Was ist asynchrone Schwingung? Nicht synchrone Komponenten • Tragbarer Auswuchtapparat, Schwingungsanalysator "Balanset" zum dynamischen Auswuchten von Brechern, Ventilatoren, Mulchern, Schnecken an Mähdreschern, Wellen, Zentrifugen, Turbinen und vielen anderen Rotoren Was ist asynchrone Schwingung? Nicht synchrone Komponenten • Tragbarer Auswuchtapparat, Schwingungsanalysator "Balanset" zum dynamischen Auswuchten von Brechern, Ventilatoren, Mulchern, Schnecken an Mähdreschern, Wellen, Zentrifugen, Turbinen und vielen anderen Rotoren

Was ist asynchrone Schwingung? Nicht synchrone Komponenten

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Asynchrone Vibration verstehen

Definition: Was ist asynchrone Vibration?

Asynchrone Vibration (auch nichtsynchrone Schwingung genannt) ist Vibration bei Frequenzen, die keine genauen ganzzahligen Vielfachen (Ordnungen) der Wellendrehzahl sind. Im Gegensatz synchrone Vibration aus Unwucht oder Fehlausrichtung (die immer bei der 1-, 2- oder 3-fachen Laufgeschwindigkeit auftritt), treten asynchrone Vibrationen bei Frequenzen auf, die eher durch die Komponentengeometrie, elektromagnetische Effekte oder externe Quellen als durch die Wellendrehung bestimmt werden.

Das Verständnis des Unterschieds zwischen synchronen und asynchronen Schwingungen ist für die Maschinendiagnose von grundlegender Bedeutung, da es bei der Identifizierung der Schwingungsquelle hilft: Synchrone Komponenten weisen auf rotierende Massen oder geometrische Probleme hin, während asynchrone Komponenten auf Probleme mit den Wälzkörpern, elektrische Fehler oder Einflüsse außerhalb des Rotors selbst hinweisen.

Häufige Ursachen asynchroner Vibrationen

1. Wälzlagerdefekte (am häufigsten)

Die Hauptquelle asynchroner Vibrationen:

  • Lagerfehlerhäufigkeiten: BPFO, BPFI, BSF, FTF sind keine genauen Vielfachen der Wellendrehzahl
  • Beispiel: 1800 U/min-Motor (30 Hz), BPFO könnte 107 Hz betragen (3,57 × Wellendrehzahl, keine Ganzzahl)
  • Diagnosewert: Asynchrone Frequenzen deuten sofort auf ein Lagerproblem hin
  • Hüllkurvenanalyse: Primäre Technik zur Erkennung asynchroner Lagerkomponenten

2. Elektrische Frequenzen

Elektromagnetische Vibrationen, die nicht mit der Wellendrehzahl zusammenhängen:

  • 2× Netzfrequenz: 120 Hz (60 Hz-Systeme) oder 100 Hz (50 Hz), unabhängig von der Motordrehzahl
  • Beispiel: 2-poliger 60-Hz-Motor läuft mit 3550 U/min (59,2 Hz), aber 2×f-Vibration bei 120 Hz (2,03× Wellendrehzahl)
  • Poldurchgangsfrequenz: Ist möglicherweise kein exaktes ganzzahliges Vielfaches
  • VFD-Oberschwingungen: Schaltfrequenzen unabhängig von der Wellendrehzahl

3. Externe Quellen

  • Angrenzende Ausrüstung: Von nahegelegenen Maschinen übertragene Vibrationen
  • Gebäude/Fundament: Strukturresonanzen bei festen Frequenzen
  • Prozesspulsationen: Druckwellen in Rohrleitungen
  • Akustische Resonanzen: Stehende Wellen in Kanälen oder Gehäusen

4. Subsynchrone Instabilitäten

  • Ölwirbel: Typischerweise 0,42–0,48 × Wellengeschwindigkeit (nicht genau die Hälfte)
  • Ölpeitsche: Sperrt bei Eigenfrequenz, unabhängig von der Wellendrehzahl
  • Dichtungsinstabilitäten: Oft bei Frequenzen, die durch die Strömungsdynamik bestimmt werden

5. Zufällige Vibration

  • Kavitation: Zufälliger Blasenplatz, Breitband
  • Turbulenz: Zufällige Durchflussschwankungen
  • Reiben: Chaotischer Kontakt erzeugt nichtperiodische Schwingungen

Identifikation in Spektren

Spektrumeigenschaften

  • Feste Frequenz: Erscheint unabhängig von Geschwindigkeitsänderungen mit dem gleichen Hz-Wert
  • Bestelländerungen: Bei Drehzahlschwankungen ändern sich die asynchronen Frequenzen in der Reihenfolge (× Wellendrehzahlverhältnis).
  • Wasserfall-Diagramm: Asynchrone Komponenten erscheinen als vertikale Linien; synchrone als diagonale
  • Bestellspektrum: Asynchrone Spitzen bei nicht ganzzahligen Ordnungen (2,47×, 3,57× usw.)

