Wandler: Die Sensoren der Schwingungsanalyse

Definition: Was ist ein Wandler?

Im Rahmen der Schwingungsanalyse wird ein Wandler ist ein Gerät, das physikalische, mechanische Bewegung (Vibration) in ein proportionales elektrisches Signal umwandelt. Dieses elektrische Signal kann dann von einem Datensammler oder Überwachungssystem verarbeitet, gemessen und analysiert werden. Messumformer sind die primären Sensoren und das erste Glied in der Messkette. Ohne einen zuverlässigen Messumformer ist keine aussagekräftige Analyse möglich. Die Wahl des Messumformers ist eine wichtige Entscheidung, die vom Maschinentyp, seiner Geschwindigkeit und den zu überwachenden Fehlern abhängt.

Die drei Haupttypen von Schwingungsaufnehmern

Bei der Überwachung industrieller Maschinen kommen drei Haupttypen von Wandlern zum Einsatz, die jeweils einen anderen physikalischen Schwingungsparameter messen.

1. Der Beschleunigungsmesser (misst die Beschleunigung)

Die Beschleunigungsmesser ist der mit Abstand am häufigsten verwendete und vielseitigste Schwingungsaufnehmer. Er misst die Beschleunigung der Struktur, auf der er montiert ist.

• Prinzip: Die meisten industriellen Beschleunigungsmesser sind piezoelektrisch und verwenden einen Kristall, der eine Spannung erzeugt, wenn er durch eine innere Masse belastet wird.
• Stärken: Sie verfügen über einen extrem großen Frequenzbereich, sind sehr robust, in vielen verschiedenen Ausführungen erhältlich und können an nahezu allen Maschinentypen eingesetzt werden. Besonders gut eignen sie sich zur Erkennung hochfrequenter Ereignisse.
• Primäre Verwendung: Allgemeine Maschinenüberwachung, von langsam laufenden Maschinen bis hin zu Turbomaschinen mit sehr hoher Geschwindigkeit. Sie sind der ideale Sensor zur Erkennung hochfrequenter Fehler wie Lager- und Getriebedefekte.

2. Der Geschwindigkeitswandler (misst die Geschwindigkeit)

A Geschwindigkeitsaufnehmer ist ein elektrodynamischer Sensor, der die Schwingungsgeschwindigkeit direkt misst.

• Prinzip: Es funktioniert wie ein Mikrofon: Eine Drahtspule schwebt in einem Magnetfeld. Wenn das Gehäuse vibriert, erzeugt die Relativbewegung zwischen Spule und Magnet eine Spannung, die proportional zur Geschwindigkeit ist.
• Stärken: Sie erzeugen ein starkes, rauscharmes Signal im mittleren Frequenzbereich (ca. 10 Hz bis 1.000 Hz), in dem die häufigsten Fehler wie Unwucht und Fehlausrichtung auftreten. Sie benötigen keine externe Stromversorgung.
• Schwächen: Sie sind empfindlicher als Beschleunigungsmesser, haben einen begrenzten Frequenzbereich und reagieren empfindlich auf Magnetfelder und die Einbaulage. Sie wurden weitgehend durch Beschleunigungsmesser ersetzt, die mit elektronischer Integration zur Berechnung der Geschwindigkeit kombiniert werden.
• Primäre Verwendung: Wurde früher zur allgemeinen Maschinenüberwachung verwendet, bevor robuste Beschleunigungssensoren üblich wurden. Wird manchmal immer noch zur permanenten Überwachung im mittleren Frequenzbereich verwendet.

3. Die Näherungssonde (misst die Verschiebung)

Die Näherungssensor (oder Wirbelstromsonde) ist ein berührungsloser Wandler, der die Verschiebung einer rotierenden Welle misst.

• Prinzip: Es verwendet ein elektromagnetisches Feld, um Wirbelströme auf der Wellenoberfläche zu induzieren und zu messen, wodurch es den Abstand zwischen der Sondenspitze und der Welle messen kann.
• Stärken: Es misst die tatsächliche Bewegung der Welle selbst, nicht des Maschinengehäuses. Es arbeitet berührungslos und seine Messung reicht bis hinunter zu 0 Hz (DC), sodass sowohl die durchschnittliche Position der Welle als auch ihre Vibration gemessen werden können.
• Primäre Verwendung: Unverzichtbar für den Schutz und die Überwachung kritischer Hochgeschwindigkeits-Turbomaschinen mit Flüssigkeitsfilmlagern, wie z. B. Turbinen und Kompressoren. Es wird verwendet, um Phänomene wie Wellenbahnen und Mittellinienposition.

Auswahl des richtigen Wandlers

Die Auswahl eines Messumformers ist ein entscheidender Schritt bei der Einrichtung eines Überwachungsprogramms. Als allgemeine Regel gilt, den Messumformer zu wählen, der im Frequenzbereich der erwarteten Fehler am empfindlichsten ist:

• Verwenden Sie Näherungssonden für die Wellenbewegung bei Maschinen mit Flüssigkeitsfilmlagern.
• Verwenden Sie Beschleunigungsaufnehmer für alles andere, da sie am vielseitigsten sind. Das Signal kann zur Analyse mittelfrequenter Fehler in die Geschwindigkeit integriert oder für hochfrequente Fehler direkt als Beschleunigung verwendet werden.

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