Trillingsanalyse met Balanset-1A: een beginnershandleiding voor spectrumdiagnostiek

Inleiding: Van balanceren tot diagnostiek: het volledige potentieel van uw trillingsanalysator benutten

De Balanset-1A staat vooral bekend als een effectief hulpmiddel voor dynamische balancering. De mogelijkheden reiken echter veel verder dan dat, waardoor het een krachtige en toegankelijke trillingsanalysator is. Uitgerust met gevoelige sensoren en software voor Fast Fourier Transform (FFT) spectrale analyse, is de Balanset-1A een uitstekend instrument voor uitgebreide trillingsanalyse. Deze handleiding vult de leemte die de officiële handleiding achterlaat en legt uit wat de trillingsgegevens onthullen over de gezondheid van machines.

Deze gids is sequentieel opgebouwd om u van de basis naar de praktische toepassing te leiden:

• In hoofdstuk 1 wordt de theoretische basis gelegd en wordt op een eenvoudige en duidelijke manier uitgelegd wat trillingen zijn, hoe spectrale analyse (FFT) werkt en welke spectrale parameters essentieel zijn voor een diagnosticus.
• In hoofdstuk 2 vindt u stapsgewijze instructies voor het verkrijgen van trillingsspectra van hoge kwaliteit en betrouwbaarheid met behulp van het Balanset-1A-apparaat in verschillende modi. Hierbij ligt de nadruk op praktische details die niet in de standaardinstructies worden beschreven.
• Hoofdstuk 3 vormt de kern van het artikel. Hier worden de "vingerafdrukken" – karakteristieke spectrale tekenen van de meest voorkomende fouten: onbalans, verkeerde uitlijning, mechanische losheid en lagerdefecten – grondig geanalyseerd.
• In hoofdstuk 4 wordt de verworven kennis samengevoegd in een uniform systeem, met praktische aanbevelingen voor de implementatie van monitoring en een eenvoudig besluitvormingsalgoritme.

Wanneer u de stof in dit artikel onder de knie krijgt, kunt u Balanset-1A niet alleen gebruiken als een balanceerapparaat, maar ook als een volwaardig diagnosesysteem op instapniveau. Zo kunt u problemen vroegtijdig identificeren, kostbare ongelukken voorkomen en de betrouwbaarheid van uw operationele apparatuur aanzienlijk verhogen.

Sectie 1: Basisprincipes van trillings- en spectrale analyse (FFT)

1.1. Wat is trilling en waarom is het belangrijk?

Elke roterende machine, of het nu een pomp, ventilator of elektromotor is, veroorzaakt trillingen tijdens bedrijf. Trillingen zijn de mechanische trillingen van een machine of de afzonderlijke onderdelen ervan ten opzichte van hun evenwichtspositie. In een ideale, volledig functionele toestand genereert een machine een laag en stabiel trillingsniveau – dit is het normale "bedrijfsgeluid". Naarmate er echter defecten ontstaan en zich ontwikkelen, begint deze trillingsachtergrond te veranderen.

Trilling is de reactie van de structuur van het mechanisme op cyclische krachten. De bronnen van deze krachten kunnen zeer divers zijn:

• Centrifugale kracht door rotoronbalans: Ontstaat door de ongelijkmatige verdeling van massa ten opzichte van de rotatieas. Dit is de zogenaamde "zware plek", die tijdens de rotatie een kracht uitoefent op de lagers en de machinebehuizing.
• Krachten die samenhangen met geometrische onnauwkeurigheden: Verkeerde uitlijning van gekoppelde assen, kromming van assen, fouten in het tandprofiel van de tandwielen van de tandwielkast – dit alles creëert cyclische krachten die trillingen veroorzaken.
• Aerodynamische en hydrodynamische krachten: Ontstaan tijdens de rotatie van waaiers in ventilatoren, rookafzuigers, pompen en turbines.
• Elektromagnetische krachten: Kenmerkend voor elektromotoren en generatoren en kan bijvoorbeeld worden veroorzaakt door asymmetrie van de wikkelingen of de aanwezigheid van kortgesloten windingen.

Elk van deze bronnen veroorzaakt trillingen met unieke kenmerken. Daarom is trillingsanalyse zo'n krachtig diagnostisch hulpmiddel. Door trillingen te meten en te analyseren, kunnen we niet alleen vaststellen dat "de machine sterk trilt", maar ook met een hoge waarschijnlijkheid de oorzaak vaststellen. Deze geavanceerde diagnostische mogelijkheid is essentieel voor elk modern onderhoudsprogramma.

1.2. Van tijdsignaal naar spectrum: een eenvoudige uitleg van FFT

Een trillingssensor (versnellingsmeter), gemonteerd op het lagerhuis, zet mechanische trillingen om in een elektrisch signaal. Als dit signaal als functie van de tijd op een scherm wordt weergegeven, ontstaat een tijdsignaal of golfvorm. Deze grafiek laat zien hoe de trillingsamplitude op elk moment in de tijd verandert.

In een eenvoudig geval, zoals pure onbalans, ziet het tijdsignaal eruit als een vloeiende sinusoïde. In werkelijkheid wordt een machine echter bijna altijd tegelijkertijd door meerdere exciterende krachten beïnvloed. Hierdoor is het tijdsignaal een complexe, schijnbaar chaotische curve, waaruit het praktisch onmogelijk is om bruikbare diagnostische informatie te halen.

Dit is waar een wiskundige tool te hulp schiet: de Fast Fourier Transform (FFT). Je kunt het je voorstellen als een magisch prisma voor trillingssignalen.

