Kostenloses Ingenieurwerkzeug #034
Restlebensdauer aus dem Vibrationstrend
Schätzen Sie die verbleibende Nutzungsdauer (RUL) anhand von Schwingungstrenddaten. Prognostizieren Sie die Zeit bis zum Erreichen von Alarm- und Gefahrenpegeln mithilfe linearer, exponentieller oder Potenzgesetz-Wachstumsmodelle.
Ergebnisse
Prognostizierte Schwingungspegel
⚠️ Zuverlässigkeitshinweis: Diese Schätzung geht von einer unveränderten Fortsetzung des aktuellen Wachstumsmusters aus. Die tatsächliche Restlebensdauer hängt vom Fehlermechanismus, den Betriebsbedingungen, Laständerungen und Wartungsmaßnahmen ab. Sie dient als Richtwert für die Planung – nicht als Garantie. Mehr Datenpunkte und konsistente Messbedingungen verbessern die Genauigkeit.
Lineares Wachstumsmodell
Annahme: Die Vibration nimmt mit konstanter Rate zu.
Für allmähliche Verschleißprozesse wie Unwuchtzunahme durch Erosion oder Ablagerungen eignet sich das lineare Modell.
Exponentielles Wachstumsmodell
Annahme: Die Schwingungszunahmerate ist proportional zum aktuellen Niveau (Schäden beschleunigen sich):
Das Exponentialmodell stellt die Lagerdegradation und die Ausbreitung von Ermüdungsrissen am besten dar, wobei Schäden weitere Schäden verursachen.
Potenzgesetzmodell
Verallgemeinertes Modell, das sowohl sublineares als auch superlineares Wachstum darstellen kann:
Das Potenzgesetz ist für gemischte Degradationsmechanismen nützlich. Der Exponent p bestimmt das Wachstumsverhalten: p < 1 bedeutet verzögernd, p = 1 bedeutet linear, p > 1 bedeutet beschleunigend.
Welches Modell wählen?
| Modell | Am besten geeignet für | Verhalten |
|---|---|---|
| Linear | Allmählicher Verschleiß, Erosion, Ablagerungen | Konstante Änderungsrate |
| Exponentiell | Lagerschäden, Risswachstum | Beschleunigend — am konservativsten |
| Potenzgesetz | Gemischte/unbekannte Mechanismen | Flexibel — passt sich der Datenform an |
Praktisches Beispiel
Gegeben: V_Baseline = 2,5 mm/s, V_current = 4,2 mm/s, verstrichene Zeit = 90 Tage, Alarm = 7,1 mm/s
Exponentialmodell:
k = ln(4,2 / 2,5) / 90 = ln(1,68) / 90 = 0,5188 / 90 = 0,00577 /Tag
Alarmzeit: t_alarm = ln(7,1 / 2,5) / 0,00577 = 1,0438 / 0,00577 = 181 Tage ab dem Ausgangswert
Verbleibend = 181 – 90 = 91 Tage von jetzt bis zur Alarmstufe
PF-Intervall: Die Zeitspanne zwischen dem Auftreten eines erkennbaren Fehlers (P) und dem Funktionsausfall (F) bestimmt die Vorwarnzeit. Bei Wälzlagern beträgt das P-F-Intervall typischerweise 1–9 Monate, abhängig von Drehzahl, Belastung und Schmierbedingungen.
Die Schwingungstrendanalyse liefert eine verlässliche Abschätzung, wenn der Schädigungsmechanismus einem gleichmäßigen Wachstumsverlauf folgt. Wichtige Faktoren für die Zuverlässigkeit:
- Mehr Messpunkte über einen längeren Zeitraum erhöhen die Genauigkeit
- Gleichbleibende Messbedingungen (gleicher Messpunkt, gleiche Richtung, Last und Drehzahl)
- Das Verständnis der Schadensart hilft bei der Wahl des richtigen Wachstumsmodells
- Lagerschäden folgen typischerweise einem exponentiellen Verlauf
- Fortschreitender Verschleiß (Erosion, Ablagerungen) verläuft meist linear
Betrachten Sie die Ergebnisse als Planungshilfe, nicht als exakte Vorhersage. Planen Sie stets mit ausreichender Sicherheitsreserve.
Lineares Wachstum: Die Schwingung nimmt mit konstanter Rate zu (z. B. +0,5 mm/s pro Monat). Die Zeit bis zum Erreichen eines Grenzwerts lässt sich leicht vorhersagen. Typisch für gleichmäßige Verschleißprozesse.
Exponentielles Wachstum: Die Anstiegsrate beschleunigt sich mit der Zeit. Im Anfangsstadium zeigt sich nur eine langsame Änderung, im Spätstadium eine rapide Verschlechterung. Typisch für Wälzlagerschäden und Ermüdungsrisswachstum.