Diagnoseverfahren

  1. Laufgeschwindigkeit ermitteln: Ab 1× Spitzenwert oder Drehzahlmesser
  2. Bestellungen berechnen: Teilen Sie jede Spitzenfrequenz durch die Laufgeschwindigkeitsfrequenz
  3. Ganzzahlige Reihenfolgen: Synchrone Vibration (1,00×, 2,00×, 3,00×)
  4. Nicht ganzzahlige Reihenfolgen: Asynchrone Vibration (2,47×, 3,57× usw.)
  5. Zuordnung zu Fehlertypen: Vergleichen Sie berechnete Frequenzen mit Lagerfrequenzen, elektrischen Frequenzen usw.

Diagnostische Bedeutung

Lagerdefekte

  • Asynchrone Frequenzen bei BPFO, BPFI, BSF deuten sofort auf ein Lagerproblem hin
  • Berechnen Sie die Lagerfrequenzen und vergleichen Sie sie mit den beobachteten Spitzen
  • Übereinstimmung innerhalb von ±5% bestätigt Lagerfehler
  • Harmonische und Seitenbänder liefern zusätzliche Bestätigung

Elektromagnetische Probleme

  • 2× Netzfrequenz bei 100/120 Hz weist auf Stator- oder Luftspaltprobleme hin
  • Feste Frequenz unabhängig von Drehzahlschwankungen
  • Aktuelle Analyse bestätigt elektrischen Ursprung

Externe Vibration

  • Spitzen, die nicht mit der Maschinengeschwindigkeit oder den Lagern zusammenhängen
  • Kann mit der Geschwindigkeit von Geräten in der Nähe übereinstimmen
  • Quellenermittlung erforderlich
  • Isolierung oder Quellenkorrektur erforderlich

Analysetechniken für asynchrone Schwingungen

Hüllkurvenanalyse

  • Primäre Technik zur Erkennung von Lagerdefekten
  • Verbessert asynchrone, sich wiederholende Auswirkungen
  • Unterdrückt synchrone Niederfrequenzkomponenten
  • Zeigt deutlich die Peilfrequenzen an

Hochfrequenzbeschleunigung

  • Asynchrone Lagerdefekte oft im Hochfrequenzbereich (> 1 kHz)
  • Verwenden Sie Beschleunigungsmesser und hohe Fmax-Einstellungen
  • Erkennt Stöße und hochfrequente Resonanzen

Cepstrum-Analyse

  • Effektiv zum Auffinden periodischer Muster in asynchronen Signalen
  • Erkennt Familien von Harmonischen oder Seitenbändern
  • Nützlich für komplexe Lager- und Getriebesignaturen

Praxisbeispiele

Motor mit Lagerdefekt

  • Laufgeschwindigkeit: 1750 U/min (29,17 Hz)
  • Synchrone Komponenten: 1× bei 29,17 Hz, 2× bei 58,34 Hz
  • Asynchrone Komponente: Spitze bei 107 Hz (3,67-fache Wellengeschwindigkeit)
  • Diagnose: 107 Hz entspricht berechnetem BPFO → Außenringdefekt
  • Bestätigung: Asynchronität bestätigt Lager- und nicht Rotorproblem

VFD-Motor mit variabler Geschwindigkeit

  • Die Motordrehzahl variiert zwischen 1200 und 1800 U/min
  • 1× Spitzenbewegungen mit Geschwindigkeit (synchron)
  • 120 Hz Spitze bleibt fest (asynchron 2× Netzfrequenz)
  • Diagnose: Elektromagnetische Komponente aus 60 Hz Versorgung

Asynchrone Schwingungen stellen eine besondere Klasse von Maschinenschwingungen mit einzigartigen diagnostischen Implikationen dar. Das Erkennen asynchroner Komponenten anhand ihrer nicht ganzzahligen Ordnungsbeziehungen, ihrer festen Frequenzen trotz Drehzahländerungen oder ihrer vertikalen Merkmale in Wasserfalldiagrammen ermöglicht die genaue Identifizierung von Lagerdefekten, elektrischen Problemen und externen Einflüssen und leitet daraus geeignete Diagnose- und Korrekturstrategien ab.

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