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Vibrationssensoren für Pumpen und Motoren: Lagerzustand und Unwucht früh erkennen

Veröffentlicht am von Lukas Achtelik
HySense VB110 Vibrationssensor zur Früherkennung von Unwucht und Lagerfehlern an Pumpe und Motor
→ Produktkategorie: Vibrationssensoren

 

Pumpen, Elektromotoren, Lüfter, Verdichter und Getriebe erzeugen während des normalen Betriebs mechanische Schwingungen. Ein vollkommen vibrationsfreier Lauf ist bei rotierenden Maschinen weder realistisch noch erforderlich. Entscheidend ist vielmehr, ob sich die Schwingung gegenüber dem bekannten Normalzustand verändert.

Eine zunehmende Unwucht, eine fehlerhafte Kupplungsausrichtung, ein lockerer Maschinenfuß oder ein beginnender Lagerschaden verändert Amplitude, Frequenz und Richtung der Schwingung. Diese Veränderungen treten häufig auf, bevor Temperaturanstieg, Geräusch oder Leistungsverlust deutlich erkennbar werden.

Vibrationssensoren machen solche Zustandsänderungen messbar. Sie erfassen je nach Ausführung Schwingbeschleunigung, Schwinggeschwindigkeit oder Schwingweg und stellen die Werte einem mobilen Messgerät, Datenlogger, einer SPS oder einem Condition-Monitoring-System zur Verfügung.

Eine einzelne Schwingungsmessung erlaubt jedoch nicht automatisch eine eindeutige Fehlerdiagnose. Derselbe Gesamtwert kann durch unterschiedliche Ursachen entstehen. Für eine belastbare Bewertung müssen Messgröße, Frequenzbereich, Sensorposition, Befestigung, Maschinenzustand und zeitliche Entwicklung gemeinsam betrachtet werden.

Besonders wichtig ist die Unterscheidung zwischen einer allgemeinen Maschinenzustandsüberwachung und einer detaillierten Lagerdiagnose. Die Schwinggeschwindigkeit eignet sich gut zur Beurteilung von Unwucht, Fehlausrichtung und mechanischer Lockerung. Sehr frühe Wälzlagerschäden erzeugen dagegen häufig hochfrequente Impulse, die mit geeigneter Beschleunigungsmessung, Spektralanalyse oder Hüllkurvenverfahren untersucht werden.

Dieser Beitrag erklärt, wie Vibrationssensoren an Pumpen und Motoren eingesetzt werden, welche Messgrößen sich für unterschiedliche Fehlerbilder eignen und warum Messposition und Befestigung über die Aussagekraft entscheiden. Außerdem wird gezeigt, wie aus wiederholten Messungen eine praktikable zustandsorientierte Wartungsstrategie entsteht.

Inhaltsverzeichnis

Warum Pumpen und Motoren überwacht werden sollten

Rotierende Maschinen gehören in vielen Produktionsanlagen zu den betriebskritischen Komponenten. Fällt eine zentrale Kühlwasserpumpe, ein Prozesslüfter oder ein Antriebsmotor aus, kann dies die gesamte Anlage zum Stillstand bringen.

Viele Schäden entstehen nicht plötzlich aus einem vollständig unauffälligen Zustand. Sie entwickeln sich über einen längeren Zeitraum. Eine kleine Unwucht erhöht die Lagerbelastung, eine fehlerhafte Ausrichtung beansprucht Kupplung und Dichtungen, und eine unzureichende Schmierung kann schrittweise zu einem Lagerschaden führen.

Die Maschine kann während dieser Phase weiterhin ihre vorgesehene Fördermenge oder Antriebsleistung erbringen. Erst wenn sich das Problem verschärft, treten deutliches Geräusch, Erwärmung, Leckage oder Leistungsabfall auf.

Eine Vibrationsüberwachung soll diese Entwicklung früher sichtbar machen. Sie ermöglicht:

  • Abweichungen vom bekannten Normalzustand zu erkennen
  • Wartungen nach tatsächlichem Zustand zu planen
  • ungeplante Ausfälle zu reduzieren
  • Reparaturen während eines geplanten Stillstands vorzubereiten
  • die Wirkung von Ausrichtung, Wuchten oder Lagerwechsel zu überprüfen

Die Messung ersetzt jedoch keine fachgerechte mechanische Diagnose. Sie liefert ein objektives Signal, aus dem zusammen mit Drehzahl, Prozesszustand, Temperatur und Maschinenaufbau eine Ursache abgeleitet werden kann.

Was mechanische Schwingung bedeutet

Eine mechanische Schwingung ist eine zeitlich veränderliche Bewegung um eine Ruhelage. Bei einer rotierenden Maschine entsteht sie unter anderem durch wechselnde Kräfte aus Rotor, Welle, Kupplung, Lagerung, Elektromagnetismus und dem geförderten Medium.

Die Schwingung besitzt drei wesentliche Merkmale:

  • Amplitude: Wie stark ist die Bewegung?
  • Frequenz: Wie häufig wiederholt sich die Bewegung pro Sekunde?
  • Phase: In welchem zeitlichen Verhältnis steht die Bewegung zu einer Referenz?

Die Frequenz wird in Hertz angegeben. Ein Ereignis mit 25 Hz wiederholt sich 25-mal pro Sekunde.

Bei einer Maschine mit 1.500 Umdrehungen pro Minute beträgt die Drehfrequenz:

1.500 min−1 ÷ 60 = 25 Hz

Eine ausgeprägte Schwingung bei 25 Hz wird als 1×-Drehfrequenz bezeichnet. Peaks bei 50 oder 75 Hz entsprechen in diesem Beispiel der zweifachen beziehungsweise dreifachen Drehfrequenz.

Diese Beziehung ist für die Diagnose wichtig, weil bestimmte Fehler häufig charakteristische Frequenzmuster erzeugen.

Schwingweg, Schwinggeschwindigkeit und Beschleunigung

Dieselbe Schwingbewegung kann als Weg, Geschwindigkeit oder Beschleunigung beschrieben werden. Die Messgrößen sind mathematisch miteinander verbunden, betonen aber unterschiedliche Frequenzbereiche.

Messgröße Typische Einheit Typischer Einsatz
Schwingweg µm oder mm Langsame Bewegungen, Wellenschwingung, Gleitlager und große Maschinen
Schwinggeschwindigkeit mm/s Allgemeiner Maschinenzustand, Unwucht, Fehlausrichtung und Lockerung
Schwingbeschleunigung m/s² oder g Höherfrequente Ereignisse, Stöße und Wälzlagerdiagnose

Die Schwinggeschwindigkeit wird häufig als Effektivwert angegeben. Sie bildet einen großen Bereich typischer mechanischer Maschinenfehler gut ab und wird deshalb häufig für die allgemeine Zustandsbewertung verwendet.

Die Beschleunigung reagiert stärker auf schnelle Änderungen und kurze Impulse. Schäden an Laufbahnen oder Wälzkörpern erzeugen bei jedem Überrollen einen Stoß. Diese Impulse können im Beschleunigungssignal früh sichtbar sein, obwohl die allgemeine Schwinggeschwindigkeit noch relativ unauffällig ist.

Der Schwingweg ist besonders bei niedrigen Frequenzen und großen Bewegungsamplituden aussagekräftig. Bei schnell laufenden kleinen Pumpen und Motoren ist er für die allgemeine Gehäuseüberwachung meist weniger geeignet als Geschwindigkeit oder Beschleunigung.

Eine einzelne Messgröße deckt daher nicht jedes Fehlerbild gleich gut ab. Für einfache Überwachung genügt häufig ein Gesamtwert der Schwinggeschwindigkeit. Für eine tiefergehende Diagnose werden zusätzlich Beschleunigung, Spektrum und gegebenenfalls Hüllkurvenkennwerte benötigt.

