Schwebungen in der Schwingungsanalyse: Ursachen und Identifikation

Definition: Was ist ein Vibrationsschlag?

Im Rahmen der Schwingungsanalyse wird ein schlagen oder Prügel ist ein charakteristisches Phänomen, das durch einen periodischen Anstieg und Abfall der Amplitude eines Vibrationssignals gekennzeichnet ist. Diese Modulation tritt auf, wenn zwei separate Vibrationssignale mit sehr ähnlichen, aber nicht identischen Frequenzen gleichzeitig vorhanden sind und sich miteinander verbinden. Die resultierende Zeitwellenform ähnelt einer einzelnen Sinuswelle, deren Amplitude in einem rhythmischen Muster langsam zunimmt und abnimmt.

Die Physik hinter dem Schlagen

Schwebungen entstehen durch konstruktive und destruktive Interferenz. Wenn die Spitzen der beiden Schwingungswellen in einer Linie liegen (in Phase), addieren sich ihre Amplituden, was zu einer höheren Gesamtamplitude führt. Wenn die Spitze einer Welle mit dem Tal der anderen Welle zusammenfällt (außer Phase), heben sich die beiden Wellen gegenseitig auf, was zu einer geringeren Gesamtamplitude führt. Dieser kontinuierliche Zyklus aus Verstärkung und Aufhebung erzeugt das charakteristische „schwebende“ oder „trällernde“ Klang- und Schwingungsmuster.

Die Frequenz dieser Amplitudenmodulation, bekannt als Schwebungsfrequenz, ist gleich der absoluten Differenz zwischen den beiden Quellfrequenzen.

Schwebungsfrequenz = |Frequenz 1 – Frequenz 2|

Wenn beispielsweise zwei Maschinen Vibrationen mit 29,5 Hz und 30,5 Hz erzeugen, beträgt die resultierende Schwebungsfrequenz |29,5 – 30,5| = 1,0 Hz. Dies bedeutet, dass die Gesamtvibrationsamplitude einmal pro Sekunde steigt und fällt.

Häufige Ursachen für Schläge in Industriemaschinen

Das Vorhandensein einer Schwebungsfrequenz ist ein wertvoller diagnostischer Hinweis, da sie auf das Vorhandensein zweier eng beieinander liegender Antriebsfrequenzen hinweist. Zu den häufigsten Quellen in industriellen Umgebungen gehören:

• Mehrere Maschinen auf einer gemeinsamen Struktur: Das klassischste Beispiel sind zwei Pumpen oder Lüfter mit identischem Design, die auf derselben Plattform oder im selben Rohrleitungssystem laufen. Wenn ihre Betriebsgeschwindigkeiten leicht voneinander abweichen (z. B. 1780 U/min und 1785 U/min), erzeugen sie einen niederfrequenten Takt.
• Elektromotoren: Zwischen der Drehfrequenz des Motors und einer elektrischen Frequenz, beispielsweise der Poldurchgangsfrequenz bei einem Induktionsmotor, kann es zu Schwebungen kommen.
• Mehrstufige Pumpen oder Kompressoren: Interaktion zwischen verschiedenen Phasen, die mit leicht unterschiedlichen effektiven Geschwindigkeiten ablaufen.
• Getriebe: Wechselwirkung zwischen zwei Zahnrädern mit ähnlicher Zähnezahl.
• Hydraulische oder aerodynamische Pulsationen: Interaktion zwischen zwei verschiedenen Quellen strömungsbedingter Turbulenzen.

So identifizieren Sie Schwebungen in Vibrationsdaten

Zeitwellenformanalyse

Die Zeitwellenform ist die direkteste Möglichkeit, Schwebungen zu beobachten. Das Signal zeigt ein klares, sich wiederholendes Muster der Amplitudenmodulation. Die Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Amplitudenspitzen (oder -tälern) entspricht der Periode der Schwebungsfrequenz.

Frequenzspektrumanalyse (FFT)

Im Frequenzspektrum erscheint ein Beat als zwei deutlich erkennbare, sehr nahe beieinander liegende GipfelEine Standard-FFT hat möglicherweise nicht genügend Auflösung, um sie zu trennen, sodass sie als einzelne, breite Spitze erscheinen. Um eine Schwebung richtig zu diagnostizieren, muss der Analytiker eine hochauflösende FFT verwenden (durch Erhöhung der Anzahl der Spektrallinien). Dadurch werden die beiden einzelnen Frequenzkomponenten, die die Schwebung verursachen, klar aufgelöst.

Ist Schlagen ein Problem?

Das Schlagen selbst ist kein Fehler, sondern ein Symptom interagierender Frequenzen. Es kann jedoch problematisch sein:

• Störende Geräusche: Das ansteigende und abfallende Geräusch kann für das Personal auffälliger und störender sein als ein Dauergeräusch.
• Bedenken hinsichtlich der Spitzenamplitude: Die maximale Amplitude während der konstruktiven Interferenzphase kann nahezu doppelt so hoch sein wie die Amplitude der einzelnen Signale. Dieser Spitzenpegel kann die Alarmgrenzen überschreiten oder zu einer übermäßigen Belastung der Komponenten führen, selbst wenn die durchschnittliche Vibration akzeptabel ist.
• Maskierung anderer Probleme: Das schwankende Signal kann es manchmal schwierig machen, andere zugrunde liegende Vibrationsprobleme zu erkennen.

Um einen problematischen Beat zu beheben, müssen normalerweise die beiden Quellfrequenzen identifiziert und versucht werden, entweder die Geschwindigkeit einer der Maschinen zu ändern oder eine Dämpfung einzuführen, um die Amplitudenspitzen abzumildern.

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