Kostenloses Ingenieurwerkzeug #033
Schwingungsquellen-Identifikation
Interaktives Diagnosetool – Geben Sie die Schwingungsfrequenz als Vielfaches der Drehzahl ein, um wahrscheinliche Fehlerquellen bei rotierenden Maschinen zu identifizieren.
Diagnostische Ergebnisse
Vollständige Frequenz–Fehler-Referenz
Schwingungsfrequenzanalyse
Jeder mechanische Defekt erzeugt Schwingungen mit charakteristischen Frequenzen, die mit der Drehzahl der Welle zusammenhängen. Durch die Identifizierung der dominanten Frequenz im Schwingungsspektrum und deren Angabe als Vielfaches der Wellendrehzahl lässt sich die wahrscheinlichste Fehlerquelle bestimmen.
Ordnungsberechnung
Wo f_Schwingung die gemessene dominante Frequenz in Hz ist und Drehzahl die Drehzahl der Welle ist.
Häufige Fehlerfrequenzen
| Ordnung (Harmonische) | Frequenz | Primärquelle | Zusätzliche Indikatoren |
|---|---|---|---|
| 1x | Wellendrehzahl | Unwucht | Stabile Phase, proportional zum Quadrat der Drehzahl |
| 1x | Wellendrehzahl | Verbogene Welle | Hohe axiale Vibration, phasenstabil |
| 2x | 2 x Wellendrehzahl | Fluchtungsfehler | Hohe Axialschwingung, 180° Phasendifferenz über die Kupplung |
| 3x | 3 x Wellendrehzahl | Schwere Fehlausrichtung | Mehrere Harmonische vorhanden |
| 0,42–0,48x | Subsynchron | Ölwirbel | Gleitlager, drehzahlabhängig |
| 0,5x | Halbwellendrehzahl | Lockerung / Reibung | Gebrochene Subharmonische |
| Mehrfache Harmonische | 1x, 2x, 3x… | Mechanische Lockerheit | Viele Harmonische der Drehzahl |
| Nicht-synchron | BPFO, BPFI, BSF | Lagerdefekte | Moduliert durch die Drehzahl |
| Z x Drehzahl | Schaufeldurchgang | Durchflussprobleme | Pulsation, Kavitation |
| Z x Drehzahl | Zahnradeingriff | Getriebeprobleme | Die Seitenbänder zeigen an, welches Zahnrad |
| 2x Netzfrequenz (100/120 Hz) | Festfrequenz | Elektrisch | Verschwindet, wenn die Stromzufuhr unterbrochen wird |
Phasenwinkel-Leitfaden
Die Phasenanalyse ist von entscheidender Bedeutung zur Unterscheidung von Fehlern bei gleicher Frequenz. Bei 1x: Stabile Phase = Unwucht, 180°-Drehung über die Kupplung = Fehlausrichtung, instabile Phase = Lockerung. Immer einen Drehzahlmesser als Referenz verwenden.
Praktisches Beispiel
Gegeben: Drehzahl = 1500 U/min, Eigenfrequenz = 75 Hz
Drehzahlfrequenz = 1500 / 60 = 25 Hz
Ordnung = 75 / 25 = 3,0x
Hauptverdächtiger: Schwere Fehlausrichtung oder mechanische Lockerung
Empfehlung: Kupplungsausrichtung prüfen, Befestigungsschrauben inspizieren, Fundament prüfen
⚠️ Hinweis: Dieses Tool bietet Orientierungshilfen basierend auf gängigen Fehlerfrequenz-Beziehungen. Für eine definitive Diagnose ist die Korrelation mit Phasendaten, Zeitverlauf, Orbitdiagrammen, Betriebsbedingungen und Maschinenhistorie erforderlich. Überprüfen Sie die Ergebnisse stets durch zusätzliche Messungen.
Die meisten mechanischen Fehler erzeugen Schwingungen bei charakteristischen Frequenzen, die in Bezug zur Wellendrehzahl stehen:
- 1× RPM: Unwucht (am häufigsten), krumme Welle, Lockerheit
- 2× RPM: Wellenversatz / Ausrichtfehler (Hauptindikator)
- 0.42–0.48×: Ölwirbel (Oil Whirl) in Gleitlagern
- Nichtsynchron: Wälzlagerschäden
Drücken Sie die Schwingfrequenz als Vielfaches (Ordnung) der Wellendrehzahl aus und gleichen Sie sie mit bekannten Fehlermustern ab. Korrelieren Sie die Werte stets mit Phasenlage, Amplitudentrend und Betriebsbedingungen.
Die 1×-Schwingung (oder synchrone Schwingung) tritt exakt bei der Wellendrehfrequenz auf. Bei einer Maschine mit 3000 RPM entspricht 1× = 50 Hz.
Eine 1×-Schwingung ist aufgrund der Restunwucht bis zu einem gewissen Grad immer vorhanden. Kritisch wird sie, wenn die Amplitude die zulässigen Grenzwerte nach ISO 10816/20816 überschreitet.
Hauptursachen: Massenunwucht, krumme Welle, Exzentrizität, Resonanz. Die Phasenwinkelanalyse hilft, zwischen diesen Ursachen zu unterscheiden.
Ursachen für subsynchrone Schwingungen (unterhalb von 1× RPM) sind unter anderem:
- Ölwirbel / Oil Whirl (0.42–0.48×): Gleitlagerinstabilität, die Frequenz folgt der Drehzahl
- Ölpeitschen / Oil Whip: Schwerwiegender — die Frequenz rastet bei der Rotoreigenfrequenz ein und folgt nicht der Drehzahl
- Anstreifen (0.5×, gebrochenzahlige Ordnungen): Rotor-Stator-Kontakt erzeugt Subharmonische
- Lockerheit (0.5×): Mechanische Lockerheit an den Befestigungspunkten
- Riemenresonanz: Eigenfrequenz des Riemens in Riemenantrieben
Subsynchrone Schwingungen sind oft gefährlicher als synchrone, da sie zu katastrophaler Instabilität führen können.
Quellen hochfrequenter Schwingungen (oberhalb von 10× RPM):
- Wälzlagerschäden: BPFO (Außenring), BPFI (Innenring), BSF (Wälzkörper), FTF (Käfig)
- Zahneingriff: Zähnezahl × RPM, mit Seitenbändern
- Schaufelpassierfrequenz: Schaufelanzahl × RPM
- Elektrische Geräusche/Schwingungen: Nutpassierfrequenz, Kommutierung
- Kavitation: Zufälliges hochfrequentes Breitbandrauschen
- Strukturresonanz: Eigenfrequenzen von Bauteilen
Der Phasenwinkel beschreibt die Winkelbeziehung zwischen dem Schwingungsmaximum und einer Referenzmarke auf der Welle (gemessen mit einem Tachometer).
Wichtige diagnostische Anwendungen:
- Unwucht: Stabile, reproduzierbare Phase bei 1×
- Ausrichtfehler: ~180° Phasendifferenz über die Kupplung bei 1× und/oder 2×
- Lockerheit: Instabile, driftende Phase
- Resonanz: ~90° Phasenverschiebung bei der Eigenfrequenz, hohe Verstärkung
- Krumme Welle: 1×-Phasenverschiebung von ~180° vom antriebsseitigen zum abtriebsseitigen Lager
Ohne Phasendaten ist es oft unmöglich, zwischen Fehlern zu unterscheiden, die dieselbe Frequenz erzeugen (z. B. Unwucht vs. Ausrichtfehler bei 1×).
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 Schwingungsanalysatoren mit Spektrumanalyse, Orderverfolgung und Fehlerdiagnose. 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.