Gesamtwert und Frequenzspektrum unterscheiden

Ein Gesamtschwingwert fasst die Schwingungsenergie innerhalb eines definierten Frequenzbereichs zu einer Zahl zusammen. Er ist einfach zu überwachen und eignet sich gut für Trendverläufe und Alarmgrenzen.

Steigt der Gesamtwert, zeigt dies eine Veränderung des Maschinenzustands. Die Zahl allein erklärt jedoch nicht, welche Ursache dahintersteht.

Ein Frequenzspektrum zerlegt das Signal in einzelne Frequenzanteile. Dadurch lässt sich erkennen, ob die Schwingung überwiegend bei der Drehfrequenz, bei deren Vielfachen, bei einer Schaufelpassierfrequenz oder in einem höherfrequenten Lagerbereich auftritt.

Vereinfacht gilt:

  • Ein dominanter 1×-Anteil kann auf Unwucht hinweisen.
  • Ausgeprägte axiale Anteile und mehrere Drehzahlharmonische können auf Fehlausrichtung hinweisen.
  • Viele Harmonische können bei mechanischer Lockerung auftreten.
  • Hochfrequente, nicht drehzahlsynchrone Anteile können auf Wälzlager- oder Zahnflankenprobleme hinweisen.

Diese Muster sind Hinweise und keine alleinige Beweisführung. Maschinenbauart, Last, Fundament, Resonanzen und Messposition können das Spektrum stark beeinflussen.

Unwucht erkennen

Bei einer Unwucht liegt der Massenschwerpunkt des rotierenden Bauteils nicht exakt auf der Drehachse. Mit jeder Umdrehung entsteht dadurch eine Fliehkraft.

Mögliche Ursachen sind:

  • Ablagerungen am Laufrad
  • ungleichmäßiger Verschleiß
  • beschädigte Lüfter- oder Pumpenschaufeln
  • Montagefehler
  • Materialverlust
  • ungenaues Auswuchten nach einer Reparatur

Eine Unwucht zeigt sich häufig durch eine ausgeprägte radiale Schwingung bei der einfachen Drehfrequenz. Die Amplitude nimmt mit steigender Drehzahl deutlich zu.

Bei einer frequenzgeregelten Pumpe kann deshalb beobachtet werden, dass die Schwingung bei niedriger Drehzahl noch unauffällig und bei hoher Drehzahl deutlich ausgeprägt ist.

Ein einzelner 1×-Peak beweist dennoch keine Unwucht. Auch eine verbogene Welle, Exzentrizität oder eine strukturelle Resonanz kann einen starken drehzahlsynchronen Anteil erzeugen.

Fehlausrichtung von Motor und Pumpe

Bei gekuppelten Maschinen müssen Motor- und Pumpenwelle innerhalb der zulässigen Grenzen fluchten. Unterschieden werden paralleler Versatz, Winkelversatz und Mischformen.

Eine Fehlausrichtung erzeugt zusätzliche Kräfte in Kupplung, Wellen und Lagern. Sie kann zu erhöhtem Verschleiß, Dichtungsschäden, Erwärmung und Energieverlusten führen.

Typische Hinweise können sein:

  • erhöhte axiale Schwingung
  • deutliche Anteile bei 1× und 2× Drehfrequenz
  • unterschiedliche Schwingungswerte an den gekuppelten Lagerstellen
  • erhöhte Kupplungs- oder Lagertemperatur
  • wiederkehrende Schäden an Dichtungen oder Kupplungselementen

Die Ausrichtung sollte unter Berücksichtigung des tatsächlichen Betriebszustands erfolgen. Thermische Ausdehnung, Rohrkräfte und Fundamentbewegung können dazu führen, dass eine im Stillstand korrekt ausgerichtete Maschine im warmen Betrieb nicht mehr optimal fluchtet.

Nach einer Laserausrichtung ist eine erneute Schwingungsmessung sinnvoll. Sie zeigt, ob sich die Maßnahme im realen Betrieb positiv ausgewirkt hat.

Wälzlagerfehler frühzeitig erkennen

Wälzlager bestehen aus Innenring, Außenring, Wälzkörpern und Käfig. Lokale Schäden an diesen Bauteilen erzeugen bei jedem Überrollen kleine mechanische Impulse.

Die zugehörigen Fehlerfrequenzen hängen von:

  • Drehzahl
  • Anzahl und Durchmesser der Wälzkörper
  • Teilkreisdurchmesser
  • Kontaktwinkel

ab. Sie stimmen daher häufig nicht exakt mit der einfachen Drehfrequenz überein.

In einer frühen Schadensphase ist die freigesetzte Energie gering und liegt häufig in einem höheren Frequenzbereich. Der allgemeine Schwinggeschwindigkeitswert kann zu diesem Zeitpunkt noch unauffällig sein.

Geeignete Verfahren für eine frühe Lagerdiagnose sind unter anderem:

  • hochfrequente Beschleunigungsmessung
  • Hüllkurvenanalyse
  • Stoßimpuls- oder vergleichbare Lagerkennwerte
  • Frequenzspektrum mit bekannten Lagergeometriedaten
  • Trendvergleich unter gleichbleibenden Betriebsbedingungen

Mit fortschreitendem Schaden steigen häufig auch die breitbandige Beschleunigung, Schwinggeschwindigkeit, Geräuschentwicklung und Temperatur.

Ein Sensor mit einem Frequenzbereich von lediglich 1 bis 100 Hz kann niederfrequente Maschinenbewegungen und Unwucht gut erfassen, bildet aber die hochfrequenten Impulse eines sehr frühen Wälzlagerschadens gegebenenfalls nicht vollständig ab. Der benötigte Frequenzbereich muss deshalb aus dem Diagnoseziel abgeleitet werden.

Mechanische Lockerung und weicher Fuß

Lockere Fundamentschrauben, unzureichend befestigte Lagergehäuse oder Spiel in mechanischen Verbindungen können nichtlineare Schwingungsmuster erzeugen.

Häufig treten mehrere Harmonische der Drehfrequenz auf. Der Messwert kann zudem stark von Last, Richtung und Messposition abhängen.

Ein weicher Fuß liegt vor, wenn ein Maschinenfuß nicht plan auf dem Fundament aufliegt. Beim Anziehen der Schrauben wird das Maschinengehäuse verspannt. Dadurch können Ausrichtung, Lagerbelastung und Luftspalt im Motor verändert werden.

Eine auffällige Schwingung sollte deshalb nicht sofort durch Auswuchten behandelt werden. Zunächst sind Fundament, Schrauben, Unterlegbleche, Rohrkräfte und Kupplung zu prüfen.

Wird eine strukturelle Lockerung durch zusätzliches Wuchten überdeckt, kann die Maschine kurzfristig ruhiger laufen, während die eigentliche Ursache bestehen bleibt.

Resonanzen und kritische Drehzahlen

Jede mechanische Struktur besitzt Eigenfrequenzen. Wird eine Eigenfrequenz durch die Drehzahl oder eine andere periodische Kraft angeregt, kann die Schwingungsamplitude stark ansteigen.

Bei einer drehzahlgeregelten Maschine zeigt sich Resonanz häufig dadurch, dass die Schwingung nur innerhalb eines begrenzten Drehzahlbereichs besonders hoch ist.

Eine Maschine kann bei 1.200 und 1.800 min−1 ruhig laufen, bei 1.500 min−1 jedoch stark schwingen. Dies spricht eher für eine Resonanz als für eine einfache drehzahlunabhängige Unwucht.

