Schwingungsanalyse — Spektrumdiagnostik Führung
From FFT fundamentals to fault diagnosis: learn to read vibration spectra, calculate bearing defect frequencies, assess severity per ISO 10816, and diagnose unbalance, misalignment, looseness, bearing and gear defects — with interactive tools and the Balanset-1A.
Interaktive Diagnoserechner
Wesentliche Werkzeuge für die Schwingungsanalyse – Lagerfehlerfrequenzen, Zahnradeingriffsfrequenz, Schweregradbewertung und Einheitenumrechnung
Fehleridentifizierung auf einen Blick
Jeder mechanische Fehler erzeugt einen charakteristischen "Fingerabdruck" im Schwingungsspektrum.
| Fehler | Primärfrequenz | Obertöne | Richtung | Phasenverhalten | Hauptunterscheidungsmerkmal |
|---|---|---|---|---|---|
| Statische Unwucht | 1× | Niedrig / keine | Radial (H, V) | Phasengleiche Lager | Reine 1× Sinuskurve. Amplitude ∝ ω². |
| Dynamische Unwucht | 1× | Niedrig / keine | Radial (H, V) | ~180° zwischen den Lagern | 1× dominant, Lager phasenverschoben (Koppel). |
| Parallele Fehlausrichtung | 2× (≥ 1×) | 1×, 3× | Radial | 180° über die Kupplung | 2× oft > 1×. Hohe radiale Schwingung an der Kupplung. |
| Winkelfehlstellung | 1×, 2× | 3× | axial dominierend | 180° über die Kupplung (axial) | Hohe axiale Schwingung. Axial ≥ 50% radial. |
| Bauteillockerung | 1×, 2×… 10×+ | Viele (~10×) | Radial | Unberechenbar | "Wald" von Harmonischen. Mögliche 0,5×-Unterharmonische. |
| Strukturelle Lockerheit | 1× oder 2× | Wenige über 2× | Vertikal | Instabil | Starke Vertikalschwingung. Reagiert auf die Bolzenprüfung. |
| Außenlaufring (BPFO) | BPFO, 2×BPFO... | Mehrere BPFO | Radial | N / A | Nicht-synchron. Keine 1×-Seitenbänder. |
| Innenring (BPFI) | BPFI, 2×BPFI... | Mehrere BPFI | Radial | Moduliert mit 1× | BPFI-Harmonische mit ±1× Seitenbändern. |
| Wälzkörper (BSF) | BSF, 2×BSF... | Mehrere BSF | Radial | N / A | 2×BSF oft > 1×BSF. Nicht synchron. |
| Käfig (FTF) | FTF ≈ 0,4× | 2,3-fach FTF | Radial | N / A | Subsynchron (< 1×). |
| Zahnradeingriff | GMF = N × 1 × | 2,3× GMF | Radial + axial | Moduliert mit 1× | GMF mit Seitenbändern. N = Zähne. |
| Elektrisch (Motor) | 2× Netzfrequenz | — | Radial | Abfall beim Ausschalten | 100/120 Hz. Sofortiger Falltest. |
Interaktive FFT-Spektrum-Demonstration – 16 Fehlerszenarien
Wählen Sie einen Fehlertyp aus, um die charakteristische Zeitwellenform und das Frequenzspektrum anzuzeigen. Vergleichen Sie die Muster, um die Ursache zu ermitteln.
Zeitbereich (Wellenform)
Frequenzspektrum (FFT)
Was ist Schwingungsanalyse?
Schwingungsanalyse Die Diagnose mechanischer Schwingungen rotierender Maschinen erfolgt durch Messung und Interpretation dieser Schwingungen, um Fehler ohne Demontage zu diagnostizieren. FFT (Schnelle Fourier-Transformation) wird das komplexe Schwingungssignal in einzelne Frequenzkomponenten zerlegt. Jeder Fehler erzeugt einen charakteristischen spektralen "Fingerabdruck": Unwucht bei 1× Drehzahl, Fehlausrichtung bei 2×, Lockerung als Vielfache von Harmonischen, Lagerfehler bei nicht-synchronen Frequenzen. Balanset-1A Führt sowohl Auswuchten als auch Spektrumanalyse in einem tragbaren Gerät durch.