Stel je voor dat een complex tijdsignaal een bundel wit licht is. Het lijkt voor ons één geheel en niet te onderscheiden. Maar wanneer deze bundel door een glazen prisma gaat, valt hij uiteen in de kleuren waaruit hij bestaat – rood, oranje, geel, enzovoort – en vormt zo een regenboog. FFT doet hetzelfde met een trillingssignaal: het neemt een complexe curve uit het tijdsdomein en ontleedt deze in eenvoudige sinusvormige componenten, elk met zijn eigen frequentie en amplitude.

Het resultaat van deze transformatie wordt weergegeven in een grafiek, een zogenaamd trillingsspectrum. Het spectrum is het belangrijkste hulpmiddel voor iedereen die trillingsanalyses uitvoert. Het stelt u in staat te zien wat er verborgen zit in het tijdsignaal: welke "pure" trillingen het totale geluid van de machine vormen.

1.3. Belangrijke spectrumparameters om te begrijpen

Het trillingsspectrum dat u op het scherm van de Balanset-1A in de modus "Vibrometer" of "Grafieken" ziet, heeft twee assen. Het is absoluut noodzakelijk om deze te begrijpen voor de diagnose.

Horizontale as (X): Frequentie

Deze as geeft aan hoe vaak oscillaties voorkomen en wordt gemeten in Hertz (Hz). 1 Hz is één complete oscillatie per seconde. De frequentie is direct gerelateerd aan de bron van de trilling. Verschillende mechanische en elektrische componenten van een machine genereren trillingen op hun karakteristieke, voorspelbare frequenties. Als we weten bij welke frequentie een hoge trillingspiek wordt waargenomen, kunnen we de boosdoener identificeren: een specifieke eenheid of defect.

Rotatiefrequentie (1x): Dit is de belangrijkste frequentie in alle trillingsdiagnostiek. Deze komt overeen met het toerental van de as van de machine. Als een motoras bijvoorbeeld 3000 omwentelingen per minuut (rpm) maakt, bedraagt de rotatiefrequentie: f = 3000 tpm / 60 s/min = 50 Hz. Deze frequentie wordt aangeduid als 1x. Deze dient als referentiepunt voor het identificeren van vele andere defecten.

Verticale as (Y): Amplitude

Deze as toont de intensiteit of sterkte van de trilling bij elke specifieke frequentie. In het Balanset-1A-apparaat wordt de amplitude gemeten in millimeters per seconde (mm/s), wat overeenkomt met de effectieve waarde (RMS) van de trillingssnelheid. Hoe hoger de piek in het spectrum, hoe meer trillingsenergie er op die frequentie geconcentreerd is en, in de regel, hoe ernstiger het bijbehorende defect.

Harmonischen

Harmonischen zijn frequenties die gehele veelvouden zijn van de grondfrequentie. Meestal is de grondfrequentie de rotatiefrequentie 1x. De harmonischen zijn dus: 2x (tweede harmonische) = 2×1x, 3x (derde harmonische) = 3×1x, 4x (vierde harmonische) = 4×1x, enzovoort. De aanwezigheid en relatieve hoogte van harmonischen bevatten cruciale diagnostische informatie. Zo manifesteert pure onbalans zich voornamelijk bij 1x met zeer lage harmonischen. Mechanische losheid of een verkeerde uitlijning van de as genereert echter een heel "woud" aan hoge harmonischen (2x, 3x, 4x,...). Door de verhouding van de amplitudes tussen 1x en zijn harmonischen te analyseren, kunnen verschillende soorten fouten worden onderscheiden.

Sectie 2: Het verkrijgen van een trillingsspectrum met behulp van Balanset-1A

De kwaliteit van de diagnose hangt rechtstreeks af van de kwaliteit van de initiële gegevens. Onjuiste metingen kunnen leiden tot onjuiste conclusies, onnodige reparaties of juist het missen van een zich ontwikkelend defect. Deze sectie biedt een praktische handleiding voor het verzamelen van nauwkeurige en herhaalbare gegevens met uw apparaat.

2.1. Voorbereiding op metingen: de sleutel tot nauwkeurige gegevens

Voordat u de kabels aansluit en het programma start, moet u zorgvuldig letten op de correcte installatie van de sensoren. Dit is de belangrijkste stap die de betrouwbaarheid van alle daaropvolgende analyses bepaalt.

Montagemethode: De Balanset-1A wordt geleverd met magnetische sensorvoeten. Dit is een handige en snelle montagemethode, maar voor de effectiviteit ervan moeten een aantal regels in acht worden genomen. Het oppervlak op het meetpunt moet:

• Schoon: Verwijder vuil, roest en afgebladerde verf.
• Vlak: De sensor moet vlak liggen met het gehele oppervlak van de magneet. Installeer hem niet op ronde oppervlakken of boutkoppen.
• Enorm: Het meetpunt moet deel uitmaken van de dragende structuur van de machine (bijvoorbeeld het lagerhuis) en niet van een dunne beschermkap of koelvin.

Voor stationaire bewaking of om maximale nauwkeurigheid bij hoge frequenties te bereiken, wordt het gebruik van een schroefdraadverbinding (bout) aanbevolen, indien het ontwerp van de machine dit toelaat.

Locatie: Krachten die tijdens de werking van de rotor ontstaan, worden via de lagers overgebracht op de machinebehuizing. Daarom is de beste plaats om sensoren te installeren de lagerhuizen. Probeer de sensor zo dicht mogelijk bij het lager te plaatsen om trillingen met minimale vervorming te meten.

Meetrichting: Trillingen zijn een driedimensionaal proces. Voor een volledig beeld van de conditie van de machine moeten metingen in drie richtingen worden uitgevoerd:

• Radiaal horizontaal (H): Loodrecht op de as van de schacht, in het horizontale vlak.
• Radiale verticale (V): Loodrecht op de as van de schacht, in het verticale vlak.
• Axiaal (A): Evenwijdig aan de as van de as.

