Schwingungsverschiebung verstehen

Definition: Was ist eine Verschiebung bei einer Vibration?

Verschiebung ist ein Maß für die Gesamtdistanz, die ein vibrierendes Objekt aus seiner Ruhelage (Gleichgewicht) zurücklegt. Es gibt an, wie weit sich ein Bauteil hin und her bewegt. Als einfachste Darstellung der Schwingbewegung ist die Verschiebung ein grundlegender Parameter in der Schwingungsanalyse, insbesondere bei niederfrequenten Anwendungen und zur Beurteilung mechanischer Abstände.

Warum und wann sollte die Verschiebung gemessen werden?

Während die Geschwindigkeit der am häufigsten verwendete Parameter für den Gesamtzustand einer Maschine ist, ist die Verschiebung in mehreren spezifischen, kritischen Szenarien die bevorzugte Messung:

• Niederfrequenzanalyse: Bei sehr niedrigen Frequenzen ist die Schwingungsenergie proportional zur Verschiebung. Bei langsam laufenden Maschinen (typischerweise unter 600 U/min oder 10 Hz), wie z. B. großen Ventilatoren, Kühltürmen und Papiermaschinen, ist die Verschiebung der empfindlichste und aussagekräftigste Indikator für die Schwingungsstärke.
• Freigaben beurteilen: Die Verschiebung ermöglicht eine direkte Messung der physikalischen Bewegung eines Teils. Dies ist entscheidend, um festzustellen, ob eine rotierende Welle genügend Spiel hat, um eine Reibung an stationären Komponenten wie Lagern oder Dichtungen zu vermeiden.
• Strukturelle Durchbiegung: Bei der Analyse der Bewegung von Strukturen wie Sockeln, Rahmen oder Rohrleitungen wird die Verschiebung verwendet, um die Eigenformen zu verstehen und sicherzustellen, dass die Durchbiegungen innerhalb der Konstruktionsgrenzen liegen.
• Auswuchten von langsam laufenden Rotoren: Beim Auswuchten großer, langsam laufender Rotoren werden häufig Wegmessungen zur Ermittlung der Unwuchthöhe verwendet.

Einheiten und Messungen

Gemeinsame Einheiten

Die Schwingungsverschiebung wird typischerweise in einer von zwei Einheiten ausgedrückt:

• Mils: Der Industriestandard in den Vereinigten Staaten, wo 1 Mil einem Tausendstel Zoll (0,001 Zoll) entspricht.
• Mikrometer (µm): Die Standardeinheit des SI, wobei 1 Mikrometer einem Millionstel Meter entspricht. (1 mil ≈ 25,4 µm).

Die Verschiebung wird fast immer gemessen in Spitze-Spitze (Pk-Pk) Einheiten, da dieser Wert den Gesamtweg der Komponente darstellt, der der wichtigste Faktor für die Spielanalyse ist.

Wie wird es gemessen?

Die Verschiebung kann auf verschiedene Arten gemessen werden:

1. Näherungssonden: Dies ist die gängigste Methode zur Messung von Wellenschwingungen. Eine berührungslose Wirbelstromsonde wird an einem stationären Teil montiert und misst den sich ändernden Spalt zwischen ihrer Spitze und der rotierenden Welle. Dadurch wird die relative Verschiebung der Welle direkt gemessen.
2. Integration von Beschleunigungsmessern: Ein Standard-Beschleunigungsmesser misst die Beschleunigung. Sein Signal kann einmal elektronisch integriert werden, um die Geschwindigkeit zu ermitteln, und ein zweites Mal, um die Verschiebung zu ermitteln. Dies ist eine gängige Funktion moderner Datensammler, kann jedoch bei sehr niedrigen Frequenzen zu Rauschen und Fehlern führen.
3. Laser-Wegsensoren: Diese berührungslosen Sensoren verwenden einen Laserstrahl, um hochpräzise Verschiebungsmessungen durchzuführen.

Die Rolle der Vertreibung in der Diagnostik

Während eine hohe Verschiebung bei der Rotationsfrequenz der Welle (1 x U/min) bei einer langsam laufenden Maschine oft auf eine Unwucht hindeutet, beruht ihre primäre Aussagekraft auf der Beziehung zu Geschwindigkeit und Beschleunigung. Bei einer gegebenen Menge an Schwingungsenergie:

• Bei niedrige Frequenzen, hat die Verschiebung die größte Amplitude.
• Bei mittleren Frequenzen, hat die Geschwindigkeit die höchste Amplitude.
• Bei hohe Frequenzen, hat die Beschleunigung die höchste Amplitude.

Aus diesem Grund nutzen Analytiker die Verschiebung, um sich auf niederfrequente Phänomene zu konzentrieren, die in einem Beschleunigungsspektrum möglicherweise völlig unsichtbar sind. Eine Maschine könnte starken, schädlichen niederfrequenten Bewegungen ausgesetzt sein, die nur eine sehr geringe Beschleunigung erzeugen. Daher ist die Verschiebung ein entscheidender Bestandteil eines umfassenden Diagnose-Toolkits.

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