Jede rotierende Maschine vibriert. Bei einer intakten Maschine sind die Vibrationen gering und stabil – ihre normale Betriebssignatur. Mit zunehmenden Defekten verändern sich die Vibrationen auf vorhersehbare Weise. Durch Messung und Analyse dieser Veränderungen können wir die Ursache ermitteln, Ausfälle vorhersagen und Wartungsarbeiten planen, bevor es zu einem Totalausfall kommt. Dies ist die Grundlage für vorausschauende Wartung.
FFT: Der Kern der Spektralanalyse
Ein Vibrationssensor (Beschleunigungsmesser) wandelt mechanische Schwingungen in ein elektrisches Signal um. Im Zeitverlauf dargestellt, ergibt sich daraus die... Wellenform — eine komplexe, scheinbar chaotische Kurve, wenn mehrere Fehler vorhanden sind. Die FFT (Schnelle Fourier-Transformation) zerlegt dieses komplexe Signal in einzelne sinusförmige Komponenten, von denen jede ihre eigene Frequenz und Amplitude besitzt.
Man kann sich die FFT wie ein Prisma vorstellen, das weißes Licht in seine Spektralfarben zerlegt. Die komplexe Wellenform ist das "weiße Licht" – die FFT legt die darin verborgenen einzelnen "Farben" (Frequenzen) offen. Das Ergebnis ist die Schwingungsspektrum — das primäre Diagnoseinstrument.
Wichtige Spektrumparameter
- Frequenz (X-Achse, Hz): Wie häufig Schwingungen auftreten. Direkt mit der Quelle verknüpft. 1× = Wellendrehzahl. 2× = doppelte Wellendrehzahl.
- Amplitude (Y-Achse, mm/s RMS): Vibrationsintensität bei jeder Frequenz. Höhere Spitzenwerte bedeuten mehr Energie und damit einen schwerwiegenderen Zustand.
- Obertöne: Ganzzahlige Vielfache der Grundfrequenz: 2× (2.), 3× (3.), 4× usw. Ihr Vorhandensein und ihre relative Höhe liefern diagnostische Informationen.
- Phase (°): Zeitliche Beziehung an verschiedenen Messpunkten. Wesentlich für die Unterscheidung von Unwucht (phasengleich) und Fehlausrichtung (180°).
Einheiten zur Schwingungsmessung: Auslenkung, Geschwindigkeit, Beschleunigung
Schwingungen lassen sich anhand dreier verschiedener physikalischer Parameter messen. Jeder Parameter betont unterschiedliche Frequenzbereiche und eignet sich daher für verschiedene Diagnoseaufgaben. Für eine effektive Analyse ist es grundlegend zu wissen, wann welcher Parameter anzuwenden ist.
📏 Verschiebung
Misst, wie weit Die Oberfläche bewegt sich. Betont niedrige Frequenzen – ideal für langsam laufende Maschinen, Wellenbahnanalyse und Näherungssensoren an Gleitlagern. 1 mil = 25,4 µm.
📈 Geschwindigkeit
Misst, wie schnell Die Oberfläche bewegt sich. Standardparameter zur allgemeinen Maschinenüberwachung gemäß ISO 10816. Der flache Frequenzgang gewichtet die meisten Fehlertypen gleich. Balanset-1A misst in mm/s RMS.
💥 Beschleunigung
Misst die Gewalt Schwingungsanalyse. Betont hohe Frequenzen – ideal für die Früherkennung von Lagerschäden, Zahnradeingriffen und Stößen. 1 g = 9,81 m/s². Wird für die Hüllkurven-/Demodulationsanalyse verwendet.
| Parameter | Einheit | Frequenzbereich | Am besten geeignet für | Normen |
|---|---|---|---|---|
| Verschiebung | µm Spitze-Spitze | 1-100 Hz | Langsame Maschinen (< 600 U/min), Wellenbahn, Näherungssensoren, Gleitlager | ISO 7919 (Wellenschwingungen) |
| Geschwindigkeit | mm/s (Effektivwert) | 10-1000 Hz | Allgemeine Maschinenüberwachung — Unwucht, Fehlausrichtung, Lockerheit. Standardparameter. | ISO 10816, ISO 20816 |
| Beschleunigung | g oder m/s² RMS | 500 Hz – 20 kHz | Frühe Lagerdefekte, Zahneingriff, Stöße, Hochgeschwindigkeitsmaschinen | ISO 15242 (Lagerschwingungen) |
Wenn Sie nur einen Sensor und einen Parameter zur Auswahl haben – Geschwindigkeit auswählen (mm/s RMS). Es deckt das breiteste Spektrum gängiger Fehler mit flacher Kennlinie ab. Das Balanset-1A nutzt dies als Standardparameter. Eine Beschleunigungsmessung ist nur dann erforderlich, wenn Lager- oder Getriebefehler im Frühstadium bei hohen Frequenzen erkannt werden müssen.