In de regel is de stijfheid van de constructie in horizontale richting lager dan in verticale richting, waardoor de trillingsamplitude in horizontale richting vaak het hoogst is. Daarom wordt de horizontale richting vaak gekozen voor de eerste beoordeling. Axiale trillingen leveren echter unieke informatie op, die van cruciaal belang is voor het diagnosticeren van defecten zoals een scheve asuitlijning.

Balanset-1A is een tweekanaals apparaat, dat in de handleiding voornamelijk wordt behandeld vanuit het perspectief van balanceren in twee vlakken. Voor diagnostiek opent dit echter veel bredere mogelijkheden. In plaats van trillingen op twee verschillende lagers te meten, kunnen beide sensoren op dezelfde lagereenheid worden aangesloten, maar in verschillende richtingen. Zo kan sensorkanaal 1 radiaal (horizontaal) worden geïnstalleerd en sensorkanaal 2 axiaal. Gelijktijdige spectra-opname in twee richtingen maakt directe vergelijking van axiale en radiale trillingen mogelijk, wat een standaardtechniek is in professionele diagnostiek voor betrouwbare detectie van scheefstanden. Deze methode breidt de diagnostische mogelijkheden van het apparaat aanzienlijk uit en gaat verder dan wat in de handleiding wordt beschreven.

2.2. Stap voor stap: de "Vibrometer"-modus (F5) gebruiken voor een snelle beoordeling

Deze modus is ontworpen voor operationele controle van de belangrijkste trillingsparameters en is ideaal voor een snelle beoordeling van de machineconditie "op locatie". De procedure voor het verkrijgen van een spectrum in deze modus is als volgt:

1. Sensoren aansluiten: Installeer trillingssensoren op geselecteerde punten en sluit ze aan op de X1- en X2-ingangen van de meetunit. Sluit de lasertachometer aan op de X3-ingang en bevestig een reflecterende markering op de as.
2. Start het programma: Klik in het hoofdprogrammavenster van Balanset-1A op de knop "F5 - Trillingsmeter".
3. Het werkvenster opent (Fig. 7.4 in de handleiding). In het bovenste gedeelte worden digitale waarden weergegeven: totale trilling (V1s), trilling bij rotatiefrequentie (V1o), fase (F1) en rotatiesnelheid (N rev).
4. Start de meting: Klik op de knop "F9 - Uitvoeren". Het programma begint met het verzamelen en weergeven van gegevens in realtime.
5. Analyseer het spectrum: Onderaan het venster staat de grafiek "Trillingsspectrum - kanaal 1&2 (mm/s)". Dit is het trillingsspectrum. De horizontale as toont de frequentie in Hz en de verticale as de amplitude in mm/s.

Deze modus maakt de eerste, belangrijkste diagnostische controle mogelijk, die zelfs in de balanceerhandleiding wordt aanbevolen. Vergelijk de waarden van V1s (totale trilling) en V1o (trilling bij rotatiefrequentie 1x).

• Als V1s≈V1o, betekent dit dat de meeste trillingsenergie geconcentreerd is op de rotatiefrequentie. De belangrijkste oorzaak van de trilling is waarschijnlijk onbalans.
• Als V1s≫V1o, geeft dit aan dat een aanzienlijk deel van de trillingen wordt veroorzaakt door andere bronnen (scheve uitlijning, losheid, lagerdefecten, enz.). In dit geval lost eenvoudig balanceren het probleem niet op en is een grondigere analyse van het spectrum noodzakelijk.

2.3. Stap voor stap: de modus 'Grafieken' (F8) gebruiken voor gedetailleerde analyse

Voor serieuze diagnostiek die een meer gedetailleerd onderzoek van het spectrum vereist, is de modus "Grafieken" aanzienlijk beter. Deze biedt een grotere en meer informatieve grafiek, wat de identificatie van pieken en de analyse van hun structuur vergemakkelijkt. De procedure voor het verkrijgen van een spectrum in deze modus:

1. Sluit de sensoren op dezelfde manier aan als in de "Vibrometer"-modus.
2. Startmodus: Klik in het hoofdvenster van het programma op de knop "F8 - Grafieken".
3. Selecteer grafiektype: In het geopende venster (Fig. 7.19 in de handleiding) ziet u bovenaan een rij knoppen. Klik op "F5-Spectrum (Hz)".
4. Het spectrumanalysevenster wordt geopend (Figuur 7.23 in de handleiding). Het bovenste gedeelte toont het tijdsignaal en het onderste, hoofdgedeelte, het trillingsspectrum.
5. Meting starten: Klik op de knop "F9-Uitvoeren". Het apparaat voert een meting uit en maakt gedetailleerde grafieken.

Het spectrum dat in deze modus wordt verkregen, is veel handiger voor analyse. U kunt pieken bij verschillende frequenties duidelijker zien, hun hoogte evalueren en harmonische reeksen identificeren. Deze modus wordt aanbevolen voor het diagnosticeren van storingen die in de volgende sectie worden beschreven.

Sectie 3: Diagnostiek van typische fouten door middel van trillingsspectra (tot 1000 Hz)

Dit onderdeel vormt de praktische kern van de gids. Hier leren we spectra te lezen en te correleren met specifieke mechanische problemen. Voor het gemak en een snelle oriëntatie in het veld zijn de belangrijkste diagnostische indicatoren samengevat in een geconsolideerde tabel. Deze dient als snelle referentie bij het analyseren van echte data.

