Ultraschallanalyse verstehen

1. Definition: Was ist Ultraschallanalyse?

Ultraschallanalyse (oder Luft-/Körperschall) ist eine Zustandsüberwachungstechnologie, bei der auf hochfrequente Geräusche geachtet wird, die weit außerhalb des menschlichen Hörbereichs liegen. Menschen können typischerweise Geräusche bis zu etwa 20 Kilohertz (kHz) wahrnehmen. Ultraschallgeräte sind für die Erkennung von Geräuschen im Bereich von 20 kHz bis 100 kHz ausgelegt.

Diese hochfrequenten Geräusche entstehen durch Reibung, Turbulenzen und Lichtbögen. Ein Ultraschallgerät erkennt diese hochfrequenten Geräusche, wandelt sie in ein hörbares Signal um, das über Kopfhörer hörbar ist, und misst deren Intensität (Amplitude), die in Dezibel (dB) angezeigt wird. Dadurch können Prüfer Probleme „hören“, die sonst völlig unauffällig wären.

2. Funktionsweise: Heterodynierung

Die Kerntechnologie in einem Ultraschallgerät wird genannt ÜberlagerungDabei handelt es sich um einen elektronischen Prozess, der das hochfrequente, unhörbare Ultraschallsignal präzise in ein niederfrequentes Signal im hörbaren Bereich umwandelt, ohne die ursprünglichen Klangeigenschaften zu verändern. Das bedeutet, dass das „Zischen“ eines Druckluftlecks oder das „Knistern“ eines Lichtbogens im Kopfhörer wie ein Zischen oder Knistern klingt, was die Diagnose sehr intuitiv macht.

3. Wichtige Anwendungen in der Instandhaltung

Die Ultraschallanalyse ist eine vielseitige Technologie mit mehreren hochwertigen Anwendungen:

a) Lecksuche

Dies ist die häufigste und wirtschaftlich rentabelste Anwendung. Der turbulente Fluss eines Gases (wie Druckluft, Dampf oder Stickstoff), das aus einem unter Druck stehenden Rohr oder Behälter entweicht, erzeugt eine erhebliche Menge Breitband-Ultraschall.

• Verfahren: Ein Prüfer scannt einen Bereich mit einem tragbaren Ultraschallgerät mit Luftsensor. Das Gerät ist stark gerichtet. Je näher es einem Leck kommt, desto lauter wird das akustische Signal im Kopfhörer und desto höher der dB-Wert auf dem Messgerät.
• Vorteile: Durch das Auffinden und Beheben von Druckluftlecks kann ein Werk jährlich Zehn- oder sogar Hunderttausende von Dollar an verschwendeten Energiekosten einsparen.

b) Elektrische Inspektion

Elektrische Störungen wie Lichtbogenbildung, Kriechstrombildung und Korona in elektrischen Mittel- und Hochspannungsgeräten wird Ultraschall erzeugt.

• Verfahren: Ein Prüfer kann geschlossene Schaltschränke sicher von außen prüfen. Der durch einen Fehler erzeugte Ultraschall entweicht durch Luftspalte in den Schrankdichtungen.
• Vorteile: Dies bietet eine hervorragende, berührungslose Methode zur Erkennung schwerwiegender elektrischer Fehler, bevor sie zu einem Lichtbogen führen, und erhöht so die Anlagensicherheit. Es ist auch ein hervorragendes Screening-Tool, das vor dem Öffnen eines Panels zur Durchführung von Thermografie.

c) Mechanische Inspektion (zustandsabhängige Schmierung)

Ultraschall ist auch äußerst effektiv bei der Beurteilung des Zustands von Wälzlagern und bei der Steuerung von Schmierverfahren.

• Verfahren: Ein Kontakt-Ultraschallsensor wird auf einem Lagergehäuse platziert.
• Interpretation:
  • Ein intaktes, gut geschmiertes Lager erzeugt ein leises, gleichmäßiges „Zischen“.
  • Ein Lager, das geschmiert werden muss, weist einen höheren dB-Wert auf. Ein Techniker kann dann langsam Fett auftragen und aufhören, sobald der dB-Wert zu sinken beginnt. So wird eine Überschmierung vermieden.
  • Ein Lager mit einem Defekt (z. B. einem Abplatzer) erzeugt ein wiederholtes „Knistern“ oder „Knallen“, wenn die Wälzkörper auf den Fehler treffen. Dies ist eine sehr frühzeitige Warnung vor einem Lagerausfall.

4. Ultraschall vs. Schwingungsanalyse

Bei der Lageranalyse ergänzen sich Ultraschall und Vibration. Ultraschall eignet sich oft besser zur Erkennung von Ausfällen im Frühstadium (Stadium 1) und Schmierproblemen. Die Vibrationsanalyse ermöglicht eine genauere Diagnose der Ursache eines späteren Fehlers (z. B. zur Unterscheidung eines Außenring- von einem Innenringfehler), sobald dieser im Vibrationsspektrum sichtbar wird.

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