Messtechnik mit Balanset-1A
Sensorplatzierung
Die Qualität der Diagnose hängt vollständig von der Messqualität ab. Schwingungskräfte werden über die Lager übertragen, daher müssen die Sensoren an den Lagergehäusen montiert werden – so nah wie möglich am Lager, an der tragenden Struktur (nicht an Abdeckungen oder Kühlrippen).
- Oberflächenvorbereitung: Sauber, eben und frei von Farbsplittern. Der Magnetfuß muss bündig aufliegen.
- Radial horizontal (H): Senkrecht zur Welle, horizontale Ebene. Oft die höchste Amplitude.
- Radial vertikal (V): Senkrecht zur Welle, vertikale Ebene.
- Axial (A): Parallel zur Welle. Entscheidend für die Erkennung von Fehlausrichtungen.
Der Balanset-1A verfügt über 2 Kanäle. Zur Diagnose montieren Sie beide Sensoren auf dem Dasselbe Lager – eines radial, eines axial. Dies liefert simultane radiale und axiale Spektren und ermöglicht so die sofortige Erkennung von Fehlausrichtungen.
Balanset-1A-Modi für die Diagnose
- F1 — Spektrumanalysator: Vollständige FFT-Anzeige. Der primäre Diagnosemodus.
- F5 — Vibrometer: Schnelle Beurteilung. Vergleichen Sie V1s (gesamter Effektivwert) mit V1o (1×). Wenn V1s ≈ V1o → Unwucht. Wenn V1s ≫ V1o → andere Fehler.
- F8 — Diagramme: Detailliertes Spektrum + Zeitverlauf. Am besten geeignet für Harmonischenmuster und Lagerfrequenzen.
Vergleichen Sie vor dem Auswuchten V1s mit V1o. Wenn V1s ≫ V1o (z. B. 8 mm/s gegenüber 2 mm/s) ist, stammen die meisten Vibrationen NICHT von einer Unwucht. Auswuchten allein löst das Problem nicht – untersuchen Sie das gesamte Frequenzspektrum.
Phasenanalyse – Das diagnostische Unterscheidungsmerkmal
Die Frequenz sagt Ihnen was schwingt; die Phase gibt an, Wie. Zwei Fehler können identische Spektren erzeugen (beide werden von 1× dominiert) – nur die Phasenanalyse ermöglicht die Unterscheidung. Die Phase ist die Winkelbeziehung zwischen den Schwingungen an verschiedenen Messpunkten und wird in Grad (0°–360°) gemessen.
| Phasenbeziehung | Messpunkte | Diagnose | Erläuterung |
|---|---|---|---|
| 0° (phasengleich) | Lager 1 ↔ Lager 2 (radial) | Statische Unwucht | Beide Lager bewegen sich synchron – ein einziger Schwerpunkt in der Rotormitte. Einebenen-Korrektur. |
| ~180° (gegenphasig) | Lager 1 ↔ Lager 2 (radial) | Dynamische (Paar-)Unwucht | Die Lager wackeln gegeneinander – zwei schwere Stellen in unterschiedlichen Ebenen erzeugen ein wackelndes Paar. Eine Korrektur in zwei Ebenen ist erforderlich. |
| ~90° | Horizontal ↔ Vertikal (dasselbe Lager) | Unwucht (jeglicher Art) | Typisch für Unwucht – der Kraftvektor dreht sich mit der Welle und erzeugt so einen Winkel von ca. 90° zwischen H und V am selben Punkt. |
| ~180° | Querkopplung (radial) | Parallele Fehlausrichtung | Kupplungskräfte drücken die Wellen in entgegengesetzte radiale Richtungen auseinander. 180° versetzt zur Kupplung mit hohem 2×-Anteil ist das typische Merkmal. |
| ~180° | Querkopplung (axial) | Winkelfehlstellung | Die Wellen drücken/ziehen abwechselnd axial. Ein axialer 180°-Phasenversatz über die Kupplung mit hohen 1×- und 2×-Amplituden ist eindeutig. |
| 0° | Querkopplung (axial) | Keine Fehlausrichtung | Beide Seiten bewegen sich in die gleiche axiale Richtung – wahrscheinlich thermische Ausdehnung, Rohrzugspannung oder weicher Fuß. Keine Winkelabweichung. |