Tabel 3.1: Overzicht van diagnostische indicatoren

Schuld	Primaire spectrale signatuur	Typische harmonischen	Opmerkingen
Onbalans	Hoge amplitude bij 1× rotatiefrequentie	Laag	Radiale trillingen domineren. De amplitude neemt kwadratisch toe met de snelheid.
Verkeerde uitlijning	Hoge amplitude bij 2× rotatiefrequentie	1×, 3×, 4×	Vaak gepaard gaand met axiale trillingen.
Mechanische losheid	Meervoudige harmonischen 1× ("bos" van harmonischen)	1×, 2×, 3×, 4×, 5×...	Subharmonischen (0,5×, 1,5×) kunnen bij 1/2x, 3/2x, etc. ontstaan als gevolg van scheuren.
Lagerdefect	Pieken bij niet-synchrone frequenties (BPFO, BPFI, enz.)	Meervoudige harmonischen van defectfrequenties	Vaak zichtbaar als zijbanden rond pieken. Klinkt als "ruis" in het hoogfrequente bereik.
Tandwielmechanisme defect	Hoge frequentie van tandwielinteractie (GMF) en zijn harmonischen	Zijbanden rond GMF bij 1x	Geeft slijtage, schade aan de tanden of excentriciteit aan.

Hieronder gaan we dieper in op elk van deze defecten.

3.1. Onbalans: het meest voorkomende probleem

Fysieke oorzaak: Onbalans treedt op wanneer het zwaartepunt van een roterend onderdeel (rotor) niet samenvalt met zijn geometrische rotatieas. Hierdoor ontstaat een "zwaar punt" dat tijdens de rotatie een centrifugale kracht genereert die in radiale richting werkt en wordt overgebracht op de lagers en de fundering.

Spectrale handtekeningen: Het hoofdkenmerk is een piek met een hoge amplitude, strikt rond de rotatiefrequentie (1x). De trillingen zijn overwegend radiaal. Er zijn twee hoofdtypen onbalans:

Statische onbalans (éénvlak)

Spectrumbeschrijving: Het spectrum wordt volledig gedomineerd door een enkele piek op de fundamentele rotatiefrequentie (1x). De trilling is sinusvormig, met minimale energie op andere frequenties.

Korte beschrijving van spectrale componenten: Voornamelijk een sterke 1x rotatiefrequentiecomponent. Weinig tot geen hogere harmonischen (een zuivere 1x toon).

Belangrijkste kenmerk: Grote 1x amplitude in alle radiale richtingen. Trillingen bij beide lagers zijn in fase (geen faseverschil tussen de twee uiteinden). Er wordt vaak een faseverschuiving van ongeveer 90° waargenomen tussen horizontale en verticale metingen bij hetzelfde lager.

Dynamische onbalans (tweevlaks/koppel)

Spectrumbeschrijving: Het spectrum vertoont ook een dominante piekfrequentie (1x) per omwenteling, vergelijkbaar met statische onbalans. Trillingen treden op bij rotatiesnelheid, zonder significante hogere frequenties als onbalans het enige probleem is.

Korte beschrijving van spectrale componenten: Dominante 1x RPM-component (vaak met een "zwaai" of wiebeling van de rotor). Hogere harmonischen zijn over het algemeen afwezig, tenzij er andere fouten zijn.

Belangrijkste kenmerk: 1x trilling bij elk lager is uit fase — Er is een faseverschil van ongeveer 180° tussen de trillingen aan de twee uiteinden van de rotor (wat wijst op een koppelonbalans). De sterke 1x-piek met deze faseverhouding is het kenmerk van dynamische onbalans.

Wat te doen: Als het spectrum onbalans aangeeft, moet een balanceerprocedure worden uitgevoerd. Voor statische onbalans is balanceren op één vlak voldoende (handleiding, paragraaf 7.4), voor dynamische onbalans is balanceren op twee vlakken voldoende (handleiding, paragraaf 7.5).

3.2. Schachtafwijking: een verborgen bedreiging

Fysieke oorzaak: Uitlijningsfouten treden op wanneer de rotatieassen van twee gekoppelde assen (bijvoorbeeld een motoras en een pompas) niet samenvallen. Wanneer verkeerd uitgelijnde assen roteren, ontstaan er cyclische krachten in de koppeling en de lagers, waardoor trillingen ontstaan.

Parallelle uitlijnfout (offset-assen)

Spectrumbeschrijving: Het trillingsspectrum vertoont een verhoogde energie bij de grondtoon (1x) en de harmonischen 2x en 3x, vooral in radiale richting. Doorgaans is de 1x-component dominant, met een foutieve uitlijning, vergezeld van een opvallende 2x-component.

Korte beschrijving van spectrale componenten: Bevat significante pieken bij 1x, 2x en 3x de rotatiefrequentie van de as. Deze komen voornamelijk voor bij radiale trillingsmetingen (loodrecht op de as).

Belangrijkste kenmerk: Hoge 1x en 2x trillingen in radiale richting zijn indicatief. Vaak wordt een faseverschil van 180° waargenomen tussen radiale trillingsmetingen aan weerszijden van de koppeling, wat dit onderscheidt van pure onbalans.

Hoekige uitlijning (schuine assen)

Spectrumbeschrijving: Het frequentiespectrum vertoont sterke harmonischen van de assnelheid, met name een prominente 2x-loopsnelheidscomponent naast de 1x. Trillingen treden op bij 1x, 2x (en vaak 3x), waarbij axiale (langs de as) trillingen significant zijn.

