Schwingungsanalyse an elektrischen Maschinen

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1 Schwingungsanalyse an elektrischen Maschinen Wolfgang Hüttl Oskar-von-Miller Str. 2, D Neusäß Tel.: , Fax: Internet: 1. Unterscheidung Maschinenschwingung / Körperschall 1.1 Unterscheidung der hauptsächlichen Schwingungsvarianten. Für die Schwingungsanalyse sind die Maschinenschwingung (Maschinendiagnose) und der Körperschall (Wälzlagerdiagnose) die maßgeblichen Größen zur Beurteileung des Maschinenzustandes. Der Frequenzbereich beginnt dabei bei wenigen Herz und endet bei ca. 40 khz. Dies bedingt eine angepasste Sensorik und Auswertemethoden.

2 1.2 Maschinenschwingung Maschinenschwingungen bilden unter anderem folgende Fehler ab: 1.3 Körperschall (ca. 36 khz) Der Körperschall (Stoßimpuls) an Wälzlagern lässt folgende Fehler erkennen:

3 2. Sensorik und Adaption 2.1 Maschinenschwingung Zur Erfassung von Maschinenschwingungen werden neben Weg- und Geschwindigkeitssensoren meist piezoelektrische Beschleunigungssensoren verwendet. Das erzeugte Signal wird anschlißend verarbeitet und als Schwinggeschwindigkeit, Schwingweg oder Schwingbeschleunigung dargestellt. Für die Erfassung kann von einfachen Handsonden über Magnetaufnehmer bis hin zu festmontierten Fernaufnehmern nahezu jede Adaption gewählt werden, solange keine unzulässige Dämpfung oder Resonanz auftritt. 2.2 Körperschall Zur Erfassung von Körperschall werden ebenfalls piezoelektrische Beschleunigungssensoren mit spezieller Resonanzfrequenz (um 36 khz) verwendet. Die Ankopplung stellt hierbei höhere Anforderungen als bei der Messung von Maschinenschwingungen. Eine Berücksichtigung der Signaldämpfung und Sensorankopplung ist bei der Auswertung nötig (wird meist in der Software hinterlegt).

4 3. Auswertung und Analyse 3.1 Kennwerte Als Kennwerte werden Summenschwingwerte und Stoßimpulswerte bezeichnet. Summenschwingwerte, meist als Schwinggeschwindigkeit [mm/s], werden als Effektivwert nach DIN bewertet. Stoßimpulswerte (SPM Schweden, Prüftechnik AG) bestehen aus einem Teppichwert und einem Spitzenwert. Beide Werte werden als Trend verfolgt und bewertet.

5 3.2 Frequenzspektren, Lagerhüllkurven Erhöhte Schwingungs- und oder Stoßimpulswerte deuten auf ein Problem hin, lokalisieren dies jedoch nicht. Zur genaueren Bestimmung von Fehlern ist es nötig die Verursacher und Herkunft von Störungen zu ermitteln. Dazu wird aus dem aufgezeichneten Zeitsignal der Sensorik über eine FFT (Fast Fourier Transformation) ein Frequenzspektrum abgeleitet. Im Spektrum zeichnen sich Frequenzpeaks ab die bei bekannter Maschinendrehzahl Fehlerursachen, wie z.b einer Unwucht oder Ausrichtfehler, zugeordnet werden können. Zur Ermittlung von Wälzlagerschäden wird eine Wälzlagerhüllkurve verwendet. Hierin zeichnen sich Lagerschäden, gekennzeichnet durch Überrollfrequenzen am Außen-, am Innenring, der Wälzkörper und des Käfigs, ab. Die Überrollfrequenzen werden aus der Geometrie der Lager und der Drehzahl ermittelt. Dieses Frequenzmuster wird mit der Lagerhüllkurve verglichen.

6 4. Besondere Möglichkeiten der Schwingungsanalyse 4.1 Betriebswuchten Durch die Auswertung des Frequenzspektrums einer Maschine können drehfrequente Schwingungen einer Unwucht zugeordnet werden. Durch geeignete Ausrüstung lassen sich Winkel (Phase) und Betrag der Unwucht, auch in mehreren Ebenen, bestimmen und ausgleichen. Im Allgemeinen kann mit 3 bis 4 Wuchtläufen, bestehend aus: 1. Ermittlung der Urunwucht, 2. Einbau einer Testmasse, 3. Erster Korrekturlauf und ggf. 4. Zweiter Korrekturlauf eine deutliche Verringerung (ca. ¼ der Ausgangsamplitude) erreicht werden. 4.2 Ermittlung von Frequenzen der Bauteilresonanz Durch Auslaufversuche bei denen die Schwingungsamplitude eines ausgewählten Messpunktes über die Drehzahl aufgetragen wird kann die Frequenz die zur Anregung führt ermittelt werden. Daraus können konstruktive Maßnahmen abgeleitet werden. Auch mittels Anschlagversuche kann die Resonanzfrequenz eines Bauteils ermittelt werden. Neben konstruktiven Maßnahmen können z.b. auch kritische Drehzahlen im Betrieb ausgeblendet werden. Literatur Schwingungsseminar Level1,