RMS (Root Mean Square): Der Standard für die Schwingungsstärke

Definition: Was ist RMS?

Effektivwert, oder Quadratischer Mittelwertist eine statistische Methode zur Messung der Stärke eines veränderlichen Signals, beispielsweise einer Wechselspannung oder einer mechanischen Schwingung. Sie ist die am weitesten verbreitete und wichtigste Messung zur Beurteilung des Gesamtzustands einer rotierenden Maschine. Der Effektivwert eines Schwingungssignals ist ein Maß für dessen Gesamtenergiegehalt und steht in direktem Zusammenhang mit der Zerstörungskraft der Schwingung.

Mathematisch wird es berechnet, indem die Quadratwurzel des Mittelwerts (oder Durchschnitts) der quadrierten Werte des Signals über einen bestimmten Zeitraum gezogen wird. Dieses Verfahren liefert ein Ergebnis, das dem Gleichstromwert entspricht, der die gleiche Menge an Wärme oder Strom erzeugen würde.

Warum ist RMS die bevorzugte Messung für den Maschinenzustand?

Während Spitzen- und Spitze-Spitze-Werte für spezifische Diagnosen nützlich sind, ist RMS aus mehreren wichtigen Gründen der bessere Parameter für die Trendanalyse des Gesamtzustands einer Maschine:

• Steht in direktem Zusammenhang mit Energie: Die zerstörerische Kraft von Vibrationen über einen längeren Zeitraum hängt von ihrem Energiegehalt ab, nicht nur von ihren maximalen Spitzen. RMS ist die einzige Messung, die diese Gesamtenergie genau widerspiegelt. Deshalb korreliert es gut mit der Ermüdung und dem Verschleiß von Komponenten.
• Berücksichtigt die gesamte Wellenform: Im Gegensatz zur Spitzenwertmessung, bei der nur ein einzelner Punkt erfasst wird, berücksichtigt der RMS-Wert den gesamten Signalverlauf während des Messzeitraums. Dies macht die Messung wesentlich stabiler, wiederholbarer und robuster.
• Weniger empfindlich gegenüber zufälligen Einflüssen: Ein einzelner, sich nicht wiederholender Stoß oder Aufprall kann einen starken Anstieg des Spitzenwerts verursachen, der einen Fehlalarm auslösen kann. Der RMS-Wert ist ein Durchschnittswert, der von solchen zufälligen Ereignissen deutlich weniger beeinflusst wird und ein besserer Indikator für den Dauerbetriebszustand der Maschine ist.
• Die Grundlage für internationale Standards: Globale Standards für die Schwingungsstärke von Maschinen, wie zum Beispiel die ISO 20816 und 10816-Serie, spezifizieren Sie ihre Alarm- und Abschaltgrenzen in Bezug auf RMS-Geschwindigkeit (mm/s). Die Verwendung von RMS ermöglicht einen direkten Vergleich des Zustands einer Maschine mit diesen allgemein anerkannten Branchen-Benchmarks.

Die Beziehung zwischen RMS und Peak

Für eine perfekte, saubere Sinuswelle besteht eine einfache mathematische Beziehung zwischen RMS und Spitzenamplitude:

RMS = Spitze / √2 ≈ 0,707 × Spitze

Diese Beziehung gilt jedoch nur für eine reine Sinuswelle. Maschinenschwingungen in der Praxis sind komplex und enthalten viele Frequenzen und manchmal auch Impulse. Für diese komplexen Signale ist der einfache Umrechnungsfaktor nicht anwendbar. Das Verhältnis von Spitzenwert zu Effektivwert wird als Crest-FaktorEin hoher Crest-Faktor (größer als 3) ist ein Indikator dafür, dass das Signal Stöße enthält, was an sich schon ein wertvoller diagnostischer Hinweis ist.

RMS von was? Geschwindigkeit, Beschleunigung oder Verschiebung?

RMS kann auf jeden Messparameter angewendet werden. Für die allgemeine Maschinenzustandsüberwachung im gängigsten Frequenzbereich (ca. 10 Hz bis 1.000 Hz) RMS-Geschwindigkeit ist der Industriestandard. Dies liegt daran, dass:

• Ein bestimmter RMS-Geschwindigkeitswert entspricht einem gleichbleibenden Schwingungsstärkenniveau über einen breiten Bereich von Maschinengeschwindigkeiten und -typen hinweg.
• Es bietet die „flachste“ Reaktion, d. h. es reagiert gleichermaßen empfindlich auf Probleme wie Unwucht bei niedrigen Frequenzen und Lagerprobleme bei höheren Frequenzen.

Während die RMS-Geschwindigkeit der Standard für allgemeine Alarme ist, berücksichtigen Analysten bei Hochfrequenzproblemen auch die RMS-Beschleunigung und bei sehr niederfrequenten Problemen die RMS-Verschiebung.

So verwenden Sie RMS in einem Predictive-Maintenance-Programm

1. Legen Sie eine Basislinie fest: Messen Sie die RMS-Geschwindigkeit auf einer neuen oder intakten Maschine, um einen Basiswert festzulegen.
2. Trend der Daten: Nehmen Sie regelmäßige Messungen vor (z. B. monatlich) und stellen Sie die RMS-Werte im Zeitverlauf dar.
3. Alarme einstellen: Legen Sie die Alarmstufen „Alarm“ und „Gefahr“ basierend auf ISO-Standards oder einer statistischen Änderung vom Basiswert fest (z. B. Alarm bei 2x Basiswert, Gefahr bei 5x Basiswert).
4. Änderungen analysieren: Wenn ein RMS-Alarm ausgelöst wird, signalisiert dies, dass eine detailliertere Analyse (mithilfe von FFT, Phase usw.) erforderlich ist, um die spezifische Grundursache des Problems zu diagnostizieren.

Durch die kontinuierliche Trendanalyse der RMS-Vibration kann ein Wartungsprogramm den Maschinenzustand effektiv überwachen und von einer reaktiven zu einer vorausschauenden Wartungsstrategie übergehen.

← Zurück zum Hauptindex