Korte beschrijving van spectrale componenten: Opvallende pieken bij 1x en 2x (en soms 3x) van de loopsnelheid. De 2x-component is vaak even groot of groter dan de 1x-component. Deze frequenties zijn duidelijk zichtbaar in het axiale trillingsspectrum (langs de as van de machine).

Belangrijkste kenmerk: Relatief hoge amplitude van de tweede harmonische (2x) vergeleken met 1x, gecombineerd met sterke axiale trillingen. Axiale metingen aan weerszijden van de koppeling zijn 180° uit fase, een kenmerk van hoekafwijking.

Wat te doen: Balanceren helpt hier niet. Stop de unit en voer een asuitlijning uit met speciaal gereedschap.

3.3. Mechanische losheid: "Ratelen" in de machine

Fysieke oorzaak: Dit defect gaat gepaard met verlies van stijfheid in de structurele verbindingen: losse bouten, scheuren in de fundering, grotere speling in de lagerzittingen. Door speling ontstaan schokken, waardoor een karakteristiek trillingspatroon ontstaat.

Mechanische losheid (onderdeellosheid)

Beschrijving: Het spectrum is rijk aan frequentiecomponenten van de rotatiesnelheid. Er is een breed scala aan gehele veelvouden van 1x (van 1x tot hogere ordes, zoals ~10x) met significante amplitudes. In sommige gevallen kunnen ook subharmonische frequenties (bijv. 0,5x) voorkomen.

Spectrale componenten: Dominant zijn meerdere frequentiecomponenten van de rotatiesnelheid (1x, 2x, 3x ... tot ~10x). Soms kunnen er ook fractionele (half-gehele) frequentiecomponenten aanwezig zijn bij 1/2x, 3/2x, enz. als gevolg van herhaalde impacts.

Belangrijkste kenmerk: De kenmerkende "reeks pieken" in het spectrum – talrijke gelijkmatig verdeelde pieken met frequenties die gehele veelvouden zijn van de rotatiesnelheid. Dit wijst op verlies van stijfheid of onjuiste montage van onderdelen, wat herhaaldelijke botsingen veroorzaakt. De aanwezigheid van veel harmonischen (en mogelijk half-integer subharmonischen) is een belangrijke indicator.

Structurele losheid (basis-/montagelosheid)

Beschrijving: In het trillingsspectrum domineren trillingen op de grondfrequentie of dubbele rotatiefrequentie vaak. Meestal verschijnt er een piek bij 1x en/of 2x. Hogere harmonischen (boven 2x) hebben meestal veel kleinere amplitudes vergeleken met deze hoofdharmonischen.

Spectrale componenten: Toont voornamelijk frequentiecomponenten bij 1x en 2x snelheden van de as. Andere harmonischen (3x, 4x, enz.) zijn meestal afwezig of onbeduidend. De component 1x of 2x kan dominant zijn, afhankelijk van het type losheid (bijv. één slag per omwenteling of twee slagen per omwenteling).

Belangrijkste kenmerk: Opvallend hoge pieken bij 1x of 2x (of beide) ten opzichte van de rest van het spectrum, wat wijst op losheid van lagers of constructie. De trilling is sterker in verticale richting als de machine losjes gemonteerd is. Eén of twee dominante pieken van lage orde met een klein aantal harmonischen van hoge orde zijn kenmerkend voor losheid van de constructie of fundering.

Wat te doen: Een grondige inspectie van de unit is noodzakelijk. Controleer alle bereikbare bevestigingsbouten (lagers, behuizing). Inspecteer het frame en de fundering op scheuren. Bij interne speling (bijv. lagerzitting) kan demontage van de unit nodig zijn.

3.4. Defecten aan wentellagers: vroege waarschuwing

Fysieke oorzaak: Het ontstaan van defecten (putjes, afbrokkeling, slijtage) op de roloppervlakken (binnenring, buitenring, rolelementen) of op de kooi. Elke keer dat een rolelement over een defect rolt, ontstaat er een korte impactimpuls. Deze impulsen herhalen zich met een specifieke frequentie die kenmerkend is voor elk lagerelement.

Spectrale handtekeningen: Lagerdefecten verschijnen als pieken bij niet-synchrone frequenties, d.w.z. bij frequenties die geen gehele veelvouden zijn van de rotatiefrequentie (1x). Deze frequenties (BPFO - frequentie van defecten aan de buitenring, BPFI - frequentie van defecten aan de binnenring, BSF - frequentie van het rolelement, FTF - frequentie van de kooi) zijn afhankelijk van de lagergeometrie en het rotatietoerental. Voor een beginnende diagnosticus is het niet nodig om de exacte waarden te berekenen. Het belangrijkste is om te leren hun aanwezigheid in het spectrum te herkennen.

Buitenste race defect

Spectrumbeschrijving: Het trillingsspectrum vertoont een reeks pieken die overeenkomen met de frequentie van de defecten in de buitenring en de bijbehorende harmonischen. Deze pieken bevinden zich meestal op hogere frequenties (geen gehele veelvouden van de asrotatie) en geven elke keer aan dat een rolelement over de defecten in de buitenring beweegt.

Korte beschrijving van spectrale componenten: Er zijn meerdere harmonischen van de ball-pass frequentie (BPFO) van de buitenring aanwezig. Doorgaans zijn er 8-10 BPFO-harmonischen in het spectrum te zien bij een duidelijke breuk in de buitenring. De afstand tussen deze pieken is gelijk aan de BPFO (een karakteristieke frequentie die wordt bepaald door de geometrie en snelheid van het lager).

Belangrijkste kenmerk: Een duidelijke reeks pieken bij de BPFO en de opeenvolgende harmonischen vormen het kenmerk. De aanwezigheid van talrijke gelijkmatig verdeelde hoogfrequente pieken (BPFO, 2xBPFO, 3xBPFO, ...) wijst duidelijk op een defect in de buitenring.

