanische Teil sein eigenes Schwingungsmuster hat. Daher hat jede Maschine ihren eigenen Schwingungsfingerabdruck, und es ist die Aufgabe eines Schwingungsanalytikers, die Probleme in diesem Fingerabdruck zu identifizieren.

Was ist FFT?

Die FFT (Schnelle Fourier-Transformation) ist eine mathematische Berechnung, die ein Signal in alle seine Frequenzkomponenten zerlegt. Ein FFT-Diagramm bietet die Möglichkeit, Fehler auf der Grundlage von Frequenzen zu diagnostizieren und die Intensität jeder einzelnen anhand der Amplitude zu bewerten.

Schwingungsmessparameter

Schwingungsanalysetechniken identifizieren 3 Hauptmessparameter. Jeder davon legt auf bestimmte Frequenzbereiche mehr Gewicht.

Die Beschleunigung gewichtet hohe Frequenzen stärker. Sie ist nützlich, um den Lagerzustand zu beurteilen.

Die Geschwindigkeit gewichtet hohe und niedrige Frequenzen gleich. Sie hängt mit der zerstörerischen Kraft der Schwingung zusammen und ist daher der wichtigste verfügbare Parameter.

Die Verschiebung bevorzugt niedrige Frequenzen. Sie ist nützlich beim dynamischen Auswuchten, bei Orbits und ODS (Betriebsschwingungsformen).

Betrachten Sie die Spektren unten. Sie gehören alle zum gleichen Signal. Beachten Sie, dass Sie Peaks bei denselben Frequenzen sehen, jedoch mit unterschiedlichen Amplituden in jedem. Beobachten Sie, wie jeder Parameter verschiedenen Frequenzbereichen unterschiedliche Bedeutung beimisst.

Wartungspläne

Die Schwingungsanalyse in der korrektiven Wartung zielt darauf ab, ein bestehendes Schwingungsproblem zu diagnostizieren und zu beheben.

Im Gegensatz dazu besteht das Ziel in der vorausschauenden Wartung darin, Ausfälle durch Trendverfolgung der Schwingungen zu prognostizieren und ihr Verhalten über die Zeit zu identifizieren.

Kann die Schwingungsanalyse Ausfälle vorhersagen? – Vorausschauende Wartung

Ja, in den meisten Fällen können wir Ausfälle vorhersagen. Lassen Sie uns eine Analogie ziehen.

Haben Sie Ihr Auto schon einmal zum Mechaniker gebracht, weil Sie ein neues Geräusch bemerkt haben oder weil ein bereits vorhandenes Geräusch lauter wird?

Unbewusst sagen Sie damit einen Ausfall vorher. Sie wissen, dass das Auto irgendwann liegen bleiben wird, wenn Sie es nicht zum Mechaniker bringen – das ist Ihre Vorhersage. In der vorausschauenden Wartung ist das Prinzip dasselbe, aber im Gegensatz zu Autos sind wir nicht immer in der Nähe der Maschinen, um Geräusche zu hören oder Schwingungen zu spüren, ganz zu schweigen davon, dass die meisten unhörbar sind. Schwingungsanalysatoren zeichnen daher präzise den Amplitudentrend dieser „Geräusche” auf und sind noch dazu in der Lage, die Quelle zu identifizieren, die dieses „Geräusch” verursacht.

Proaktive Wartung

Proaktive Wartung ist ein neuer Trend, der nicht nur darauf abzielt, Ausfallzeiten vorherzusagen, sondern auch die Fehler, die sie verursachen werden, präzise zu spezifizieren.

Es gibt verschiedene Ansätze dazu, aber alle basieren grundsätzlich darauf, welche Frequenzen für die Änderungen der Schwingung verantwortlich sind. Ein normales Spektrum hat üblicherweise zwischen 400 und 200.000 Punkte, und jeden davon über die Zeit zu verfolgen ist komplex.

Oktavbänder sind vereinfachte FFT-Spektren mit einer Standardanzahl von Linien, in der Regel zwischen 8 und 32. Damit sind Oktavbänder sehr nützlich, um eine kleine Anzahl von FFT-Segmenten über die Zeit zu verfolgen. Das Identifizieren defekter Komponenten wird dadurch wesentlich einfacher.

Schwingungsanalysatoren

Die neue Generation von Schwingungsanalysatoren hat sich mit komplexen, benutzerfreundlichen Funktionen weiterentwickelt, wie 3D-Simulationen oder Getriebeanalysen. Darüber hinaus integrieren diese Analysatoren Millionen von Auflösungslinien und automatisierte Routenaufzeichnung, was unsere Arbeit erheblich erleichtert. Wenn Sie mehr darüber erfahren möchten, wie Sie den besten Schwingungsanalysator auswählen, lesen Sie diesen Artikel.