| Unbeständig / instabil | Gibt es irgendwelche übereinstimmenden Punkte? | Mechanische Lose | Die Phasenmesswerte springen zwischen den Messungen zufällig – charakteristisch für Stöße in lockeren Verbindungen. Instabile Phase = Lockerung. |
| Langsam treibend | Zu jedem Zeitpunkt, im Laufe der Zeit | Resonanz- oder thermische Effekte | Die allmähliche Phasenverschiebung während der Aufwärmphase deutet darauf hin, dass sich die strukturelle Steifigkeit mit der Temperatur ändert (thermische Fehlausrichtung). |
| Konstant, nicht 0/180° | Lager 1 ↔ Lager 2 | Kombinierte statische + Momentenunwucht | Eine Phase zwischen 0° und 180° deutet auf eine Mischung aus statischen und Paar-Komponenten hin – erfordert eine Zweiebenen-Auswuchtung. |
Das Balanset-1A zeigt die Phase bei 1× (dem F1-Wert im Vibrometermodus) an, wobei der Drehzahlmesser als Referenz dient. Um die Phase zweier Lager zu vergleichen, messen Sie jedes Lager in derselben Richtung (z. B. horizontal) mit dem Drehzahlmesser am selben Referenzpunkt. Die Differenz der Phasenmesswerte gibt Aufschluss über die Fehlerart. Es ist keine spezielle Software erforderlich – subtrahieren Sie einfach die beiden Messwerte.
Fehler 1: Unwucht
Ursache: Schwerpunktverlagerung von der Rotationsachse. Fertigungstoleranzen, Ablagerungen, Erosion, abgebrochene Schaufel, Gewichtsverlust.
Spektrum: Dominantes Maximum bei exakt 1 × U/min. Sehr geringe Oberschwingungen. Radiale Schwingung. Amplitude steigt quadratisch mit der Drehzahl². Phase ist stabil und reproduzierbar.
Statische Unwucht (Einzelebene)
Reiner 1×-Spitzenwert, sinusförmige Wellenform. Beide Lager in Phase. Ein-Ebenen-Korrektur.
Dynamische Unwucht (Zwei-Ebenen / Paar)
Ebenfalls 1× dominant, aber die Lager sind um ca. 180° phasenverschoben. Eine Korrektur in zwei Ebenen ist erforderlich.
Aktion: Ausführen Rotorauswuchtung mit dem Balanset-1A. G-Klasse Toleranz pro ISO 1940-1.
Fehler 2: Wellenfehlausrichtung
Ursache: Die Achsen gekoppelter Wellen fallen nicht zusammen. Sie können parallel (versetzt) oder winklig (geneigt) verlaufen, üblicherweise beides.
Parallele Fehlausrichtung (radial)
Hohe 1×- und 2×-Werte in radialer Richtung. 2× oft ≥ 1×. 180°-Phasenverschiebung über die Kopplungsstelle.
Winkelabweichung — Radial
1× und 2× sind radial vorhanden, wobei 2× typischerweise überwiegt.
Winkelabweichung — Axial
Axiale Schwingung ≥ 50% der radialen. 180° Phasenverschiebung über die Kupplung in axialer Richtung. Dies ist das entscheidende Unterscheidungsmerkmal.
Aktion: Auswuchten hilft NICHT. Maschine anhalten und Wellenausrichtung durchführen. Vibration anschließend erneut prüfen.
Fehler 3: Mechanische Lose
Ursache: Verlust der strukturellen Steifigkeit – lockere Bolzen, Risse im Fundament, verschlissene Lagersitze, übermäßige Spaltmaße.
Bauteillockerung
"Wald" von Harmonischen – 1×, 2×, 3×, 4×… bis 10×+ mit abnehmender Amplitude. Es können 0,5×-Unterharmonische auftreten.
Strukturelle Lockerung
1× und/oder 2× dominant. Wenige höhere Harmonische. Starke vertikale Schwingung.
Aktion: Befestigungsschrauben prüfen und gegebenenfalls festziehen. Fundament prüfen. Immer auf Lockerheit prüfen. vor Ausgleich.
Fehler 4: Wälzlagerdefekte
Ursache: Lochfraß, Abplatzungen, Verschleiß an Laufbahnen, Wälzkörpern oder Käfig.