Innerlijk ras defect

Spectrumbeschrijving: Het spectrum voor een binnenringfout vertoont verschillende prominente pieken bij de frequentie van het binnenringdefect en de bijbehorende harmonischen. Bovendien gaat elk van deze foutfrequentiepieken doorgaans gepaard met zijbandpieken met een tussenruimte op de loopsnelheidsfrequentie (1x).

Korte beschrijving van spectrale componenten: Bevat meerdere harmonischen van de binnenste race ball-pass frequentie (BPFI), vaak in de orde van 8-10 harmonischen. Kenmerkend is dat deze BPFI-pieken worden gemoduleerd door zijbanden met ±1x RPM. Dit betekent dat naast elke BPFI-harmonische kleinere zijpieken verschijnen, gescheiden van de hoofdpiek door een afstand gelijk aan de rotatiefrequentie van de as.

Belangrijkste kenmerk: Het verraderlijke teken is de aanwezigheid van de BPFI-harmonischen (interne race defect frequency) met een zijbandpatroon. De zijbanden, die zich op de assnelheid rond de BPFI-harmonischen bevinden, geven aan dat het defect aan de binnenring één keer per omwenteling wordt belast, wat wijst op een probleem met de binnenring in plaats van met de buitenring.

Defect rolelement (kogel/rol)

Spectrumbeschrijving: Een defect aan een rolelement (kogel of rol) veroorzaakt trillingen bij de rotatiefrequentie van het rolelement en de bijbehorende harmonischen. Het spectrum toont een reeks pieken die geen gehele veelvouden van de assnelheid zijn, maar veelvouden van de rotatiefrequentie (BSF) van de kogel/rol. Eén van deze harmonische pieken is vaak aanzienlijk groter dan de andere, wat aangeeft hoeveel rolelementen beschadigd zijn.

Korte beschrijving van spectrale componenten: Pieken bij de fundamentele frequentie van het rolelementdefect (BSF) en de bijbehorende harmonischen. Bijvoorbeeld, BSF, 2xBSF, 3xBSF, enz., zullen verschijnen. Het amplitudepatroon van deze pieken kan met name het aantal beschadigde elementen aangeven. Als de tweede harmonische bijvoorbeeld het hoogst is, kan dit wijzen op splinters bij twee kogels/rollen. Vaak gaat dit gepaard met enige trillingen bij de defectfrequenties van het rolelement, aangezien schade aan het rolelement vaak ook tot schade aan het rolelement leidt.

Belangrijkste kenmerk: De aanwezigheid van een reeks pieken met een tussenruimte van de BSF (lagerelementrotatiefrequentie) in plaats van de asrotatiefrequentie duidt op een defect in het rolelement. Een bijzonder hoge amplitude van de N-de harmonische van de BSF duidt vaak op schade aan N elementen (een zeer hoge 2xBSF-piek kan bijvoorbeeld wijzen op twee ballen met defecten).

Kooidefect (Lagerkooi / FTF)

Spectrumbeschrijving: Een defect aan de kooi (separator) in een wentellager veroorzaakt trillingen bij de rotatiefrequentie van de kooi – de fundamentele frequentie (FTF) – en de bijbehorende harmonischen. Deze frequenties zijn meestal subsynchroon (lager dan de assnelheid). Het spectrum vertoont pieken bij FTF, 2xFTF, 3xFTF, enz., en vaak ook enige interactie met andere lagerfrequenties door modulatie.

Korte beschrijving van spectrale componenten: Laagfrequente pieken die overeenkomen met de rotatiefrequentie (FTF) van de kooi en gehele veelvouden daarvan. Bijvoorbeeld, als FTF ≈ 0,4x de assnelheid, kunt u pieken zien bij ~0,4x, ~0,8x, ~1,2x, enz. In veel gevallen bestaat een kooidefect naast racedefecten, waardoor de FTF de racedefectsignalen kan moduleren en som-/verschilfrequenties (zijbanden rond racefrequenties) kan produceren.

Belangrijkste kenmerk: Een of meer subharmonische pieken (onder 1x) die overeenkomen met de rotatiesnelheid (FTF) van de lagerkooi, duiden op een probleem met de kooi. Dit probleem treedt vaak op naast andere lagerstoringen. De belangrijkste kenmerken zijn de aanwezigheid van FTF en de bijbehorende harmonischen in het spectrum, wat anders ongebruikelijk is, tenzij de kooi defect is.

Wat te doen: Het verschijnen van lagerfrequenties is een oproep tot actie. Het is noodzakelijk om de monitoring van deze eenheid te intensiveren, de smering te controleren en zo snel mogelijk te beginnen met het plannen van lagervervanging.

3.5. Versnellingsfouten

Tandwielexcentriciteit / gebogen as

Spectrumbeschrijving: Deze fout veroorzaakt modulatie van de trillingen in het tandwiel. In het spectrum wordt de piek van de tandwielfrequentie (GMF) omgeven door zijbandpieken met een onderlinge afstand van de rotatiefrequentie van de tandwielas (1x het toerental van het tandwiel). Vaak wordt de trilling van het tandwiel zelf bij 1x de draaisnelheid ook verhoogd door het onbalansachtige effect van excentriciteit.

Korte beschrijving van spectrale componenten: Opvallende toename in amplitude bij de ingrijpfrequentie van het tandwiel en de lagere harmonischen (bijv. 1x, 2x, 3x GMF). Duidelijke zijbanden verschijnen rond de GMF (en soms rond de harmonischen) met intervallen gelijk aan 1x de rotatiesnelheid van het betreffende tandwiel. De aanwezigheid van deze zijbanden duidt op amplitudemodulatie van de ingrijpfrequentie door de rotatie van het tandwiel.