Warum das wichtig ist: Exponentielles Wachstum ist gefährlicher, da der Zustand lange stabil wirken und sich dann schlagartig verschlechtern kann. Durch diesen „Hockeyschläger“-Verlauf kann das Zeitfenster zwischen erkennbarer Änderung und Ausfall sehr kurz sein.
Allgemeine Richtlinien auf Basis der Philosophie von ISO 20816 / ISO 10816:
- Maßnahmen planen, wenn die Schwingung die Grenze Zone B/C (Alarmgrenze) erreicht oder um 50% über den Ausgangswert (Baseline) gestiegen ist
- Instandhaltung terminieren, wenn die Trendextrapolation zeigt, dass die Alarmgrenze innerhalb des nächsten geplanten Stillstandsfensters erreicht wird
- Dringend handeln, wenn die Schwingung die Grenze Zone C/D (Gefahrengrenze) erreicht oder sich gegenüber dem Ausgangswert verdoppelt hat
- Sofortige Abschaltung, wenn die Gefahrengrenze überschritten wird oder eine plötzliche Sprungänderung auftritt
Das Grundprinzip: Korrekturmaßnahmen rechtzeitig einplanen, solange noch genügend Zeit für Vorbereitung, Ersatzteilbeschaffung und sichere Durchführung bleibt.
Faktoren, die die Prognosegenauigkeit verringern:
- Uneinheitliche Messung: Wechselnde Sensorpositionen, Befestigungsarten oder Sensortypen
- Schwankende Betriebsbedingungen: Last-, Drehzahl- oder Temperaturänderungen zwischen den Messungen
- Sprungänderungen: Plötzliche Ereignisse (Stöße, Prozessstörungen), die das Grundniveau verschieben
- Falsches Wachstumsmodell: Verwendung eines linearen Modells bei tatsächlich exponentiellem Wachstum oder umgekehrt
- Unzureichende Datenbasis: Weniger als 3–4 Messpunkte machen eine Trendanpassung unzuverlässig
- Mehrere Schadensmechanismen: Wenn sich mehrere Fehler gleichzeitig entwickeln, folgt der Gesamttrend oft keinem einfachen Modell
Empfohlene Messintervalle je nach Kritikalität der Maschine:
- Kritische Maschinen: Kontinuierliche Online-Überwachung (24/7)
- Wichtige Maschinen: Wöchentliche bis monatliche routenbasierte Messungen
- Allgemeine Maschinen: Monatlich bis vierteljährlich
Bei steigendem Trend:
- Übergang Zone A→B: Verkürzung auf wöchentlich
- Annäherung an Alarmgrenze: Verkürzung auf täglich oder Installation einer temporären Online-Überwachung
- Oberhalb der Alarmgrenze: Kontinuierliche Überwachung bis zur Instandsetzung
Das Messintervall muss kürzer sein als das P-F-Intervall (Zeitspanne vom erkennbaren Fehler bis zum Funktionsausfall) geteilt durch mindestens 3, damit der Trend sicher erfasst wird und genügend Reaktionszeit bleibt.
Die auf dieser Seite beschriebenen Verfahren wurden vom Vibromera-Team entwickelt und im Praxiseinsatz getestet, unter Verwendung des Balanset-1A, eines tragbaren Zweikanal-Auswuchtgeräts und Schwingungsanalysators für die Vor-Ort-Rotorauswuchtung.
Professionelle Schwingungsüberwachung mit Trendanalyse und Alarmmanagement. Erkennen Sie Ausfälle, bevor sie auftreten. Im Einsatz in über 50 Ländern.
Nikolai Shelkovenko
Nikolai Shelkovenko ist Schwingungsanalyse-Ingenieur sowie Gründer und Geschäftsführer von Vibromera. Seit mehr als 15 Jahren wuchtet er rotierende Maschinen direkt vor Ort aus statt auf dem Prüfstand: Mulchgeräte, Industrieventilatoren, Brecher, Zentrifugen, Wellen und Spindeln. Aus dieser Arbeit sind die Balanset-Geräte entstanden — sie wurden als Werkzeug konzipiert, das ein Fachmann zur Maschine mitnehmen und dort allein einsetzen kann, nicht als Laborausrüstung. Vibromera wurde 2017 gegründet und hat seinen Sitz seit 2023 in Porto, Portugal. Entwicklung, Montage und Support der Balanset-Reihe finden hier statt. Das Flaggschiffgerät ist das Balanset-1A, ein tragbares Analysegerät für ein- und zweiebeniges Auswuchten sowie für Schwingungsdiagnose. Nikolai ist persönlich in den Kundensupport eingebunden, arbeitet schwierige Auswuchtfälle durch und ist an der Softwareentwicklung beteiligt. Er arbeitet mit Kunden weltweit, in jeder Sprache.