BPFI = (n/2)(1 + Bd/Pd·cos α) · fs
BSF = (Pd/2Bd)(1 − (Bd/Pd·cos α)²) · fs
FTF = ½(1 − Bd/Pd·cos α) · fs
Außenringdefekt (BPFO)
Eine Reihe von Spitzen bei BPFO, 2×BPFO, 3×BPFO… Keine 1×-Seitenbänder (stationärer Ring). Häufigster Lagerfehler.
Innenringdefekt (BPFI)
BPFI-Harmonische mit ±1× Seitenbändern (rotierender Ring, Lastzonenmodulation). Das Seitenbandmuster ist das wichtigste Identifikationsmerkmal.
Wälzkörperdefekt (BSF)
BSF-Oberschwingungen. 2×BSF oft dominant. Nicht synchron. Häufig in Verbindung mit Laufbahnschäden.
Käfigdefekt (FTF)
Subsynchrone Spitzen (FTF ≈ 0,4 × Wellendrehzahl). Niedrige Frequenz. Treten häufig in Verbindung mit anderen Lagerschäden auf.
Phase 1 — Unteroberflächenschäden: Ultraschallbereich (> 5 kHz). Nicht sichtbar in der Standard-FFT. Erkennbar durch Impulsenergie/Hüllkurve.
Stadium 2 – Früher Defekt: Lagerfrequenzen werden angezeigt (BPFO, BPFI). Geringe Amplitude. Hier beginnt die Detektion durch Balanset-1A.
Stufe 3 — Fortgeschritten: Mehrere Harmonische. Seitenbänder entstehen. Der Rauschpegel steigt.
Stufe 4 — Fortgeschritten: Breitbandiges Rauschen. Lagerfrequenzen können im Rauschen untergehen. Austausch dringend erforderlich.
Hüllkurvenanalyse (Demodulation) – Frühzeitige Lagerschadenerkennung
Die Standard-FFT-Spektralanalyse erkennt Lagerdefekte ab Stufe 2. In Stufe 1 sind die Lagereinwirkungen jedoch zu schwach, um über dem Rauschpegel erkennbar zu sein. Hüllkurvenanalyse (auch Demodulation oder Hochfrequenzdetektion, HFD genannt) erweitert die Detektion auf viel frühere Stadien.
Wie es funktioniert
Wenn ein Wälzkörper auf einen Defekt trifft, erzeugt er einen kurzen Stoßimpuls, der hochfrequente Strukturresonanzen (typischerweise 5–20 kHz) anregt. Diese Resonanzen schwingen bei jedem Stoß kurz mit. Die Hüllkurvenanalyse erfolgt in drei Schritten:
- Bandpassfilter: Isolieren Sie das Hochfrequenz-Resonanzband (z. B. 5–15 kHz), in dem die Stöße ausklingen.
- Gleichrichten und Hüllkurve: Extrahieren Sie das Amplitudenmodulationsmuster – die "Hüllkurve", die den Spitzen des Klingelns folgt.
- FFT der Hüllkurve: Wenden Sie die FFT auf das Hüllkurvensignal an. Das Ergebnis zeigt die Wiederholungsrate der Anzahl der Stöße – was den Lagerdefektfrequenzen (BPFO, BPFI, BSF, FTF) entspricht.
Im Rohspektrum könnte ein schwacher Impuls bei BPFO eine Geschwindigkeit von 0,1 mm/s erzeugen – unsichtbar im Maschinenrauschen von 2 mm/s. Derselbe Impuls regt jedoch eine Resonanz bei 8 kHz an, wo keine andere Vibrationsquelle vorhanden ist. Nach der Demodulation tritt das BPFO-Wiederholungsmuster deutlich vor einem rauschfreien Hintergrund hervor.
Zugehörige Parameter
- Spitzenenergie (SE): Gesamtmessung der Hochfrequenz-Aufprallenergie. Skalarer Trendwert. Gut geeignet für die Entscheidungsfindung ("Go/No-Go").
- gSE / HFD / PeakVue: Herstellerspezifische Bezeichnungen für aus der Hüllkurve abgeleitete Parameter. Alle basieren auf demselben Prinzip.
- Hüllkurve der Beschleunigung: Das Balanset-1A misst die Geschwindigkeit (mm/s). Für eine vollständige Hüllkurvenanalyse ist ein dedizierter Analysator mit Beschleunigungseingang und Bandpassfilterung ideal. Die FFT des Balanset-1A kann jedoch auch Lagerschäden der Stufe 2+ im Standard-Geschwindigkeitsspektrum effektiv erkennen.
Aktion: Schmierung prüfen. Lagerwechsel planen. Überwachungshäufigkeit erhöhen.