Belangrijkste kenmerk: De tandwielinteractiefrequentie met uitgesproken zijbanden bij 1x de tandwielfrequentie is het kenmerkende kenmerk. Dit zijbandpatroon (pieken gelijkmatig verdeeld rond de GMF bij de loopsnelheid) wijst sterk op excentriciteit van het tandwiel of een verbogen tandwielas. Bovendien kan de fundamentele (1x) trilling van het tandwiel hoger zijn dan normaal.

Slijtage of schade aan tandwielen

Spectrumbeschrijving: Tandwielfouten (zoals versleten of gebroken tanden) veroorzaken een toename van trillingen bij de aangrijpfrequentie en de bijbehorende harmonischen. Het spectrum vertoont vaak meerdere GMF-pieken (1xGMF, 2xGMF, enz.) met een hoge amplitude. Daarnaast verschijnen er talrijke zijbandfrequenties rond deze GMF-pieken, gescheiden door de rotatiefrequentie van de as. In sommige gevallen kan ook de excitatie van de natuurlijke frequenties van het tandwiel (resonanties) met zijbanden worden waargenomen.

Korte beschrijving van spectrale componenten: Verhoogde pieken bij de tandwielinteractiefrequentie (tandinteractiefrequentie) en de bijbehorende harmonischen (bijvoorbeeld 2x GMF). Rond elke belangrijke GMF-harmonische bevinden zich zijbandpieken die 1x van de loopsnelheid gescheiden zijn. Het aantal en de grootte van de zijbanden rond de 1x, 2x en 3x GMF-componenten nemen doorgaans toe met de ernst van de tandschade. In ernstige gevallen kunnen er extra pieken ontstaan die overeenkomen met de resonantiefrequenties van het tandwiel (met hun eigen zijbanden).

Belangrijkste kenmerk: Meerdere hoogamplitude tandwiel-meshfrequentieharmonischen, vergezeld van dichte zijbandpatronen, zijn het kenmerk. Dit duidt op onregelmatige tandpassage door slijtage of een gebroken tand. Een zwaar versleten of beschadigd tandwiel vertoont uitgebreide zijbanden (bij intervallen van 1x de tandwielsnelheid) rond de meshfrequentiepieken, wat het onderscheidt van een gezond tandwiel (dat een schoner spectrum zou hebben, geconcentreerd op de GMF).

Wat te doen: Het optreden van frequenties gerelateerd aan tandwieloverbrengingen vereist nadere aandacht. Het is raadzaam om de olieconditie in de tandwielkast te controleren op metaaldeeltjes en een inspectie van de tandwielkast in te plannen om tandslijtage of -schade vast te stellen.

Het is belangrijk om te begrijpen dat machines in de praktijk zelden slechts aan één storing lijden. Vaak is het spectrum een combinatie van tekenen van verschillende defecten, zoals onbalans en verkeerde uitlijning. Dit kan verwarrend zijn voor een beginnende diagnosticus. In dergelijke gevallen geldt een eenvoudige regel: pak eerst het probleem aan dat overeenkomt met de piek met de grootste amplitude. Vaak veroorzaakt één ernstige storing (bijv. ernstige verkeerde uitlijning) secundaire problemen, zoals verhoogde lagerslijtage of losrakende bevestigingsmiddelen. Door de hoofdoorzaak aan te pakken, kunt u het optreden van secundaire defecten aanzienlijk verminderen.

Sectie 4: Praktische aanbevelingen en volgende stappen

Nu u de basisprincipes van spectruminterpretatie onder de knie hebt, hebt u de eerste en belangrijkste stap gezet. Nu is het noodzakelijk om deze kennis te integreren in uw dagelijkse onderhoudspraktijk. Dit onderdeel is gewijd aan hoe u van eenmalige metingen overstapt naar een systematische aanpak en hoe u de verkregen gegevens kunt gebruiken om weloverwogen beslissingen te nemen.

4.1. Van enkele meting naar monitoring: de kracht van trends

Een enkel spectrum is slechts een momentopname van de toestand van de machine op een bepaald moment. Het kan zeer informatief zijn, maar de werkelijke waarde ervan komt pas aan het licht wanneer het wordt vergeleken met eerdere metingen. Dit proces wordt conditiebewaking of trendanalyse genoemd.

Het idee is heel eenvoudig: in plaats van de conditie van de machine te beoordelen op basis van absolute trillingswaarden ("goed" of "slecht"), volgt u hoe deze waarden in de loop van de tijd veranderen. Een langzame, geleidelijke toename van de amplitude bij een bepaalde frequentie duidt op systematische slijtage, terwijl een plotselinge sprong een alarmsignaal is dat wijst op de snelle ontwikkeling van een defect.

Praktische tip:

• Creëer een basisspectrum: Voer een grondige meting uit op nieuwe, recent gerepareerde of goed werkende apparatuur. Sla deze gegevens (spectra en numerieke waarden) op in het programmaarchief van de Balanset-1A. Dit is uw "gezondheidsbenchmark" voor deze machine.
• Periodiciteit vaststellen: Bepaal hoe vaak u controlemetingen uitvoert. Voor kritieke apparatuur kan dit eens per twee weken zijn; voor hulpapparatuur eens per maand of kwartaal.
• Zorg voor herhaalbaarheid: Voer elke keer metingen uit op dezelfde punten, in dezelfde richtingen en, indien mogelijk, onder dezelfde bedrijfsomstandigheden van de machine (belasting, temperatuur).
• Vergelijken en analyseren: Vergelijk na elke nieuwe meting het verkregen spectrum met de basislijn en de vorige. Let niet alleen op het verschijnen van nieuwe pieken, maar ook op de toename in amplitude van bestaande pieken. Een sterke toename in de amplitude van een piek (bijvoorbeeld twee keer zo sterk als bij de vorige meting) is een betrouwbaar signaal voor een zich ontwikkelend defect, zelfs als de absolute trillingswaarde nog steeds binnen de acceptabele grenzen van de ISO-normen ligt.

