Den Schwingungsanalysator verstehen
A Schwingungsanalysator ist ein elektronisches Gerät, das zur Messung, Speicherung und Anzeige detaillierter Vibration Daten aus Maschinen. Es ist das wichtigste Werkzeug des Analysten für eine gründliche Schwingungsdiagnostik — das Gerät, nach dem man greift, wenn man nicht nur wie viel eine Maschine vibriert, sondern was genau darin vor sich geht. Wo ein einfaches Schwingungsmesser gibt eine einzige Gesamtzahl an, während ein Analysator das gesamte Signal erfasst und verarbeitet – vor allem mit der Schnelle Fourier-Transformation (FFT) — um die Schwingung in ihre einzelnen Frequenzen zu zerlegen.
1. Definition: Was ist ein Schwingungsanalysator?
Das wesentliche Merkmal eines Analysators besteht darin, dass er ein Rohsignal in diagnostische Erkenntnisse umwandelt. Durch die Umwandlung eines Zeitsignals in ein Frequenzsignal Spektrum, ermöglicht es dem Analysten, die charakteristischen Merkmale bestimmter Fehler zu erkennen: Unwucht bei Betriebsdrehzahl, Fehlausrichtung und seine charakteristische 2×-Komponente, Lagerdefekte bei ihren nicht-synchronen Fehlerfrequenzen und vielen anderen. Der Gesamtwert zeigt an, dass eine Maschine nicht in Ordnung ist; das Spektrum gibt Aufschluss darüber, Warum. Dieser Unterschied – von einem einzelnen Messwert zu einem frequenzaufgelösten Bild – ist der eigentliche Grund für die Existenz des Instruments, und genau das unterscheidet den Zustand Vorsortierung von einer echten Diagnose.
2. Welche Daten ein Schwingungsanalysator liefert
Ein Analysator ist gerade deshalb so wertvoll, weil er dasselbe Schwingungssignal in mehreren verschiedenen „Ansichten“ darstellen kann, von denen jede eine andere diagnostische Frage beantwortet:
- Gesamtschwingungspegel: ein einzelner integrierter Wert über ein bestimmtes Frequenzband, der häufig für schnelle Zustandsüberprüfungen und Trendanalysen verwendet wird.
- Zeitwellenform: das Rohsignal im Zeitverlauf, nützlich zur Beurteilung der Form und Stabilität der Schwingung sowie zur Erkennung nicht sinusförmiger Verhaltensweisen wie Stöße oder Übersteuerungen.
- FFT Spektrum: Amplitude im Verhältnis zur Frequenz – die wichtigste Darstellung, um zu erkennen, welche Frequenzen vorhanden sind und wie sich die Energie auf diese verteilt.
- Drehzahl Komponente (1×): der Teil, der mit der Drehung des Rotors synchronisiert ist und als wichtigster Bezugspunkt für die meisten Diagnosen an rotierenden Maschinen dient.
- Harmonische der Laufgeschwindigkeit: Komponenten in ganzzahligen Vielfachen (2×, 3×, …), die miteinander verglichen werden, um ihre jeweiligen Beiträge zu gewichten.
- Drehzahl- und Phasenreferenz: Viele Diagnose- und Auswuchtaufgaben erfordern eine genaue Drehzahl und eine Phase Referenz, entnommen von einem Drehzahlmesser.
3. Wie ein Schwingungsanalysator Messungen in Diagnoseinformationen umwandelt
Der Analysator empfängt das Signal von seinen Sensoren – meist ein Beschleunigungsmesser — und verarbeitet es mithilfe von Software:
- Signalerfassung: Es erfasst den Zeitverlauf auf einem oder mehreren Kanälen, sodass verschiedene Messpunkte an derselben Maschine direkt miteinander verglichen werden können.
- Frequenzanalyse (FFT): Die Rohwellenform wird in ein Spektrum umgewandelt, wobei die FFT, wodurch einzelne Komponenten und deren Oberschwingungen sichtbar werden.