Fehler 5: Getriebedefekte
Ursache: Abgenutzte, beschädigte oder abgebrochene Zähne. Zahnradexzentrizität. GMF = Zähnezahl × Wellendrehzahl / 60.
Zahnradexzentrizität
GMF mit Seitenbändern bei ±1× Wellendrehzahl. Das 1× des Zahnrads kann auch erhöht sein.
Zahnverschleiß / Beschädigung
Mehrere GMF-Oberschwingungen mit dichten Seitenbändern. Die Schwingungsintensität korreliert mit der Anzahl der Seitenbänder und deren Amplitude.
Aktion: Prüfen Sie das Getriebeöl auf Metallpartikel. Planen Sie eine Inspektion ein. Überwachen Sie den Verlauf des GMF-Seitenbandes.
Elektrische Fehler (Motoren)
Elektromagnetische Fehler erzeugen Vibrationen bei 2× Netzfrequenz (100 Hz auf 50-Hz-Netzen, 120 Hz auf 60-Hz-Netzen). Kritischer Test: Vibration verschwindet. sofort bei Stromausfall. Mechanische Defekte klingen allmählich ab.
- Statorexzentrizität: 2× Netzfrequenz, konstante Amplitude.
- Rotorstabdefekte: Seitenbänder um die Netzfrequenz in Gleitfrequenzintervallen.
- Weicher Fuß: Die Vibrationen verändern sich, wenn einzelne Motorfüße gelockert werden.
Fehler 7: Probleme mit dem Riemenantrieb
Ursache: Abgenutzte, falsch ausgerichtete oder falsch gespannte Riemen. Riemenantriebe erzeugen Vibrationen an den Riemenpassfrequenz, was typischerweise eine Unterfrequenz (unter 1× Wellendrehzahl) ist, da der Riemen länger als der Umfang der Riemenscheibe ist.
Vereinfacht: fGürtel = Riemenscheibenumfangsgeschwindigkeit / Riemenlänge
Häufige Gürtelsignaturen
- Verschleiß/Defekt des Riemens: Spitzenwerte bei der Bandfrequenz (fGürtel) und seine Harmonischen (2×, 3×, 4× fGürtel). Diese treten unterhalb der 1× Wellendrehzahl auf – subsynchrone Spitzenwerte sind der wichtigste Indikator.
- Riemenfehlausrichtung: Erhöhte axiale Schwingungen bei 1-facher und 2-facher Wellendrehzahl. Ähnlich wie bei Wellenfluchtungsfehlern, jedoch beschränkt auf riemengetriebene Maschinen.
- Falsche Spannung: Hohe 1×-Vibrationen, die sich mit der Riemenspannung stark verändern. Zu straff gespannte Riemen erhöhen die Lagerbelastung; zu lockere Riemen verursachen Schlaggeräusche und Riemenfrequenzspitzen.
- Resonanz: Die Eigenfrequenz des Riemens (Riemenflattern) kann angeregt werden, wenn die Resonanzfrequenz der Riemenspanne mit der Betriebsdrehzahl zusammenfällt. Dies äußert sich als breite Spitze bei der Riemen-Eigenfrequenz.
Aktion: Prüfen Sie den Zustand des Riemens, die Spannung und die Ausrichtung der Riemenscheiben. Ersetzen Sie verschlissene Riemen. Bei wiederkehrenden Problemen überprüfen Sie die Ausrichtung der Riemenscheiben mit einem Lasermessgerät oder einem Lineal.
Fehler 8: Pumpenkavitation
Ursache: Dampfblasen bilden sich und kollabieren heftig, wenn der lokale Druck unter den Dampfdruck der Flüssigkeit fällt – typischerweise an der Pumpensaugseite. Jeder Blasenkollaps erzeugt einen Mikrostoß. Tausende Kollapse pro Sekunde erzeugen ein charakteristisches Breitbandrauschen.
Spektrale Signatur
- Breitbandige Hochfrequenzenergie: Im Gegensatz zu mechanischen Defekten (die diskrete Spitzen erzeugen) führt Kavitation zu einem erhöhten Grundrauschen über einen breiten Frequenzbereich, typischerweise oberhalb von 2–5 kHz. Das Spektrum ähnelt eher einer Erhebung oder einem erhöhten Plateau als scharfen Spitzen.
- Zufällig, nicht periodisch: Keine Obertöne, kein Zusammenhang mit der Wellendrehzahl. Das Geräusch klingt wie "Kies" oder "Knistern" – selbst ohne Instrumente hörbar.
