Ein Motor, der “komisch klingt”, eine Pumpe, die heiß wird, oder ein Ventilator, der alle paar Monate Wälzlager verschleißt, haben etwas gemeinsam: Sie kündigen sich fast immer durch Schwingungen an, bevor sie ausfallen. Das Problem ist, dass sich Schwingungen nicht mit der Hand auf dem Gehäuse interpretieren lassen. Um festzustellen, ob die Ursache Unwucht, Fluchtungsfehler, Lose oder ein beschädigtes Wälzlager ist, braucht man Messungen an den richtigen Stellen, ein Frequenzspektrum und ein anerkanntes Bewertungskriterium für die Schwingstärke. Dieser Leitfaden fasst zusammen, wie eine Schwingungsanalyse an Industriemaschinen durchgeführt wird und wie Sie zwischen einem routenbasierten Programm und einer Einzeldiagnose entscheiden.
Welche Schäden die Schwingungsanalyse erkennt
Jeder Schadensmechanismus erzeugt eine charakteristische “Signatur” in Frequenz, Phase und Richtung. Die häufigsten bei rotierenden Maschinen sind:
- Unwucht: dominante Amplitude bei 1× Drehfrequenz (1×RPM), vorwiegend in radialer Richtung. Die Amplitude steigt mit der Drehzahl, und die Phase ist stabil.
- Fluchtungsfehler: Komponenten bei 1× und 2×RPM (manchmal 3×) mit erhöhter axialer Schwingung. Ein Winkelversatz zeigt sich tendenziell axial, ein Parallelversatz radial bei 2×. Eine Phasendifferenz von nahezu 180° zwischen beiden Seiten der Kupplung ist ein typisches Anzeichen.
- Mechanische Lose: eine Familie von Harmonischen von 1×RPM und in fortgeschrittenen Fällen Subharmonische (0.5×, 1.5×). Ursache sind meist lockere Verankerungen, ein gerissenes Fundament oder ein im Gehäuse lockeres Wälzlager.
- Wälzlagerschäden: nicht synchrone Frequenzen, die mit der Lagergeometrie zusammenhängen (Außenring BPFO, Innenring BPFI, Wälzkörper BSF und Käfig FTF). In frühen Stadien treten sie im hohen Frequenzbereich auf und lassen sich am besten mit Hüllkurvenverfahren (Demodulation) erkennen.
Sie hilft außerdem, Kavitation, Verzahnungsprobleme, Resonanzen und einige elektrische Fehler an Motoren zu erkennen.
Messstellen und Achsen
Die Qualität der Diagnose hängt mehr davon ab, wo und wie gemessen wird, als vom Gerät. Die Grundregeln lauten:
- Auf den Lagergehäusen messen, möglichst nahe an der Lastzone, nicht auf Schutzabdeckungen, Deckeln oder dünnen Blechen.
- Messwerte in drei Richtungen aufnehmen: horizontal, vertikal und axial. Ein triaxialer Beschleunigungsaufnehmer erfasst alle drei Achsen in einer Messung.
- Die Messstellen einheitlich nummerieren (zum Beispiel von der B-Seite des Motors zum Ende der angetriebenen Maschine) und physisch markieren, um immer an derselben Stelle zu messen.
- Den Sensor fest montieren (Magnet auf ebener, sauberer Fläche oder geschraubter/geklebter Adapter). Eine schlechte Montage verdeckt Wälzlagerschäden.
- Drehzahl, Last und Temperatur erfassen; der Vergleich von Messwerten bei unterschiedlicher Last führt zu falschen Schlussfolgerungen.
Grundlagen des Spektrums
Der Datensammler oder Analysator wandelt das Zeitsignal in ein FFT-Spektrum um: Amplitude über Frequenz. Wird die Frequenzachse in Ordnungen (Vielfachen der Drehfrequenz) dargestellt, lassen sich die oben genannten Signaturen leichter erkennen. Drei praktische Konzepte:
- Messgröße: Der Weg hebt niedrige Frequenzen hervor (langsame Maschinen), die Geschwindigkeit ist die Referenz für die allgemeine Schwingstärke von Industriemaschinen, und die Beschleunigung hebt hohe Frequenzen hervor (Wälzlager, Verzahnungen).
- Auflösung: Mehr Auflösungslinien ermöglichen die Trennung eng beieinanderliegender Spitzen, zum Beispiel 1×RPM von der Netzfrequenz bei Asynchronmotoren, auf Kosten einer längeren Erfassungszeit.
- Zeitsignal: Das Zeitsignal ergänzt das Spektrum; die Stöße eines beschädigten Wälzlagers oder eines gebrochenen Zahns sind dort oft besser zu sehen.
Schwingstärke nach ISO 20816
Die Reihe ISO 20816 ersetzt die früheren Normen ISO 10816 und ISO 7919 und legt fest, wie Maschinenschwingungen durch Messungen an nicht rotierenden Teilen (und in bestimmten Teilen an Wellen) bewertet werden. Das Vorgehen ist wie folgt:
- Die Maschine wird nach dem anwendbaren Teil der Norm, ihrer Größe oder Leistung und der Art der Aufstellung (starr oder elastisch) eingeordnet.
- Gemessen wird der breitbandige Gesamtwert, üblicherweise der Effektivwert der Schwinggeschwindigkeit, an den Stellen und in den Richtungen, die die Norm vorgibt.
- Der Wert wird einer von vier Zonen zugeordnet: A (typisch für neu in Betrieb genommene Maschinen), B (akzeptabel für uneingeschränkten Langzeitbetrieb), C (unbefriedigend für Dauerbetrieb; nur für einen begrenzten Zeitraum, während die Abhilfe geplant wird) und D (so stark, dass Schäden entstehen können).