Mögliche Gegenmaßnahmen sind:

  • Änderung der Struktursteifigkeit
  • Verbesserung des Fundaments
  • Veränderung der Masse
  • Vermeidung eines kritischen Drehzahlbereichs
  • Beseitigung der anregenden Kraft

Eine starke Resonanz kann kleine Erregerkräfte erheblich verstärken. Deshalb muss nicht jede hohe Schwingung automatisch einen großen Rotorfehler bedeuten.

Kavitation an Pumpen erkennen

Kavitation entsteht, wenn der lokale Druck im Medium unter den Dampfdruck fällt. Es bilden sich Dampfblasen, die in Bereichen höheren Drucks wieder zusammenbrechen.

Das Kollabieren der Blasen erzeugt Druckstöße, Geräusch und breitbandige Schwingung. Langfristig können Laufrad, Gehäuse und Dichtungen beschädigt werden.

Mögliche Ursachen sind:

  • unzureichender Zulaufdruck
  • verstopfte Saugleitung oder Filter
  • zu hohe Mediumtemperatur
  • zu hohe Pumpendrehzahl
  • ungeeigneter Betriebspunkt
  • Lufteintrag

Eine reine Vibrationsmessung kann auf Kavitation hinweisen, sollte aber mit Prozesswerten kombiniert werden. Saugdruck, Förderdruck, Durchfluss, Mediumtemperatur und Ventilstellung helfen, die Ursache einzugrenzen.

Kavitation darf nicht ausschließlich durch stärkere Dämpfung oder einen Alarmgrenzwert behandelt werden. Die hydraulischen Betriebsbedingungen der Pumpe müssen korrigiert werden.

Elektrische Motorfehler und Schwingung

Auch elektrische Probleme eines Motors können mechanische Schwingungen verursachen. Dazu gehören beispielsweise magnetische Unsymmetrien, Rotorstabfehler, Spannungsschwankungen oder ein ungleichmäßiger Luftspalt.

Bestimmte Fehler erzeugen Frequenzanteile in Verbindung mit Netzfrequenz, Polzahl und Schlupf.

Eine eindeutige Diagnose kann eine Kombination erfordern aus:

  • Schwingungsanalyse
  • Motorstromanalyse
  • Spannungs- und Netzqualitätsmessung
  • Temperaturmessung
  • Drehzahl- und Lastinformation

Eine rein mechanische Reparatur ist nicht zielführend, wenn die Schwingung durch die elektrische Versorgung oder einen internen Motorfehler verursacht wird.

Welche Arten von Vibrationssensoren es gibt

Für die Maschinenüberwachung werden unterschiedliche Sensorprinzipien eingesetzt.

Piezoelektrische Beschleunigungssensoren

Piezoelektrische Sensoren besitzen einen großen nutzbaren Frequenzbereich und eignen sich für dynamische Beschleunigungen. Sie werden häufig für Spektral- und Lagerdiagnosen eingesetzt.

Viele Ausführungen verwenden eine IEPE- beziehungsweise ICP-kompatible Versorgung. Das Auswertegerät muss dazu passen.

Kapazitive und MEMS-Sensoren

Kapazitive beziehungsweise MEMS-basierte Sensoren können bis zu sehr niedrigen Frequenzen und teilweise bis zur statischen Beschleunigung messen. Sie eignen sich für langsame Bewegungen, mobile Anwendungen und robuste Maschinenmessungen.

Der tatsächlich nutzbare Frequenzbereich ist modellspezifisch.

Schwinggeschwindigkeitssensoren

Geschwindigkeitssensoren geben direkt oder über integrierte Elektronik einen Wert in mm/s aus. Sie sind für die allgemeine Maschinenzustandsüberwachung einfach einzusetzen.

Schwingungstransmitter

Ein Transmitter verarbeitet das Sensorsignal bereits im Gerät und stellt beispielsweise ein 4–20-mA-Signal bereit. Dieses kann direkt an SPS, Anzeige oder Leitsystem angeschlossen werden.

Der Vorteil ist eine einfache Integration. Der Nachteil besteht darin, dass ein einzelner Gesamtwert weniger Diagnoseinformationen enthält als ein vollständiges Rohsignal oder Frequenzspektrum.

Den passenden Frequenzbereich auswählen

Der Frequenzbereich muss die für die Anwendung relevanten Fehlerfrequenzen enthalten.

Für eine langsam laufende Pumpe können tiefe Frequenzen entscheidend sein. Für einen schnell laufenden Motor und die frühe Lagerdiagnose werden deutlich höhere Frequenzen benötigt.

Der untere Frequenzbereich muss ausreichend niedrig sein, um die Drehfrequenz und gegebenenfalls langsamere Strukturbewegungen abzubilden.

Der obere Frequenzbereich muss ausreichend hoch sein für:

  • Lagerimpulse
  • Zahneingriffsfrequenzen
  • Kavitation
  • Schaufelpassierfrequenzen
  • hochfrequente Resonanzen

Ein breiter Frequenzbereich allein garantiert keine gute Messung. Sensor, Befestigung, Kabel, Abtastrate und Auswertegerät müssen den Bereich gemeinsam übertragen können.

Eine magnetische Befestigung kann die obere nutzbare Frequenz gegenüber einer festen Schraubmontage begrenzen. Dieser Einfluss muss bei hochfrequenten Diagnosen berücksichtigt werden.

Messbereich, Empfindlichkeit und Übersteuerung

Ein empfindlicher Sensor kann kleine Schwingungen gut erfassen, erreicht bei starken Stößen aber möglicherweise seine Messgrenze.

Ein Sensor mit sehr großem Messbereich ist gegen Übersteuerung robust, bietet bei kleinen Signalen jedoch gegebenenfalls eine geringere nutzbare Auflösung.

Bei der Auswahl müssen deshalb sowohl der normale Maschinenzustand als auch mögliche Anfahrvorgänge, Lastwechsel und Stöße berücksichtigt werden.

Ein übersteuerter Sensor kann abgeschnittene Signalspitzen und falsche Spektren erzeugen. Eine scheinbar konstante maximale Amplitude kann daher bedeuten, dass die Messkette bereits außerhalb ihres zulässigen Bereichs arbeitet.

Die richtige Messposition an Pumpe und Motor

Die Messposition entscheidet darüber, wie direkt die vom Lager und Rotor erzeugten Kräfte erfasst werden.

Der Sensor sollte möglichst nahe an einer tragenden Lagerstelle montiert werden. Dünne Abdeckbleche, Kühlrippen, Schutzhauben oder weit entfernte Rohrleitungen übertragen die Schwingung verändert und sind für eine reproduzierbare Maschinenbewertung meist ungeeignet.

Typische Messpunkte an einem gekuppelten Aggregat sind:

  • Motorlager auf Kupplungsseite
  • Motorlager auf Lüfterseite
  • Pumpenlager auf Kupplungsseite
  • Pumpenlager auf Laufradseite

Bei kleinen Blockpumpen sind nicht immer alle Lagerstellen separat zugänglich. Dann muss ein dauerhaft definierter Punkt am steifen Pumpen- oder Motorgehäuse gewählt werden.

Die Position sollte dauerhaft markiert oder in einer Messstellenzeichnung dokumentiert werden. Bereits wenige Zentimeter Unterschied können bei strukturellen Resonanzen zu deutlich anderen Messwerten führen.

Radial, horizontal, vertikal und axial messen

Schwingungen treten in unterschiedlichen Richtungen auf. Für eine vollständige Beurteilung werden an Lagerstellen häufig horizontale, vertikale und axiale Messungen durchgeführt.

Radiale Messungen erfassen Bewegungen quer zur Wellenachse. Sie reagieren häufig deutlich auf Unwucht, Lagerkräfte und Fundamentsteifigkeit.

Axiale Messungen erfolgen parallel zur Welle. Sie sind besonders relevant für Fehlausrichtung, Axialkräfte, Kupplungsprobleme und bestimmte Lagerfehler.