- Niederfrequente Effekte: Starke Kavitation kann auch zu Instabilität bei 1× und breitbandigem niederfrequentem Rauschen durch Strömungsturbulenzen führen.
Aktion: Saugdruck erhöhen (Pumpe absenken, Saugventil öffnen, Saugleitungsverluste reduzieren). NPSH prüfen.verfügbar vs. NPSHerforderlich. Reduzieren Sie nach Möglichkeit die Pumpendrehzahl. Kavitation verursacht rasche Erosionsschäden – ignorieren Sie dies nicht.
Fehler 9: Ölwirbel und Ölpeitsche (Gleitlager)
Ursache: Schmierfilminstabilität in Gleitlagern. Der Schmierfilmkeil zwingt die Welle zu einer Rotation innerhalb des Lagerspiels mit einer Untersynchronfrequenz. Dies unterscheidet sich von Wälzlagerdefekten und tritt ausschließlich in Gleitlagern auf.
Ölwirbel
- Frequenz: Etwa 0,42× bis 0,48× Die Wellendrehzahl (oft mit ~0,43× angegeben) ist ein subsynchroner Peak, der der Wellendrehzahl folgt – mit steigender Drehzahl erhöht sich die Wirbelfrequenz proportional.
- Spektrum: Ein einzelner Peak bei etwa 0,43×, der sich mit der Geschwindigkeit verschiebt. Die Amplitude kann moderat sein.
- Zustand: Vorstufe des Ölpeitscheneffekts. Normalerweise nicht unmittelbar zerstörerisch, deutet aber auf Instabilität hin.
Ölpeitsche
- Frequenz: Verriegelt sich am ersten Rotor Eigenfrequenz (kritische Drehzahl). Im Gegensatz zur Wirbeldrehzahl folgt sie NICHT der Wellendrehzahl – die Frequenz bleibt bei Drehzahländerungen konstant.
- Spektrum: Großer subsynchroner Peak bei der ersten kritischen Drehzahl des Rotors. Die Amplitude kann sehr hoch sein – und dadurch zerstörerisch wirken.
- Zustand: Gefährlich. Sofortiges Handeln erforderlich. Kann zu Lagerfressen und Wellenbeschädigung führen.
Beide erzeugen subsynchrone Spitzenwerte, aber: Ölwirbel liegt bei ~0,43× (nicht genau 0,5×) und folgt der Geschwindigkeit. Lockerheit Es entstehen Spitzenwerte bei exakt 0,5×, 1,5× und 2,5×, und die Bewegung ist nicht drehzahlabhängig (sie bleibt bei festen Bruchteilen von 1×). Ölwirbel treten nur in Gleitlagern auf – bei Maschinen mit Wälzlagern kann es sich nicht um Ölwirbel handeln.
Aktion: Bei Ölwirbeln: Lagerspiel, Ölviskosität und Belastung prüfen. Lagerbelastung erhöhen oder Ölviskosität ändern. Bei Ölpeitschen: Geschwindigkeit sofort reduzieren unterhalb des kritischen Schwellenwerts. Ziehen Sie einen Spezialisten für Rotordynamik hinzu.
ISO 10816 Schwingungsschweregrad – Vollständige Klassifizierungstabelle
ISO 10816 (ersetzt durch ISO 20816, aber weiterhin weit verbreitet) definiert Schwingungsintensitätszonen für vier Maschinenklassen. Die Schwingung wird als Geschwindigkeit in mm/s RMS an Lagergehäusen gemessen. Die folgende Tabelle zeigt alle Zonengrenzen für alle vier Klassen – nutzen Sie sie als schnelle Referenz bei der Auswertung von Messungen.
| Maschinenklasse | Zone A Gut |
Zone B Akzeptabel |
Zone C Alarm |
Zone D Gefahr |
|---|---|---|---|---|
| Klasse I Kleinmaschinen ≤ 15 kW (Pumpen, Ventilatoren, Kompressoren) |
≤ 0,71 | 0,71 – 1,8 | 1,8 – 4,5 | > 4,5 |
| Klasse II Mittlere Maschinen 15–75 kW (ohne besonderes Fundament) |
≤ 1,8 | 1,8 – 4,5 | 4,5 – 11,2 | > 11.2 |
| Klasse III Großmaschinen > 75 kW (starres Fundament) |
≤ 2,8 | 2,8 – 7,1 | 7,1 – 18 | > 18 |
| Klasse IV Großmaschinen > 75 kW (flexibles Fundament, z. B. Stahlrahmen) |
≤ 4,5 | 4,5 – 11,2 | 11.2 - 28 | > 28 |
Schritt 1: Ermitteln Sie Ihre Maschinenklasse anhand der Leistung und des Fundamenttyps.