Kabellose Beschleunigungssensoren

Das neue Technologiezeitalter hat es kabellosen Beschleunigungssensoren ermöglicht, mit fast jedem Gerät zu kommunizieren, wie Smartphones und Tablets. Trotz der großen Bandbreite, die diese kabellosen dreiachsigen Beschleunigungssensoren benötigen, können sie 3 Achsen gleichzeitig in Echtzeit senden und bieten sogar die Möglichkeit, einen vierten Kanal für die Phasenanalyse und das Auswuchten hinzuzufügen.

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IOT (Internet der Dinge) in der Schwingungsanalyse

Geräte in der Größe eines Golfballs können jetzt Schwingungsdaten 3 bis 6 Jahre lang kabellos übertragen, ohne die Batterie wechseln zu müssen. Befestigen Sie einfach die Basis und konfigurieren Sie das Gerät in der Software, und schon können Sie mit der Analyse über die Cloud oder direkt auf Ihrem Smartphone beginnen. Darüber hinaus umfasst diese Technologie jetzt auch Temperatur-, Strom-, RPM- und viele andere Sensoren, die neue Parameter in dieselbe Analyse integrieren.

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Schwingungsanalyse in der Cloud

Neue Webtechnologien und Fortschritte in der Telekommunikation ermöglichen es uns nun, auf Smartphones oder über IOT-Geräte aufgezeichnete Daten in die Cloud zu senden, um sie zu automatisieren und mit entfernten Expertenanalytikern für eine tiefere Analyse zu teilen.

Ebenso ermöglichen Cloud-Daten die einfache Weitergabe von Informationen an den Endbenutzer zur Entscheidungsunterstützung. Automatisierte Berichte sind nun mit anpassbaren Werkzeugen verfügbar, die es Benutzern ermöglichen, genau das zu sehen, was sie benötigen.

Cloud-basierte Wartung ist ein Trend, genau wie in allen anderen Lebensbereichen.

Ein gutes Beispiel für cloudbasierte Schwingungsanalyse ist das eianalytic.com von ERBESSD INSTRUMENTS®.

Sich jetzt über cloudbasierte Schwingungsanalysesysteme zu informieren ist sehr wichtig, da sie in Zukunft immer komplexer werden.

Lernalgorithmen in der Schwingungsanalyse

Neue Algorithmen zum automatischen Erlernen von Maschinenmustern wachsen und werden immer populärer. Diese Algorithmen messen RMS-Werte über einen Zeitraum, um dann zu bewerten, welcher Wertebereich für diese bestimmte Maschine normal ist. Auf diese Weise können diese Systeme immer dann melden, wenn die Maschinenschwingung das Maximum überschreitet.

Eine weitere Form des Lernens besteht darin, automatisch einen Hüllen-Alarm über einem Durchschnitt von FFTs zu erstellen (siehe Abbildung). Nach dem Festlegen einer normalen Hüllenkurve können Systeme erkennen, wenn eine bestimmte Frequenz im Spektrum eine Grenze erreicht.

Diese Algorithmen machen die Schwingungsanalyse bereits viel einfacher, indem sie komplexe Aufgaben den Computern überlassen. Diese Systeme reduzieren die Arbeitsbelastung für Schwingungsanalytiker erheblich und ermöglichen es ihnen, sich auf das zu konzentrieren, was wirklich ihre Zeit verdient.

Wie werden diese neuen Technologien unser Leben beeinflussen?

Diese neuen Technologien werden die Art, wie wir die Schwingungsanalyse heute sehen, erheblich verändern. Sie werden nicht nur unser Leben in Bezug auf Routinearbeit erleichtern, sondern es uns auch ermöglichen, unser Wissen über Schwingungen und ihre Beziehungen zu anderen Parametern noch weiter zu vertiefen.

Je früher wir diese Technologien einsetzen, desto mehr Zeit haben wir, ihr Potenzial zu erkunden. Unsere Denkweise anzupassen ist entscheidend in dieser sich so schnell verändernden Umgebung.

Zusammenfassung

Das Studium der Schwingungen ist eine Disziplin, die vor fast 100 Jahren begann und erst vor weniger als 4 Jahrzehnten für die Industrie im Allgemeinen zugänglich wurde. Seitdem hat sich die Schwingungsanalyse zusammen mit der digitalen Technologie entwickelt und ihre kontinuierliche Evolution vorangetrieben. Neue Technologien stellen ständig neue Herausforderungen sowohl für die Entwickler als auch für die Anwender.

Die Algorithmen der Schwingungsanalyse werden sich weiterentwickeln und noch präziser und zuverlässiger werden. In sehr kurzer Zeit werden wir diese Art von Sensoren an jeder Maschine sehen.