Die horizontale und vertikale Schwingung können sich unterscheiden, weil Fundament und Maschinenstruktur in beiden Richtungen unterschiedliche Steifigkeiten besitzen.

Ein einzelner Sensor in nur einer Richtung kann eine wichtige Zustandsänderung übersehen. Für eine einfache Dauerüberwachung wird deshalb der kritischste Messpunkt gewählt oder ein mehrachsiger Sensor eingesetzt.

Schraub-, Klebe- und Magnetmontage vergleichen

Montageart Vorteile Grenzen
Gewindebolzen Sehr steife und reproduzierbare Ankopplung, guter Hochfrequenzbereich Vorbereitete Montagefläche und Gewinde erforderlich
Klebeadapter Dauerhafte Montage ohne Gewindebohrung möglich Klebstoff, Temperatur und Oberflächenvorbereitung müssen passen
Magnetfuß Schnelle mobile Messung und einfacher Wechsel zwischen Messstellen Nur auf ferromagnetischen Flächen, begrenzte Reproduzierbarkeit und Bandbreite
Handmessspitze Sehr schnelle orientierende Kontrolle Stark bedienerabhängig und für Trends nur eingeschränkt geeignet

Für eine kontinuierliche Überwachung und hochfrequente Lagerdiagnose ist eine feste Montage in der Regel vorzuziehen.

Für periodische Messrouten an vielen Maschinen kann ein Magnetfuß wirtschaftlich und ausreichend sein, sofern Messpunkt und Ausrichtung reproduzierbar festgelegt werden.

Magnetische Montage richtig einsetzen

Ein Magnetfuß ermöglicht es, den Sensor ohne Werkzeug an einer metallischen Maschine anzubringen. Dies ist besonders praktisch für Serviceeinsätze und Vergleichsmessungen.

Die Fläche muss:

  • ferromagnetisch
  • sauber
  • eben
  • frei von losem Rost
  • ausreichend steif

sein. Dicke Lackschichten, gekrümmte Flächen und Unebenheiten verschlechtern die mechanische Ankopplung.

Der Sensor muss bei jeder Messung an derselben Stelle und in derselben Richtung montiert werden. Wird er einmal horizontal und beim nächsten Rundgang leicht verdreht angebracht, sind die Werte nur eingeschränkt vergleichbar.

Ein Magnet darf nicht auf dünne Lüfterhauben oder lose Schutzbleche gesetzt werden. Dort misst der Sensor überwiegend die Resonanz des Blechs und nicht den eigentlichen Lagerzustand.

Bei sehr starken Schwingungen oder Stößen muss außerdem sichergestellt sein, dass der Magnet sicher hält.

Montagefläche und mechanische Ankopplung

Zwischen Maschinengehäuse und Sensorelement darf keine unnötig weiche oder lose Verbindung liegen. Jede Zwischenlage wirkt wie ein mechanischer Filter.

Eine dicke Lackschicht, eine nicht plane Auflage oder ein lockerer Adapter kann insbesondere hohe Frequenzen dämpfen.

Für feste Sensoren sollte die Montagefläche nach Herstellervorgabe vorbereitet werden. Sie muss ausreichend groß, plan und frei von Graten sein.

Das Anzugsdrehmoment eines Gewindesensors ist ebenfalls relevant. Zu geringes Drehmoment führt zu schlechter Ankopplung, während zu hohes Drehmoment Sensor oder Gewinde beschädigen kann.

Kabel, Zugentlastung und EMV

Das Sensorkabel darf keine mechanischen Kräfte auf den Sensor übertragen. Ein schwingendes oder straff gespanntes Kabel kann zusätzliche Signale erzeugen und die Befestigung belasten.

Das Kabel sollte nahe am Sensor zugentlastet werden, ohne die Maschinenbewegung zu behindern.

Bei empfindlichen Analog- oder Frequenzsignalen sind Kabeltyp, Abschirmung und maximale Länge zu beachten. Parallel verlaufende Motor- und Frequenzumrichterleitungen können elektrische Störungen einkoppeln.

Bei einer Dauermessung muss die Leitung zusätzlich gegen:

  • Öl
  • Wärme
  • Feuchtigkeit
  • Scheuern
  • bewegliche Maschinenteile

geschützt werden.

Betriebszustand und Vergleichbarkeit

Schwingungswerte hängen stark von Drehzahl, Last, Fördermenge und Prozessbedingungen ab.

Eine Pumpe kann bei ihrem optimalen Betriebspunkt ruhig laufen und bei stark gedrosseltem Durchfluss deutlich höhere hydraulische Kräfte erzeugen.

Für einen belastbaren Trend sollten Vergleichsmessungen möglichst unter ähnlichen Bedingungen durchgeführt werden:

  • gleiche Drehzahl
  • vergleichbare Last
  • gleiche Ventilstellung oder Fördermenge
  • vergleichbare Mediumtemperatur
  • gleicher Betriebszustand nach ausreichender Warmlaufzeit

Wird die Drehzahl regelmäßig verändert, sollten die Betriebsdaten zusammen mit der Schwingung gespeichert werden.

Ein erhöhter Messwert bei höherer Drehzahl bedeutet nicht automatisch eine Verschlechterung. Erst der Vergleich bei gleichem Betriebspunkt zeigt eine echte Zustandsänderung.

Drehzahl als Bezugsgröße

Die aktuelle Drehzahl ist für die Frequenzanalyse besonders wichtig. Aus ihr wird die 1×-Drehfrequenz berechnet.

Bei einer festen Netzfrequenz ist die tatsächliche Motordrehzahl nicht immer exakt mit der synchronen Drehzahl identisch. Schlupf und Last verändern sie.

Bei Frequenzumrichterbetrieb kann sich die Drehzahl kontinuierlich ändern. Ein Drehzahlsignal oder Trigger erleichtert dann die Zuordnung von Frequenzanteilen.

Ohne verlässliche Drehzahlinformation können drehzahlsynchrone Fehler und nicht synchrone Lagerfrequenzen schwerer voneinander unterschieden werden.

Grenzwerte und ISO 20816 richtig einordnen

Die ISO-20816-Reihe enthält Leitlinien zur Bewertung von Maschinenschwingungen. Welche Normteile und Bewertungsbereiche anwendbar sind, hängt unter anderem von Maschinenart, Leistung, Drehzahl, Lagerung und Aufstellung ab.

Ein Grenzwert darf daher nicht allein aus einer allgemeinen Tabelle übernommen werden.

Zu berücksichtigen sind beispielsweise:

  • Motor- und Pumpenleistung
  • starres oder elastisches Fundament
  • Drehzahlbereich
  • Lagerbauart
  • Messgröße und Frequenzbereich
  • Messpunkt und Messrichtung
  • normaler Betriebszustand

Auch ein Wert innerhalb einer allgemeinen Normzone kann für eine Maschine auffällig sein, wenn er sich gegenüber dem langjährigen Normalwert deutlich erhöht hat.

Umgekehrt kann eine konstruktionsbedingt schwingungsstärkere Maschine dauerhaft stabil arbeiten, obwohl ihr absoluter Wert höher liegt als bei einer anderen Maschine.

Normwerte und individuelle Trends sollten deshalb gemeinsam bewertet werden.

Warum der Trend häufig wichtiger als ein Einzelwert ist

Eine Einzelmessung zeigt den aktuellen Zustand. Sie enthält jedoch noch keine Information darüber, ob der Wert normal, zunehmend oder nach einer Reparatur rückläufig ist.

Eine Trendkurve zeigt die Entwicklung über Wochen oder Monate. Dabei kann eine langsame, aber kontinuierliche Zunahme früh sichtbar werden.

