Beschleunigung in der Schwingungsanalyse verstehen

Definition: Was ist Schwingbeschleunigung?

Beschleunigung ist die Änderungsrate der Geschwindigkeit eines Objekts im Laufe der Zeit. Im Kontext der Schwingungsanalyse ist sie eine grundlegende Messung, die angibt, wie schnell sich die Geschwindigkeit eines vibrierenden Bauteils ändert. Während die Verschiebung die Bewegungsweite eines Teils und die Geschwindigkeit die Bewegungsgeschwindigkeit angibt, konzentriert sich die Beschleunigung auf die auf das Teil einwirkenden Kräfte. Dadurch reagiert sie besonders empfindlich auf hochfrequente Ereignisse wie Stöße und abrupte Bewegungsänderungen.

Warum ist die Beschleunigungsmessung wichtig?

Die Messung der Beschleunigung ist für ein umfassendes Zustandsüberwachungsprogramm von entscheidender Bedeutung, da sie sich hervorragend zur Erkennung bestimmter Arten von Maschinenfehlern eignet, die bei anderen Messungen möglicherweise übersehen werden. Ihre Bedeutung ergibt sich aus mehreren Schlüsselfaktoren:

• Hochfrequenz-Fehlererkennung: Die Beschleunigung reagiert naturgemäß empfindlicher auf hochfrequente Schwingungen. Daher ist sie der ideale Parameter zur Früherkennung von Fehlern in Wälzlagern, Zahneingriffsproblemen und Blattdurchlauffrequenzen, da diese Phänomene typischerweise hochfrequente Schwingungen erzeugen.
• Direkte Beziehung zur Kraft: Gemäß dem zweiten Newtonschen Gesetz (Kraft = Masse × Beschleunigung) ist die Beschleunigung direkt proportional zu den dynamischen Kräften, die in einer Maschine wirken. Die Messung der Beschleunigung gibt einen direkten Einblick in die Kräfte, die Belastungen und Ermüdungserscheinungen an Bauteilen verursachen.
• Großer Dynamikbereich: Beschleunigungsmesser, die Sensoren zur Messung der Beschleunigung, können einen sehr großen Frequenz- und Amplitudenbereich abdecken und sind daher vielseitig für die Überwachung verschiedener Maschinentypen geeignet.

Einheiten und Messungen

Gemeinsame Einheiten

Die Schwingbeschleunigung wird typischerweise in einer von zwei Einheiten ausgedrückt:

• G: Eine dimensionslose Einheit zur Darstellung der Beschleunigung durch die Erdanziehungskraft. 1 g entspricht etwa 9,81 m/s². Die Verwendung von „g“ ist üblich, da sie ein standardisiertes, nachvollziehbares Maß für die Vibrationsstärke bietet.
• m/s² (oder mm/s²): Die Standard-SI-Einheit für Beschleunigung (Meter pro Quadratsekunde).

Wie wird es gemessen?

Die Beschleunigung wird fast ausschließlich mit einem Beschleunigungsmesser. Dies ist ein Wandler, der die mechanische Kraft einer Vibration in ein proportionales elektrisches Signal umwandelt. Piezoelektrische Beschleunigungsmesser werden aufgrund ihrer Robustheit, Genauigkeit und ihres breiten Frequenzgangs am häufigsten in der industriellen Zustandsüberwachung eingesetzt.

Praktische Anwendungen in der Diagnostik

In der Diagnose werden Beschleunigungsdaten verwendet, um bestimmte Probleme zu identifizieren:

• Lagerfehler: Die durch mikroskopische Defekte an Laufringen, Rollen oder Kugeln verursachten Stöße erzeugen kleine, hochfrequente Spitzen. Beschleunigungsmessungen, insbesondere in Kombination mit Techniken wie Hüllkurvenanalyse, sind die primäre Methode, um diese Fehler in ihren frühesten Stadien zu erkennen.
• Getriebeanalyse: Hochfrequente Schwingungen durch den Zahneingriff sowie Stöße durch gerissene oder gebrochene Zähne sind im Beschleunigungsspektrum deutlich sichtbar.
• Hochgeschwindigkeitsmaschinen: Bei Geräten wie Turbinen und Hochgeschwindigkeitskompressoren ist die Beschleunigung häufig die bevorzugte Gesamtschwingungsmessung, da die vorherrschenden Frequenzen in einen Bereich fallen, in dem sie der empfindlichste Parameter ist.

Beziehung zu Geschwindigkeit und Verschiebung

Verschiebung, Geschwindigkeit und Beschleunigung hängen mathematisch durch Integration und Differenzierung zusammen. Für eine einfache sinusförmige Schwingung gilt:

• Die Geschwindigkeit ist das Integral der Beschleunigung.
• Die Verschiebung ist das Integral der Geschwindigkeit.

Dies bedeutet, dass bei gleicher Schwingungsenergie die Beschleunigungsamplituden bei hohen Frequenzen naturgemäß höher sind, während die Verschiebungsamplituden bei niedrigen Frequenzen höher sind. Aus diesem Grund wählen Analysten den Messparameter, der am besten zum Frequenzbereich des erwarteten Fehlers passt.

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