4.2. Wanneer moet je een balans opmaken en wanneer moet je naar een andere oorzaak zoeken?

Het uiteindelijke doel van diagnostiek is niet alleen het vinden van een defect, maar ook het nemen van de juiste beslissing over de benodigde acties. Op basis van spectrumanalyse kan een eenvoudig en effectief besluitvormingsalgoritme worden gebouwd.

Actie-algoritme gebaseerd op spectrumanalyse:

1. Verkrijg een spectrum van hoge kwaliteit met Balanset-1A, bij voorkeur in de modus "Grafieken" (F8), door metingen uit te voeren in zowel radiale als axiale richting.
2. Identificeer de piek met de grootste amplitude. Deze geeft het dominante probleem aan dat als eerste moet worden aangepakt.
3. Bepaal het type storing aan de hand van de frequentie van deze piek:
   • Als de 1x-piek domineert: De meest waarschijnlijke oorzaak is onevenwichtigheid.
     Actie: Voer een dynamische balanceringsprocedure uit met behulp van de functionaliteit van het Balanset-1A-apparaat.
   • Als de 2x-piek domineert (vooral als deze in axiale richting hoog is): De meest waarschijnlijke oorzaak is een verkeerde uitlijning van de as.
     Actie: Balanceren is niet effectief. Het is noodzakelijk om de unit te stoppen en de as uit te lijnen.
   • Als een "bos" van veel harmonischen (1x, 2x, 3x,...) wordt waargenomen: De meest waarschijnlijke oorzaak is mechanische losheid.
     Actie: Voer een visuele inspectie uit. Controleer alle bevestigingsbouten en draai ze vast. Inspecteer het frame en de fundering op scheuren.
   • Als niet-synchrone pieken domineren in het midden- of hoge frequentiebereik: De meest waarschijnlijke oorzaak is een defect aan het wentellager.
     Actie: Controleer de smering in de lagereenheid. Plan de vervanging van het lager. Verhoog de frequentie van de controle van deze eenheid om de snelheid waarmee defecten zich ontwikkelen te volgen.
   • Als de tandwielfrequentie (GMF) met zijbanden domineert: De meest waarschijnlijke oorzaak is een defect aan de versnelling.
     Actie: Controleer de olieconditie in de versnellingsbak. Plan een versnellingsbakinspectie om slijtage of schade aan de tanden te beoordelen.

Met dit eenvoudige algoritme kunt u de overgang maken van abstracte analyses naar concrete, gerichte onderhoudsacties. Dit is het uiteindelijke doel van alle diagnostische werkzaamheden.

Conclusie

De Balanset-1A, oorspronkelijk ontworpen als een gespecialiseerd hulpmiddel voor balanceren, heeft een aanzienlijk groter potentieel. De mogelijkheid om trillingsspectra te verkrijgen en weer te geven, maakt het tot een krachtige instapmodel trillingsanalysator. Dit artikel was bedoeld als een brug tussen de operationele mogelijkheden van het apparaat zoals beschreven in de handleiding en de fundamentele kennis die nodig is voor het interpreteren van de verkregen gegevens uit uw trillingsanalysesessies.

Het beheersen van de basisvaardigheden van spectrumanalyse gaat niet alleen over het bestuderen van de theorie, maar ook over het verkrijgen van een praktisch hulpmiddel om de efficiëntie van je werk te verhogen. Begrijpen hoe verschillende fouten – onbalans, verkeerde uitlijning, losheid en lagerdefecten – zich manifesteren als unieke "vingerafdrukken" op het trillingsspectrum, stelt je in staat om in een draaiende machine te kijken zonder deze te demonteren.

Belangrijkste punten uit deze gids:

• Trillingen zijn informatie. Elke piek in het spectrum bevat informatie over een specifiek proces dat zich in het mechanisme afspeelt.
• FFT is uw vertaler. Fast Fourier Transform vertaalt de complexe en chaotische taal van trillingen naar de eenvoudige en begrijpelijke taal van frequenties en amplitudes.
• Diagnostiek is patroonherkenning. Door te leren hoe u karakteristieke spectrale patronen voor grote defecten kunt identificeren, kunt u snel en nauwkeurig de oorzaak van toegenomen trillingen vaststellen.
• Trends zijn belangrijker dan absolute waarden. Regelmatige controle en vergelijking van actuele gegevens met basisgegevens vormen de basis van een voorspellende aanpak, waardoor problemen in een zo vroeg mogelijk stadium kunnen worden geïdentificeerd.

De weg naar een zelfverzekerde en competente trillingsanalist vergt tijd en oefening. Wees niet bang om te experimenteren, gegevens van verschillende apparatuur te verzamelen en uw eigen bibliotheek met "gezondheidsspectra" en "ziektespectra" aan te leggen. Deze gids biedt u een kaart en kompas. Gebruik Balanset-1A niet alleen om symptomen te "behandelen" door te balanceren, maar ook om een nauwkeurige "diagnose" te stellen. Deze aanpak stelt u in staat de betrouwbaarheid van uw apparatuur aanzienlijk te verhogen, het aantal noodstops te verminderen en een kwalitatief nieuw onderhoudsniveau te bereiken.