Für einen zuverlässigen Trend müssen folgende Bedingungen möglichst konstant bleiben:

  • Messpunkt
  • Messrichtung
  • Sensor und Befestigung
  • Frequenzbereich
  • Auswertekennwert
  • Drehzahl und Last

Ein Sprung im Trend kann auch durch eine Änderung des Messverfahrens entstehen. Wird ein Magnetfuß durch eine Schraubmontage ersetzt oder der Frequenzbereich verändert, muss dies in der Dokumentation vermerkt werden.

Periodische Messrouten

Bei einer periodischen Messroute besucht ein Mitarbeiter die Maschinen in festgelegten Abständen und misst definierte Punkte.

Dieses Konzept eignet sich besonders für:

  • größere Maschinenbestände
  • weniger kritische Aggregate
  • gut zugängliche Messpunkte
  • Fehlerentwicklungen über Wochen oder Monate

Die Intervalle richten sich nach Maschinenkritikalität, bekannter Schadensentwicklung und betrieblicher Erfahrung.

Eine monatliche Messung kann für ein stabiles Nebenaggregat ausreichend sein. Bei einer kritischen Maschine mit bekanntem Lagerproblem kann eine deutlich häufigere Kontrolle erforderlich sein.

Mobile Sensoren mit Magnetfuß sind für Messrouten praktisch. Voraussetzung sind klar markierte Messpunkte und reproduzierbare Betriebsbedingungen.

Kontinuierliche Schwingungsüberwachung

Bei einer Dauerüberwachung verbleibt der Sensor an der Maschine. Die Werte werden fortlaufend oder in kurzen Abständen erfasst.

Dies ist besonders sinnvoll bei:

  • kritischen Pumpen und Motoren
  • schwer zugänglichen Maschinen
  • unbemannten Anlagen
  • schnell fortschreitenden Fehlern
  • stark wechselnden Betriebszuständen

Ein einfacher 4–20-mA-Schwingungstransmitter kann einen Gesamtwert an die SPS liefern. Dort lassen sich Trend, Voralarm und Hauptalarm abbilden.

Für detaillierte Diagnosen kann zusätzlich ein System erforderlich sein, das Zeitverläufe und Spektren speichert.

Eine kontinuierliche Messung erzeugt nicht automatisch eine vorausschauende Wartung. Erst durch geeignete Alarmregeln, Datenbewertung und definierte Reaktionen entsteht ein nutzbares Condition-Monitoring-System.

Datenlogger und Messintervall

Ein Datenlogger speichert Vibrationswerte zusammen mit Zeitstempel und gegebenenfalls weiteren Prozessgrößen.

Das erforderliche Messintervall hängt davon ab, ob ein langsam veränderlicher Gesamtwert oder das dynamische Rohsignal erfasst werden soll.

Für einen Trend des Schwinggeschwindigkeits-Gesamtwerts kann beispielsweise eine Messung alle paar Minuten oder zu definierten Betriebsphasen ausreichend sein.

Für eine Frequenzanalyse muss das Rohsignal mit einer Abtastrate erfasst werden, die deutlich oberhalb der höchsten interessierenden Frequenz liegt.

Ein Logger, der nur einmal pro Minute einen Einzelwert speichert, kann keinen vollständigen hochfrequenten Schwingungsverlauf aufzeichnen. Er kann jedoch einen zuvor im Sensor oder Messgerät berechneten Gesamtwert dokumentieren.

Speichergröße, Aufzeichnungsdauer und Datenmenge müssen deshalb aus der gewünschten Diagnosefunktion abgeleitet werden.

Voralarm, Hauptalarm und Abschaltung

Ein Condition-Monitoring-System kann unterschiedliche Alarmstufen verwenden.

Voralarm

Der Voralarm weist auf eine erkennbare Veränderung hin. Die Maschine kann häufig weiterlaufen, sollte aber geprüft und enger überwacht werden.

Hauptalarm

Der Hauptalarm zeigt eine deutliche Überschreitung oder schnelle Verschlechterung. Eine zeitnahe Wartung beziehungsweise kontrollierte Abschaltung muss vorbereitet werden.

Notabschaltung

Eine automatische Abschaltung ist nur bei entsprechend ausgelegten, sicherheitsgerichteten Systemen sinnvoll. Ein einfacher Vibrationssensor oder SPS-Alarm ist nicht automatisch eine zertifizierte Schutzfunktion.

Alarmgrenzen sollten nicht so eng eingestellt werden, dass jeder Lastwechsel eine Meldung erzeugt. Zu viele Fehlalarme führen häufig dazu, dass Meldungen ignoriert oder Grenzwerte unkontrolliert angehoben werden.

Gleichzeitig darf eine lange Verzögerung keinen schnell fortschreitenden Schaden verdecken. Kritische Maschinen können zusätzlich eine Änderungsrate überwachen.

Von der Messung zur Wartungsstrategie

Eine Vibrationsmessung schafft nur dann einen betrieblichen Nutzen, wenn auf Auffälligkeiten eine definierte Reaktion folgt.

Ein sinnvoller Ablauf umfasst:

  1. kritische Maschinen und typische Fehlerbilder bestimmen
  2. Messpunkte und Betriebsbedingungen dokumentieren
  3. Ausgangszustand beziehungsweise Baseline erfassen
  4. Messintervalle und Alarmgrenzen festlegen
  5. Trend regelmäßig bewerten
  6. bei Auffälligkeit eine detaillierte Diagnose durchführen
  7. Wartungsmaßnahme planen und Wirkung nachmessen

Eine zustandsorientierte Wartung bedeutet nicht, jedes Bauteil bis zum Ausfall zu betreiben. Sie soll vielmehr den optimalen Zeitpunkt zwischen unnötigem vorbeugendem Wechsel und ungeplantem Schaden finden.

Vibration mit Temperatur und Prozessdaten kombinieren

Vibrationsdaten werden aussagekräftiger, wenn sie zusammen mit weiteren Größen betrachtet werden.

Zusätzliche Messgröße Möglicher Nutzen
Lagertemperatur Hinweis auf Reibung, Schmierungsprobleme oder Überlastung
Drehzahl Zuordnung von Frequenzanteilen und Vergleich unterschiedlicher Betriebspunkte
Motorstrom Beurteilung der Last und möglicher elektrischer Fehler
Saug- und Förderdruck Erkennung hydraulischer Probleme und möglicher Kavitation
Durchfluss Bewertung des Pumpenbetriebspunkts
Ölzustand Zusätzlicher Hinweis auf Lager- und Getriebeverschleiß

Steigt beispielsweise die Vibration gleichzeitig mit Lagertemperatur und Motorstrom, spricht dies für ein anderes Fehlerbild als eine Vibrationserhöhung ausschließlich bei reduziertem Saugdruck.

Die kombinierte Betrachtung reduziert Fehlinterpretationen und erleichtert die Ursachenanalyse.

Systematische Diagnose auffälliger Schwingungen

Bei einem auffälligen Wert sollte nicht sofort ein Lager bestellt oder die Maschine ausgewuchtet werden.

Zunächst ist zu prüfen, ob die Messung selbst zuverlässig ist:

  1. Messpunkt kontrollieren: Wurde an derselben Position und Richtung gemessen?
  2. Sensorbefestigung prüfen: Sitzt Magnet, Adapter oder Gewinde fest?
  3. Betriebszustand vergleichen: Sind Drehzahl, Last und Fördermenge vergleichbar?
  4. Messung wiederholen: Ist der Wert reproduzierbar?
  5. Weitere Richtungen messen: Ist die Auffälligkeit radial oder axial?
  6. Benachbarte Lagerstellen vergleichen: Wo ist die Amplitude am höchsten?
  7. Spektrum analysieren: Welche Frequenzen haben sich verändert?
  8. Mechanik prüfen: Sind Schrauben, Fundament, Kupplung und Rohranschlüsse in Ordnung?
  9. Prozessdaten prüfen: Haben sich Druck, Durchfluss, Temperatur oder Drehzahl verändert?