Schritt 2: Messen Sie die Gesamtschwingungsgeschwindigkeit (mm/s RMS) an jedem Lagergehäuse in radialer Richtung.
Schritt 3: Finden Sie die Zone. Zone A = neu in Betrieb genommen oder ausgezeichnet. Zone B = uneingeschränkter Langzeitbetrieb. Zone C = nur für begrenzte Zeiträume akzeptabel — Wartung einplanen. Zone D = Es entsteht ein Schaden – Maschine so schnell wie möglich anhalten.
Erinnern Sie sich: Trends sind wichtiger als absolute Werte. Eine Maschine, deren Geschwindigkeit von zuvor 1,5 mm/s auf 3,0 mm/s (Zone B für Klasse II) angestiegen ist, hat sich verdoppelt – die Ursache sollte untersucht werden, auch wenn die Geschwindigkeit noch als "akzeptabel" gilt. Der Vibrometermodus (F5) des Balanset-1A zeigt die Gesamtgeschwindigkeit V1s zur sofortigen Zonenbeurteilung an.
ISO 10816 wurde offiziell durch ISO 20816 (veröffentlicht 2016–2022) ersetzt. Die Zonengrenzen bleiben für die meisten Maschinentypen ähnlich, ISO 20816 ergänzt jedoch Bewertungskriterien für die Auslenkung und erweitert die maschinenspezifischen Abschnitte. In der Praxis gelten die Werte nach ISO 10816 weiterhin als Industriestandard. Sowohl das Balanset-1A als auch die meisten industriellen Schwingungsanalyseprogramme verwenden nach wie vor die Zonen nach ISO 10816.
Von der Messung zur Überwachung
Trendanalyse
Ein einzelnes Spektrum ist eine Momentaufnahme. Die Stärke der Schwingungsanalyse liegt darin, dass… Trendanalyse — Veränderungen im Zeitverlauf verfolgen.
- Erstellen Sie eine Ausgangsbasis: Measure new or known-good equipment. Save spectra.
- Intervalle festlegen: Kritisch: wöchentlich. Standard: monatlich. Hilfsaggregate: vierteljährlich.
- Wiederholbarkeit sicherstellen: Gleiche Punkte, gleiche Richtungen, gleiche Betriebsbedingungen.
- Änderungen nachverfolgen: Eine Verdopplung gegenüber dem Ausgangswert ist selbst in der ISO-Zone A signifikant.
Entscheidungsalgorithmus
- Nehmen Sie ein hochwertiges Spektrum auf (F8-Diagramme, radial + axial).
- Identifizieren Sie den höchsten Peak – dies ist das dominante Problem.
- Übereinstimmung mit Fehlertyp:
- 1× dominiert → Unwucht → Ausgleich mit Balanset-1A.
- 2× dominiert + hohe axiale → Fehlausrichtung → Wellen neu ausrichten.
- Viele Harmonische → Lockerheit → Prüfen und festziehen.
- Nicht-synchrone Spitzenwerte → Lager → Planen Sie den Austausch.
- GMF + Seitenbänder → Zahnrad → Ölstand prüfen, Getriebe inspizieren.
- Beheben Sie zuerst den Hauptfehler – sekundäre Symptome verschwinden dann oft.
Häufig gestellte Fragen – Schwingungsanalyse
▸ Was ist Schwingungsanalyse?
▸ Wie kann ich eine Unwucht von einer Fehlausrichtung unterscheiden?
▸ Was sind Lagerdefektfrequenzen?
▸ Was ist ein guter Vibrationswert?
▸ Kann Balanset-1A Schwingungsanalysen durchführen?
▸ Zeitverlauf vs. FFT-Spektrum?
▸ Wie oft sollte ich die Vibrationen messen?
▸ Was verursacht die 0,5-fache (subharmonische) Schwingung?
Verwandte Glossarartikel
Erst diagnostizieren – dann auswuchten
Der Balanset-1A ist sowohl ein 2-Kanal-Schwingungsanalysator als auch ein Präzisions-Feldwuchtgerät. Fehlererkennung per Spektrum, anschließende Behebung – alles mit nur einem Gerät.
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