Spitzen- vs. Spitzen-Spitzen-Amplitude in der Schwingungsanalyse
Definition: Unterscheidung zwischen Peak und Peak-to-Peak
Spitze (Pk) und Spitze-Spitze (Pk-Pk) sind zwei der wichtigsten Methoden zur Quantifizierung der Amplitude bzw. Stärke eines Vibrationssignals. Obwohl sie eng miteinander verwandt sind, messen sie unterschiedliche Aspekte der Wellenform und werden für unterschiedliche Diagnosezwecke verwendet.
Spitzenamplitude (Pk)
Der Spitzenwert stellt die maximale Abweichung der Wellenform von ihrer Null- oder Gleichgewichtsposition in eine Richtung (positiv oder negativ) dar. Er erfasst den intensivsten Moment des Schwingungszyklus. Bei einer symmetrischen Wellenform sind die positiven und negativen Spitzenwerte identisch.
Spitze-Spitze-Amplitude (Pk-Pk)
Der Spitze-Spitze-Wert ist die Gesamtdistanz bzw. -verschiebung, gemessen vom maximalen positiven bis zum maximalen negativen Spitzenwert der Wellenform. Er stellt den vollen Bewegungsbereich bzw. die Gesamtauslenkung der vibrierenden Komponente während eines Zyklus dar.
Bei einer einfachen, symmetrischen Sinuswelle ist die Beziehung unkompliziert:
Spitze-Spitze = 2 × Spitze
Für die komplexen Wellenformen in echten Maschinen gilt diese einfache Beziehung jedoch möglicherweise nicht, wenn das Signal nicht symmetrisch um die Nulllinie ist.
Wann wird die Peak-Messung (Pk) verwendet?
Die Spitzenamplitude ist besonders nützlich, um das Ausmaß kurzzeitiger, energiereicher Ereignisse oder Stöße zu bestimmen. Sie ist ein Maß für die maximale Belastung oder Kraft, die auf ein Bauteil einwirkt. Daher sind Spitzenmessungen besonders wertvoll für:
- Auswirkungen erkennen: Ein gerissener Zahnradzahn, ein schwerer Lagerdefekt oder lose Teile erzeugen heftige Stöße, die hohe Spitzenwerte in der Zeitwellenform verursachen.
- Stressbeurteilung: Da die Spannung häufig mit der maximalen Auslenkung zusammenhängt, kann der Spitzenwert ein besserer Indikator für ein mögliches Ermüdungsversagen sein als ein Durchschnittswert wie RMS.
- Schutzalarme einstellen: Bei manchen Maschinen können zum Schutz vor plötzlichen, schädlichen Ereignissen Alarme für Spitzenwerte eingestellt werden.
Bei der Analyse von Beschleunigungssignalen werden typischerweise Spitzenwerte verwendet, da diese die Impulskräfte innerhalb der Maschine hervorheben.
Wann wird die Peak-to-Peak-Messung (Pk-Pk) verwendet?
Die Peak-to-Peak-Amplitude ist die Messung der Wahl, wenn es vor allem um die Gesamthubraum bzw. Weg einer Komponente. Seine wichtigste Anwendung ist:
- Clearance-Analyse: Mit der Pk-Pk-Verschiebung lässt sich feststellen, ob sich eine rotierende Welle ausreichend bewegt, um mit stationären Teilen wie Lagergehäusen oder Dichtungen in Kontakt zu kommen. Sie liefert ein direktes Maß für den physischen Raum, den das vibrierende Teil einnimmt.
- Wellenschwingungsüberwachung: Bei kritischen Turbomaschinen, die mit Näherungssensoren überwacht werden, werden Schwingungsgrenzwerte und Alarme fast immer in der Peak-to-Peak-Verschiebung angegeben (z. B. in Mil oder Mikrometer).
- Analyse von Maschinen mit niedriger Geschwindigkeit: Bei sehr langsam laufenden Maschinen ist die Gesamtbewegung der Komponenten oft der kritischste Gesundheitsindikator.
Vergleich mit RMS
Es ist wichtig, diese Messungen mit den RMS (quadratischer Mittelwert) Wert, der den Gesamtenergiegehalt der Schwingung misst.
- Effektivwert eignet sich am besten zur Trendanalyse des Gesamtzustands einer Maschine und entspricht den internationalen Normen für die Vibrationsstärke.
- Gipfel eignet sich am besten zum Erkennen impulsiver Ereignisse und zum Bewerten maximaler Belastungen.
- Spitze-Spitze eignet sich am besten zur Bewertung der Gesamtbewegung und der Abstände.
Eine umfassende Analyse erfordert oft die Betrachtung aller drei Parameter. Das Verhältnis von Spitzenwert zu Effektivwert, bekannt als Crest-Faktorist selbst ein aussagekräftiger Diagnoseindikator. Ein hoher Crest-Faktor weist auf das Vorhandensein scharfer Stöße im Signal hin, selbst wenn die Gesamtenergie (RMS) niedrig ist, was häufig auf Lager- oder Getriebefehler im Frühstadium hindeutet.
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