Erst danach sollte eine konkrete Reparaturmaßnahme abgeleitet werden.

Typische Fehler bei der Schwingungsmessung

Fehler Mögliche Auswirkung Bessere Vorgehensweise
Messung auf einer dünnen Lüfterhaube Eigenresonanz des Blechs statt Lagerzustand Auf steifem Lager- oder Maschinengehäuse messen
Messpunkt wechselt bei jedem Rundgang Trendwerte sind nicht vergleichbar Messpunkte markieren und dokumentieren
Magnet auf verschmutzter oder gekrümmter Fläche Schlechte Ankopplung und gedämpfte Frequenzen Saubere, ebene und ausreichend große Fläche verwenden
Nur eine Messrichtung berücksichtigt Axiale oder richtungsabhängige Fehler bleiben unentdeckt Mindestens relevante radiale und axiale Richtungen vergleichen
Messungen bei unterschiedlicher Drehzahl verglichen Scheinbare Zustandsänderung durch Betriebspunkt Drehzahl und Last mit dokumentieren
Nur ein Gesamtwert gespeichert Ursache der Veränderung bleibt unklar Bei Auffälligkeit zusätzlich Spektrum und Zeitverlauf erfassen
Niederfrequenter Sensor für frühe Lagerdiagnose eingesetzt Hochfrequente Lagerimpulse werden nicht erfasst Frequenzbereich an Diagnoseziel anpassen
Frequenzbereich oder Filter verändert Sprung im Trend ohne echte Maschinenänderung Messparameter konstant halten und Änderungen dokumentieren
Sensorkabel nicht zugentlastet Kabelbewegung beeinflusst das Signal Kabel sicher und spannungsfrei führen
Alarmgrenze ohne Baseline festgelegt Zu viele Fehlalarme oder zu späte Warnung Normhinweise mit individuellem Maschinenzustand kombinieren
Hohe Vibration automatisch als Lagerfehler bewertet Unnötiger Lagerwechsel, eigentliche Ursache bleibt bestehen Unwucht, Ausrichtung, Lockerung, Resonanz und Prozess prüfen
Vibration durch starke Dämpfung geglättet Warnzeichen und schnelle Veränderungen werden verdeckt Ursache untersuchen und Filter begründet einstellen

Praxisbeispiel: Zunehmende Schwingung an einer Kreiselpumpe

In einer Produktionsanlage fördert eine horizontal aufgestellte Kreiselpumpe Kühlwasser. Motor und Pumpe sind über eine elastische Kupplung verbunden.

Im Rahmen einer monatlichen Messroute werden die Schwinggeschwindigkeitswerte an den vier Lagerstellen horizontal, vertikal und axial aufgenommen.

Über mehrere Monate bleiben die Werte stabil. Anschließend steigt die horizontale Schwingung am pumpenseitigen Lager schrittweise an. Die Werte am Motor verändern sich nur geringfügig.

Eine erste Sichtprüfung zeigt keine Leckage und keine auffällige Lagertemperatur. Die Fördermenge ist weiterhin ausreichend.

Im Frequenzspektrum dominiert die einfache Drehfrequenz. Der Wert steigt mit zunehmender Drehzahl deutlich an. Hochfrequente Lagerkennwerte bleiben dagegen weitgehend unverändert.

Dieses Muster spricht zunächst eher für eine Unwucht als für einen beginnenden Wälzlagerschaden.

Bei der Inspektion des Laufrads werden einseitige Ablagerungen festgestellt. Die Pumpe wird gereinigt und das Laufrad auf Beschädigungen kontrolliert.

Nach der Wiederinbetriebnahme sinkt die Schwingung deutlich, erreicht aber noch nicht den ursprünglichen Ausgangswert. Eine anschließende Überprüfung zeigt zusätzlich einen leichten Kupplungsversatz.

Motor und Pumpe werden neu ausgerichtet. Danach liegen die Werte wieder im Bereich der ursprünglichen Baseline.

Einige Monate später steigt die hochfrequente Beschleunigung am gleichen Lager an, während die Schwinggeschwindigkeit zunächst nahezu konstant bleibt. Eine detaillierte Hüllkurvenanalyse zeigt eine lagerbezogene Fehlerfrequenz.

Das Lager wird während eines geplanten Anlagenstillstands ausgetauscht. Bei der Demontage ist ein beginnender Laufbahnschaden erkennbar.

Das Beispiel zeigt, dass unterschiedliche Fehler nacheinander auftreten können. Der allgemeine Schwinggeschwindigkeitswert erkannte zunächst die Unwucht, während der spätere Lagerschaden erst durch eine höherfrequente Analyse frühzeitig sichtbar wurde.

Welche Angaben für die Sensorauswahl benötigt werden

Die Aussage „Vibrationssensor für eine Pumpe“ reicht für eine belastbare Auswahl nicht aus.

Benötigt werden mindestens:

  • Maschinenart und Hersteller
  • Motor- und Pumpenleistung
  • feste oder variable Drehzahl
  • minimaler und maximaler Drehzahlbereich
  • Lagerbauart
  • gewünschte Fehlererkennung
  • Gesamtwertüberwachung oder Frequenzdiagnose
  • periodische oder kontinuierliche Messung
  • gewünschte Messgröße
  • benötigter Frequenz- und Messbereich
  • Montagemöglichkeit und Oberfläche
  • Umgebungstemperatur und Schutzart
  • Öl-, Feuchte- oder Chemikalienbelastung
  • gewünschtes Ausgangssignal
  • vorhandenes Messgerät, Datenlogger oder SPS-System
  • erforderliche Kabellänge
  • Ex-Zone oder sonstige Zulassungen

Bei bestehenden Maschinen sind Fotos von Lagergehäuse, Montagefläche und Anschlussumgebung hilfreich.

Für eine Lagerdiagnose sollten außerdem Lagerbezeichnung, Drehzahl und Anzahl der Wälzkörper bekannt sein, damit charakteristische Fehlerfrequenzen berechnet werden können.

Welche Messgeräte / Produkte eignen sich?

Die Kategorie Schwingungsmessung / Vibrationssensoren enthält Sensoren und Signalaufbereitung für mobile Messungen und die Integration von Vibrationssignalen.

In der übergeordneten Kategorie Weg-, Kraft-, Drehzahl-, Drehmoment-, Neigungs- und Vibrationssensoren stehen zusätzlich Sensoren für Drehzahl, Position, Kraft und Drehmoment zur Verfügung. Diese Größen können für eine umfassende Maschinenzustandsüberwachung gemeinsam mit der Vibration erfasst werden.

Die Kategorie Datenlogger und Universalmessgeräte umfasst Systeme zur zeitlichen Aufzeichnung unterschiedlicher Messgrößen. Ob ein Logger ein dynamisches Vibrationssignal direkt erfassen kann, hängt von Eingang, Abtastrate und Software ab.

HySense VB110 kapazitiver Vibrationssensor

Der HySense VB110 ist ein kapazitiver Beschleunigungssensor für mobile Vibrationsmessungen unter industriellen Umgebungsbedingungen.

Der Sensor besitzt einen Frequenzbereich von 1 bis 100 Hz, einen Messbereich von ±50 g und ein Frequenzausgangssignal. Über den integrierten Magnetfuß kann er schnell an geeigneten metallischen Maschinenoberflächen befestigt werden.