- Synchrone Verarbeitung mit einem Tachometer: Anhand einer Phasenreferenz extrahiert der Analysator die 1×-Komponente und erstellt Diagramme, die auf eine einzelne Rotorumdrehung synchronisiert sind – dieselbe Grundlage, die auch für einige Oberschwingungsdarstellungen verwendet wird.
- Messaufbau und -steuerung: Der Benutzer wählt den Frequenzbereich, die Erfassungszeit und Verarbeitungsoptionen wie beispielsweise die Fensterung Funktion, die vor der Transformation angewendet wird.
Die bei der Erfassung getroffenen Entscheidungen bestimmen, was das Spektrum auflösen kann: Der Frequenzbereich und die Anzahl der Linien legen gemeinsam die Auflösung fest, sodass eng beieinanderliegende Komponenten – beispielsweise Lagerfrequenzen in der Nähe einer Oberwelle – nur dann voneinander getrennt werden können, wenn die Konfiguration dies zulässt. Ein FFT-Auflösungsrechner macht diesen Kompromiss zwischen Frequenzbereich, Linienanzahl und Bin-Breite vor der Messung deutlich.
4. Komponenten eines Schwingungsanalysesystems
Ein komplettes System umfasst in der Regel:
- Der Analysator / Datenerfassungsgerät: die Hardware, die die Sensorsignale empfängt und die Messfunktionen bereitstellt.
- Sensoren: typischerweise Beschleunigungsaufnehmer, wobei je nach Aufgabe und Maschinentyp auch andere Sensoren zum Einsatz kommen – zum Beispiel Näherungssonden zur direkten Messung der Wellenbewegung bei Flüssigkeitsfilmlagern.
- Drehzahlmesser / Phasenbezug: erforderlich für die Drehzahlmessung und alle phasenbezogenen Funktionen (1×, Oberschwingungen, Auswuchten, Synchronmessungen).
- Host-Software: die Anwendung – oft auf einem PC –, die die Diagramme anzeigt, Ergebnisse speichert, Messwerte im Zeitverlauf vergleicht und Berichte erstellt.
Diese Trennung zwischen einem Messgerät und einer PC-basierten Software ist das, was ein modernes tragbares Analysegerät: Der Laptop stellt den Bildschirm, die Rechenleistung und den Speicher bereit, sodass die Feldhardware kompakt bleiben kann.
5. Beispiel: Funktionen zur Schwingungsanalyse in der Balanset-1A Software
Balanset-1A ist ein zweikanaliges, PC-basiertes System zum Auswuchten von Rotoren und zur Schwingungsmessung, das von Ingenieuren in über 50 Ländern eingesetzt wird. Über seine Auswuchtfunktionen hinaus ermöglicht es die Schwingungsmessung und -analyse mithilfe von zwei sich ergänzenden Tools: Vibrationsmesser-Modus und Modus Diagramme. Es handelt sich um ein konkretes, funktionierendes Beispiel für die oben beschriebene allgemeine Architektur – eine Zweikanal-Messeinheit, die Daten an eine Windows-Software übermittelt.
5.1 Schwingungsmessmodus: digitale Werte sowie Wellenform und Spektrum
Im Schwingungsmessmodus zeigt die Software die Gesamtschwingung und die 1×-Schwingungskomponente an (mit Phasenangabe, wenn ein Drehzahlmesser angeschlossen ist). Auf demselben Bildschirm können auch die Wellenform- und die Spektrumsansicht angezeigt werden, sodass eine schnelle numerische Überprüfung und ein erster Blick auf den Frequenzgehalt nebeneinander zu sehen sind.
5.2 Diagrammmodus: vier Diagrammtypen für tiefere Analysen
Der Diagramm-Modus wird verwendet, wenn Sie eine grafische Analyse für zwei Kanäle wünschen. Er bietet vier Diagrammtypen:
- Zeitfunktion der Gesamtschwingung — die Zeitwellenform der Gesamtschwingung.
