Grundlegendes zur Phase in der Schwingungsanalyse

Definition: Was ist die Schwingungsphase?

Phase ist eine Messung, die die zeitliche Beziehung zwischen zwei Signalen beschreibt, oder, häufiger, die zeitliche Beziehung eines Schwingungssignals relativ zu einem bestimmten Referenzpunkt auf einer rotierenden Welle. Sie gibt an, wo die Schwingung im Verhältnis zur Rotation der Welle auftritt. Die Phase wird üblicherweise in Grad gemessen, von 0° bis 360°, was einer vollen Umdrehung der Welle entspricht.

Während die Amplitude angibt, „wie stark“ eine Maschine vibriert, und die Frequenz angibt, „wie schnell“, gibt die Phase an, „wie sie sich bewegt“. Dies macht die Phase zu einem leistungsstarken Werkzeug zur Unterscheidung zwischen verschiedenen Fehlern, die bei derselben Frequenz auftreten können.

Wie wird die Phase gemessen?

Zur Messung der Phase werden zwei Signale benötigt:

1. Ein Vibrationssignal: Dies ist das Primärsignal eines Beschleunigungsmessers oder Näherungssensors, der die Vibration der Maschine misst.
2. Ein Referenzsignal: Dies ist ein Zeitimpuls pro Umdrehung, der von einem DrehzahlmesserDer Drehzahlmesser wird auf ein reflektierendes Stück Klebeband oder eine Keilnut auf der Welle gerichtet und erzeugt jedes Mal einen präzisen Impuls, wenn die Referenzmarkierung den Sensor passiert.

Der Schwingungsanalysator misst dann die Zeitverzögerung zwischen dem Tachometerimpuls und der ersten positiven Spitze des Schwingungssignals bei einer bestimmten Frequenz (normalerweise der einfachen Laufgeschwindigkeit). Er wandelt diese Zeitverzögerung in einen Winkel um, der den Phasenwert darstellt. Ein Phasenwert von 90° bedeutet, dass die Schwingungsspitze eine Viertelumdrehung nach dem Passieren der Referenzmarke am Tachometer auftritt.

Die diagnostische Kraft der Phasenanalyse

Die Phase ist nicht nur eine Zahl; sie liefert wichtige Informationen über den Bewegungscharakter. Durch die Messung der Phasenlage an verschiedenen Stellen einer Maschine kann ein Analytiker bestimmte Diagnosen bestätigen oder ausschließen.

Unwucht bestätigen

Ein klassischer Fall einer einfachen Unwucht zeigt ähnliche Phasenwerte (typischerweise innerhalb von ±30°), wenn in der gleichen radialen Richtung (z. B. horizontal) an beiden Lagern eines Rotors gemessen wird. Dies weist darauf hin, dass sich der gesamte Rotor gemeinsam bewegt und gleichzeitig von der schweren Stelle in die gleiche Richtung „gezogen“ wird.

Diagnose einer Fehlausrichtung

Die Phase ist eine der sichersten Methoden zur Diagnose von Wellenfehlstellungen. Bei axialen Phasenmessungen auf beiden Seiten einer Kupplung wird ein 180° Phasenverschiebung (±30°) ist ein typischer Indikator für Winkelfehlstellungen. Dieser Wert zeigt, dass sich eine Welle nach innen bewegt (positive Axialbewegung), während sich die andere Welle nach außen bewegt (negative Axialbewegung), ein klares Zeichen für eine Schwenkbewegung an der Kupplung.

Unwucht von einer verbogenen Welle unterscheiden

Sowohl Unwucht als auch eine verbogene Welle können hohe Vibrationen (1x U/min) verursachen. Eine Phasenanalyse kann sie unterscheiden. Durch axiale Phasenmessung an beiden Enden derselben Motor- oder Pumpenwelle zeigt eine Phasendifferenz von 180° an, dass die Welle verbogen ist. Die Enden bewegen sich in entgegengesetzte Richtungen, während sich der „Bogen“ dreht.

Erkennen von strukturellen Lockerheiten oder Rissen im Fundament

Wenn die Phasenwerte unregelmäßig, instabil oder nicht wiederholbar sind, deutet dies oft auf mechanische Lockerheit hin. Ändern sich die Phasenwerte beim Vergleich des Maschinenfußes mit der Grundplatte deutlich, deutet dies auf einen losen Ankerbolzen oder ein gerissenes Fundament hin.

Resonanz bestätigen

Wenn die Drehzahl einer Maschine eine Resonanz (eine kritische Drehzahl) durchläuft, erfährt die Phase der 1x-Schwingung genau am Resonanzgipfel eine charakteristische 90°-Verschiebung und beim Durchlaufen des gesamten Resonanzbereichs eine volle 180°-Verschiebung. Dies ist eine eindeutige Methode, um einen Resonanzzustand zu bestätigen.

Ein wichtiges Werkzeug zum Ausgleichen

Phase ist auch unverzichtbar für RotorauswuchtungDie Phasenanzeige gibt direkt die Winkelposition des „schweren Punktes“ auf dem Rotor im Verhältnis zur Referenzmarkierung an. Dadurch weiß der Techniker genau, wo er das Korrekturgewicht platzieren muss, um die Unwucht auszugleichen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass ein Schwingungsanalytiker ohne Phasenmessung nur mit einem Teil des Gesamtbildes arbeitet. Die Phasenanalyse liefert den entscheidenden Kontext zur Bewegung einer Maschine und ermöglicht so eine deutlich höhere Diagnosesicherheit.

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