Damit eignet sich der VB110 insbesondere für:

  • periodische Messungen an Pumpen, Motoren und mobilen Maschinen
  • Vergleichsmessungen an definierten Messpunkten
  • Erfassung von Unwucht und niederfrequenten Maschinenbewegungen
  • Messrouten mit kompatiblen Hydrotechnik-Messgeräten

Für eine sehr frühe Wälzlagerdiagnose muss geprüft werden, ob der Frequenzbereich bis 100 Hz für die erwarteten Lager- und Resonanzfrequenzen ausreicht. Je nach Maschine kann dafür ein breitbandiger piezoelektrischer Sensor mit geeigneter Hüllkurvenanalyse erforderlich sein.

HySense SC100 Signalwandler

Der HySense SC100 verarbeitet Frequenzsignale und stellt je nach Ausführung ein 4–20-mA-Ausgangssignal beziehungsweise eine Schaltfunktion zur Verfügung.

In Verbindung mit einem geeigneten Frequenzsensor kann er die Integration in SPS, Anzeige oder Datenlogger erleichtern.

Bei der Auslegung müssen Eingangsfrequenz, Skalierung, Versorgung, Kabellänge und gewünschter Ausgangsbereich aufeinander abgestimmt werden.

Ein umgewandelter 4–20-mA-Gesamtwert eignet sich gut für Trend und Alarmierung. Für eine detaillierte Spektraldiagnose muss das dynamische Sensorsignal jedoch in geeigneter Form verfügbar bleiben.

Messsysteme und Datenlogger

Für mobile Messrouten kann der Vibrationssensor an ein kompatibles Handmessgerät oder Mehrkanal-Messsystem angeschlossen werden. Dadurch können Vibrationswerte gemeinsam mit Drehzahl, Druck, Temperatur oder anderen Maschinenparametern aufgezeichnet werden.

Für eine dauerhafte Überwachung können je nach Anwendung stationäre Transmitter, Datenerfassungssysteme oder SPS-Eingänge verwendet werden.

Bei der Auswahl des Datenloggers ist zu unterscheiden, ob lediglich ein langsam veränderlicher Gesamtwert oder das vollständige dynamische Signal gespeichert werden soll.

Auswahl nach Diagnoseziel

Für die allgemeine Überwachung von Unwucht, Fehlausrichtung und Lockerung kann ein niederfrequenter Gesamtwert ausreichend sein.

Für die frühe Erkennung von Wälzlager- oder Getriebeschäden werden meist ein größerer Frequenzbereich, hohe Abtastrate und geeignete Analyseverfahren benötigt.

ICS Schneider Messtechnik unterstützt bei der Auswahl von Sensor, Befestigung, Signalwandler und Datenerfassung. Für eine technische Auslegung sollten Maschinenart, Drehzahlbereich, Diagnoseziel, Montagefläche, Umgebungsbedingungen und gewünschte Schnittstelle angegeben werden.

Fazit: Ein Vibrationssensor wird erst durch Messpunkt, Frequenzbereich und Trend aussagekräftig

Vibrationssensoren können Veränderungen an Pumpen und Motoren erkennen, bevor ein Schaden durch Geräusch, Temperatur oder Leistungsverlust offensichtlich wird.

Die Schwinggeschwindigkeit eignet sich besonders für die allgemeine Beurteilung von Unwucht, Fehlausrichtung und mechanischer Lockerung. Hochfrequente Beschleunigungs- und Hüllkurvenverfahren sind dagegen häufig besser für die frühe Erkennung von Wälzlagerschäden geeignet.

Der Sensor muss deshalb nach dem konkreten Diagnoseziel ausgewählt werden. Ein Frequenzbereich, der für die Rotordrehzahl ausreicht, kann für Lagerimpulse zu niedrig sein.

Ebenso entscheidend ist die mechanische Montage. Der Sensor sollte möglichst nahe an einer tragenden Lagerstelle auf einer steifen und reproduzierbaren Fläche befestigt werden.

Ein Magnetfuß erleichtert mobile Messrouten, kann aber gegenüber einer festen Gewindemontage die Reproduzierbarkeit und den nutzbaren Hochfrequenzbereich begrenzen.

Ein einzelner Messwert erlaubt nur eine begrenzte Bewertung. Der Trend unter vergleichbaren Betriebsbedingungen zeigt häufig früher und zuverlässiger, ob sich der Maschinenzustand verändert.

Grenzwerte aus der ISO-20816-Reihe können eine Orientierung geben, müssen aber zur konkreten Maschine, Messrichtung und Betriebsart passen. Individuelle Baseline, Trend und Normbewertung sollten gemeinsam verwendet werden.

Für eine belastbare Diagnose müssen Schwingung, Drehzahl, Last und Prozessbedingungen zusammen betrachtet werden. Bei Pumpen sind insbesondere Durchfluss, Saugdruck, Förderdruck und mögliche Kavitation relevant.

Eine wirksame zustandsorientierte Wartung entsteht erst, wenn Messpunkte, Intervalle, Alarmstufen und Reaktionen klar definiert sind und die Wirkung jeder Wartungsmaßnahme anschließend erneut gemessen wird.

Häufige Fragen zu Vibrationssensoren

Was misst ein Vibrationssensor?

Ein Vibrationssensor erfasst mechanische Schwingungen als Beschleunigung, Geschwindigkeit oder Weg und wandelt sie in ein elektrisches Signal um.

Warum sollte eine Pumpe auf Vibration überwacht werden?

Veränderungen können früh auf Unwucht, Fehlausrichtung, Lagerprobleme, Lockerung, Resonanz oder Kavitation hinweisen.

Warum sollte ein Elektromotor auf Schwingung überwacht werden?

Schwingungen geben Hinweise auf Rotorunwucht, Lagerzustand, Ausrichtung, Fundamentprobleme und bestimmte elektrische Fehler.

Welche Messgröße eignet sich für den allgemeinen Maschinenzustand?

Die Schwinggeschwindigkeit in mm/s wird häufig für die allgemeine Zustandsbewertung rotierender Maschinen verwendet.

Welche Messgröße eignet sich für Lagerfehler?

Für frühe Wälzlagerfehler ist häufig eine hochfrequente Beschleunigungsmessung mit Hüllkurven- oder Stoßimpulsanalyse besser geeignet.

Was ist der Unterschied zwischen Schwingweg und Schwinggeschwindigkeit?

Der Schwingweg beschreibt die Auslenkung. Die Schwinggeschwindigkeit beschreibt, wie schnell sich diese Auslenkung verändert und ist für viele allgemeine Maschinenfehler besonders aussagekräftig.

Was bedeutet g bei einem Beschleunigungssensor?

g ist die Erdbeschleunigung. Ein Wert von 1 g entspricht ungefähr 9,81 m/s².

Was bedeutet RMS bei einer Schwingungsmessung?

RMS bezeichnet den Effektivwert. Er beschreibt die energetische Wirkung eines wechselnden Signals innerhalb eines definierten Zeit- und Frequenzbereichs.

Was ist ein Peak-Wert?

Der Peak-Wert ist der größte momentane Ausschlag des Signals. Er reagiert stärker auf einzelne Stöße als ein Effektivwert.

Was ist Peak-to-Peak?

Peak-to-Peak beschreibt den Abstand zwischen dem größten positiven und dem größten negativen Ausschlag.

Was ist ein Schwingungsgesamtwert?

Er fasst die Schwingungsenergie innerhalb eines festgelegten Frequenzbereichs zu einer einzelnen Zahl zusammen.

Reicht der Gesamtwert für eine Fehlerdiagnose?

Für eine Zustandsänderung ja, für die eindeutige Ursache häufig nicht. Dafür sind Spektrum, Messrichtung und weitere Betriebsdaten erforderlich.

Was zeigt ein Frequenzspektrum?