- 1× Schwingungsdiagramme synchronisiert mit einer Rotorumdrehung.
- Oberschwingungen einer 1×-Schwingung — die harmonischen Komponenten der Betriebsdrehzahl.
- FFT-Spektrum — die Spektrumsansicht, über der die Wellenform angezeigt wird.
Zeitfunktion der Gesamtschwingung
Dieses Diagramm zeigt, wie sich die Schwingungen im Laufe der Zeit verändern. Sie ist nützlich, um die Stabilität zu bewerten und Änderungen während des Messintervalls zu erkennen.
1× Schwingungsdiagramme (synchrone Ansicht)
Diese Ansicht zeigt die 1×-Schwingung über eine Rotorumdrehung. Sie ist mit der Phasenmarkierung des Drehzahlmessers synchronisiert und wird verwendet, wenn Sie die mit der Betriebsdrehzahl verbundenen Schwingungen analysieren müssen – die Grundlage für die Amplituden- und Phasendaten, auf denen das Auswuchten basiert.
Oberschwingungen einer 1×-Schwingung
Diese Ansicht zeigt die mit der Betriebsdrehzahl zusammenhängenden Oberschwingungskomponenten an und ermöglicht es Ihnen, die Oberschwingungspegel in einem einzigen Diagramm zu vergleichen.
FFT-Spektrum-Ansicht
Diese Ansicht zeigt das Schwingungsspektrum – das wichtigste Werkzeug zur Identifizierung von Frequenzkomponenten und Fehlersignaturen –, wobei die Wellenform zur besseren Einordnung über dem Spektrum angezeigt wird. Das Messgerät erfasst Schwingungen in einem Bereich von etwa 5 Hz bis 1000 Hz, wodurch die Betriebsdrehzahl und ihre unteren Oberschwingungen bei typischen Industriemaschinen problemlos abgedeckt werden.
5.3 Typischer Messablauf (praktische Ansicht)
Ein typischer Arbeitsablauf vor Ort ist ganz einfach:
- Bringen Sie die Schwingungssensoren an den Messpunkten der Maschine an.
- Installieren Sie die Drehzahlmesser und bringen Sie reflektierendes Klebeband (die Phasenmarkierung) am Rotor an, wann immer Phasen- oder 1×-synchronisierte Funktionen erforderlich sind.
- Schließen Sie die Sensoren an die Balanset-1A-Messeinheit und diese wiederum an einen Windows-Laptop an.
- Öffnen Sie den Schwingungsmessmodus für eine Schnellprüfung und wechseln Sie anschließend in den Diagrammmodus für eine detailliertere Analyse – Gesamtwellenform, 1×-Diagramme, Oberschwingungen und Spektrum.
- Speichern Sie die Messwerte, um sie im Zeitverlauf zu vergleichen und für Berichte zu nutzen.
Dem liegt derselbe Arbeitsablauf zugrunde Feldauswuchten: Das Messgerät misst zunächst die Unwuchtreaktion, und nachdem ein Korrekturgewicht angebracht wurde, wird die Messung wiederholt, um das Ergebnis zu bestätigen – Diagnose und Korrektur erfolgen mit einem einzigen Gerät.
6. Die Rolle des Analytikers
Selbst mit einem leistungsstarken Analysator hängt das Ergebnis nach wie vor von einem korrekten Messaufbau und einer fundierten Auswertung ab. Das Gerät liefert die Daten – Wellenformen, Spektren und synchronisierte Diagramme –, doch es ist der Fachmann, der entscheidet, was diese Muster über den Zustand der Maschine aussagen und welche Maßnahmen erforderlich sind. Ein sauberes Spektrum von einem schlecht montierten Sensor oder eine aus dem Zusammenhang gerissene, lehrbuchmäßige Signatur führen genauso sicher in die Irre wie ein falscher Wert. Der Analysator ist das Mikroskop; der Ingenieur ist der Diagnostiker.