Die Zahlenwerte der Zonengrenzen hängen vom Teil der Norm und von der Maschinengruppe ab und sind daher direkt der gültigen Ausgabe zu entnehmen. Die Norm empfiehlt außerdem, Änderungen gegenüber dem Referenzwert (Baseline) zu überwachen: Ein deutlicher Anstieg innerhalb von Zone B kann auf einen sich entwickelnden Schaden hinweisen, auch wenn der Wert noch “akzeptabel” ist. Die Zone zeigt, wie gravierend der Zustand ist; das Spektrum zeigt, warum.
Routenbasierte Überwachung oder Einzeldiagnose
| Kriterium | Routenbasierte Überwachung | Einzeldiagnose |
|---|---|---|
| Ziel | Sich entwickelnde Schäden erkennen und Stillstände planen | Ein konkretes Problem lösen oder eine Reparatur validieren |
| Häufigkeit | Periodisch (monatlich, zweimonatlich, je nach Kritikalität) | Ein einzelner Einsatz oder ereignisbezogen |
| Hauptnutzen | Trends und Alarme gegenüber dem Referenzwert | Ermittlung der Grundursache |
| Voraussetzungen | Feste Messstellen, gleiche Bedingungen, Datenbank | Erfahrener Analytiker und detaillierte Messungen |
| Typische Fälle | Kritische Pumpen, Ventilatoren, Verdichter und Motoren | Neues Geräusch, wiederkehrender Ausfall, Inbetriebnahme neuer oder reparierter Maschinen |
In der Praxis ergänzen sich beide: Die routenbasierte Überwachung zeigt, welche Maschine sich verschlechtert, und die detaillierte Diagnose zeigt, was zu beheben ist. Nach einer Ausrichtung, einem Auswuchten oder einem Wälzlagerwechsel dient eine Kontrollmessung als neuer Referenzwert.
Einen Analysator wie den Fluke 810 mieten
Nicht in jedem Werk lohnt sich der Kauf eines Analysators. Die Miete des Schwingungsanalysators Fluke 810 ist eine praktische Option für Diagnosekampagnen, Audits oder zur Überbrückung eines Zeitraums ohne eigenes Gerät. Der Fluke 810 arbeitet mit einem triaxialen Beschleunigungsaufnehmer und einer Diagnose-Engine, die anhand der im Gerät erfassten Maschinendaten Unwucht, Fluchtungsfehler, Lose und Wälzlagerschäden erkennt und einen Schweregrad zuweist, um Reparaturen zu priorisieren. Für schnelle Gesamtwertmessungen bei Betriebsrundgängen gibt es zudem die Miete des Schwingungsmessers Wintact WT63B. Weitere Optionen finden Sie unter Gerätemiete.
Die Geräte von CreativeIT werden regelmäßig in Laboratorien kalibriert, deren Qualitätsmanagementsysteme von Perry Johnson Registrars zertifiziert sind, mit Rückführbarkeit auf NIST über nachprüfbare Kalibrierketten.
Checkliste vor der Messung
- Maschinenliste mit Nenndrehzahl, Leistung, Kupplungsart und Wälzlagertyp.
- Nummerierte und markierte Messstellen an jedem Lagergehäuse.
- Maschine in Betrieb bei normaler, stabiler Drehzahl und Last.
- Sicherer Zugang zu den Messstellen; Schutzabdeckungen montiert und Freischalten/LOTO, falls ein Eingriff erforderlich ist.
- Schadenshistorie und frühere Messwerte.
Sicherheit: Die Messungen erfolgen an laufenden Maschinen; halten Sie daher Abstand zu rotierenden Teilen, entfernen Sie keine Schutzabdeckungen und wenden Sie bei jedem Eingriff Freischalten/LOTO an. Ergänzende elektrische Prüfungen an Hochspannungsmotoren dürfen nur von qualifizierten Personen durchgeführt werden.
Häufig gestellte Fragen
Ist ISO 10816 noch gültig?
Sie wurde schrittweise durch die Reihe ISO 20816 ersetzt. Es empfiehlt sich, Verfahren, die sie noch zitieren, zu aktualisieren und zu prüfen, welcher Teil für die jeweilige Maschine gilt.
Wie oft sollte eine Maschine auf einer Route gemessen werden?
Das hängt von der Kritikalität, der Schadenshistorie und der Geschwindigkeit ab, mit der sich die jeweilige Schadensart üblicherweise entwickelt. Üblich ist es, bei kritischen Anlagen mit monatlichen Intervallen zu beginnen und sie anhand der Trends anzupassen.
Garantiert ein Wert in Zone B, dass die Maschine in Ordnung ist?
Nicht unbedingt. Eine sprunghafte Änderung gegenüber dem Referenzwert oder das Auftreten von Wälzlagerfrequenzen im Spektrum rechtfertigen eine Analyse, auch wenn der Gesamtwert noch in Zone B liegt.
CreativeIT Group in Monterrey führt Schwingungsanalysen vor Ort in ganz Mexiko durch, mit professionellen Berichten einschließlich Arbeitsplan, Protokoll, Fotos und Video, und zwar mit eigenen Ingenieuren, ohne Unterauftragnehmer. Wenn Sie eine Diagnose benötigen oder einen Analysator mieten möchten, fordern Sie ein Angebot an unter (81) 4777 6921, (81) 2230 6079, per WhatsApp oder an info@creativeit.mx; wir antworten noch am selben Tag, Montag bis Samstag von 10:00 bis 18:00 Uhr.