Es zeigt, bei welchen Frequenzen die Schwingungsenergie auftritt und unterstützt dadurch die Zuordnung zu Drehzahl, Lager, Kupplung oder anderen Bauteilen.

Was bedeutet 1×-Drehfrequenz?

Dies ist die Frequenz, die der aktuellen Wellendrehzahl entspricht. Bei 1.500 min−1 beträgt sie 25 Hz.

Welche Schwingung ist typisch für Unwucht?

Unwucht erzeugt häufig eine dominante radiale Schwingung bei der einfachen Drehfrequenz.

Wie zeigt sich eine Fehlausrichtung?

Hinweise können erhöhte axiale Schwingung sowie deutliche Anteile bei einfacher und mehrfacher Drehfrequenz sein.

Wie zeigt sich mechanische Lockerung?

Typisch können mehrere Harmonische, stark richtungsabhängige Werte und wechselndes Verhalten unter Last sein.

Wie zeigt sich ein Lagerschaden?

Frühe Schäden erzeugen häufig hochfrequente Impulse. Später steigen oft auch Gesamtvibration, Geräusch und Temperatur.

Kann ein Lagerschaden vor einem Temperaturanstieg erkannt werden?

Ja. Geeignete Schwingungs- und Hüllkurvenverfahren können einen beginnenden Schaden erkennen, bevor eine deutliche Erwärmung auftritt.

Kann jede Vibration einem Lagerschaden zugeordnet werden?

Nein. Unwucht, Fehlausrichtung, Lockerung, Resonanz, Kavitation und Prozesskräfte können ähnliche Gesamtwerte erzeugen.

Was ist Kavitation?

Kavitation ist die Bildung und das anschließende Zusammenbrechen von Dampfblasen in einer Flüssigkeit infolge lokal zu niedrigen Drucks.

Kann Kavitation mit einem Vibrationssensor erkannt werden?

Sie kann breitbandige Schwingungen und Geräusche erzeugen. Für eine sichere Bewertung sollten zusätzlich Saugdruck, Förderdruck, Durchfluss und Temperatur betrachtet werden.

Was ist Resonanz?

Resonanz entsteht, wenn eine Anregungsfrequenz in der Nähe einer Eigenfrequenz der Maschine oder Struktur liegt und die Schwingung stark verstärkt wird.

Wie erkennt man eine Resonanz?

Die Schwingung steigt häufig nur in einem bestimmten Drehzahlbereich stark an und sinkt oberhalb beziehungsweise unterhalb dieses Bereichs wieder.

Wo wird ein Vibrationssensor an einer Pumpe montiert?

Möglichst nahe an den tragenden Lagerstellen auf einem steifen Pumpen- oder Lagergehäuse.

Wo wird der Sensor am Motor montiert?

Typische Punkte befinden sich an den Lagergehäusen auf Kupplungs- und Lüfterseite.

Darf auf der Lüfterhaube gemessen werden?

Für eine belastbare Lagerbewertung normalerweise nicht. Dünne Hauben besitzen eigene Resonanzen und verfälschen das Signal.

In welche Richtung sollte gemessen werden?

Je nach Aufgabe horizontal, vertikal und axial. Eine vollständige Diagnose benötigt häufig mehrere Richtungen.

Warum ist die axiale Messung wichtig?

Sie reagiert besonders auf Fehlausrichtung, Axialkräfte und bestimmte Kupplungs- oder Lagerprobleme.

Ist ein Magnetfuß für Vibrationsmessungen geeignet?

Ja, besonders für mobile Messrouten. Die Fläche muss sauber, eben, steif und ferromagnetisch sein.

Ist eine Magnetmontage so gut wie eine Schraubmontage?

Für viele Routinemessungen ist sie ausreichend. Eine feste Gewindemontage bietet jedoch meist bessere Reproduzierbarkeit und Hochfrequenzübertragung.

Kann auf einer lackierten Fläche gemessen werden?

Eine dünne feste Lackschicht kann je nach Anwendung akzeptabel sein. Dicke oder lose Beschichtungen verschlechtern die Ankopplung.

Warum muss immer am selben Punkt gemessen werden?

Die Maschinenstruktur überträgt Schwingungen positionsabhängig. Unterschiedliche Messstellen können deshalb deutlich verschiedene Werte liefern.

Wie häufig sollte die Vibration gemessen werden?

Das Intervall hängt von Kritikalität, Fehlerentwicklung und Betriebsbedingungen ab. Es kann von kontinuierlicher Überwachung bis zu monatlichen oder vierteljährlichen Routen reichen.

Wann ist eine Dauerüberwachung sinnvoll?

Bei kritischen, schwer zugänglichen oder unbemannten Maschinen sowie bei Fehlern, die sich schnell entwickeln können.

Wann reicht eine mobile Messroute?

Bei gut zugänglichen Maschinen mit langsamem Fehlerfortschritt und geringerem Ausfallrisiko.

Was ist eine Baseline?

Die Baseline ist der dokumentierte Schwingungszustand einer intakten Maschine unter definierten Betriebsbedingungen.

Warum ist ein Trend wichtig?

Er zeigt, ob sich der Zustand schleichend verändert. Eine zunehmende Abweichung kann relevanter sein als ein einzelner absoluter Wert.

Dürfen Messwerte bei unterschiedlichen Drehzahlen verglichen werden?

Nur mit entsprechender Bewertung. Drehzahl und Last beeinflussen die Schwingung und sollten zusammen mit dem Messwert dokumentiert werden.

Was ist bei Frequenzumrichterbetrieb zu beachten?

Der große Drehzahlbereich verändert Fehlerfrequenzen und Schwingungsniveau. Drehzahl und Betriebspunkt müssen deshalb mit aufgezeichnet werden.

Welche Rolle spielt die Maschinenlast?

Last beeinflusst Lagerkräfte, Ausrichtung, Prozessanregung und Schwingungsamplitude. Vergleichsmessungen sollten unter ähnlicher Last erfolgen.

Was beschreibt ISO 20816?

Die Normenreihe enthält Leitlinien zur Messung und Bewertung von Maschinenschwingungen. Der anzuwendende Teil hängt von der jeweiligen Maschine ab.

Gibt ISO 20816 allgemeingültige Grenzwerte für jede Pumpe vor?

Nein. Maschinenart, Leistung, Drehzahl, Fundament, Messpunkt und Betriebsbedingungen müssen berücksichtigt werden.

Kann ein Wert innerhalb der Norm trotzdem auffällig sein?

Ja. Eine deutliche Zunahme gegenüber der individuellen Baseline kann auf einen beginnenden Fehler hinweisen.

Kann ein Wert oberhalb einer allgemeinen Tabelle trotzdem normal sein?

Möglicherweise. Die Bewertung muss zur konkreten Maschine und zum anwendbaren Normteil passen. Die Ursache sollte dennoch geprüft werden.

Was ist eine Hüllkurvenanalyse?

Sie demoduliert hochfrequente, durch Lagerimpulse angeregte Resonanzen und macht periodische Lagerfehlerfrequenzen besser sichtbar.

Benötigt eine Hüllkurvenanalyse einen besonderen Sensor?

Sensor, Befestigung und Auswertegerät müssen einen ausreichend hohen Frequenzbereich und die erforderliche Signalqualität besitzen.

Kann ein Sensor bis 100 Hz frühe Lagerfehler erkennen?

Je nach Maschine können spätere oder niederfrequente Auswirkungen sichtbar werden. Für sehr frühe hochfrequente Lagerimpulse ist der Bereich möglicherweise nicht ausreichend.

Wofür eignet sich der HySense VB110?

Er eignet sich für mobile Vibrationsmessungen und die Erfassung niederfrequenter Maschinenbewegungen im Bereich von 1 bis 100 Hz.

Wie wird der HySense VB110 befestigt?

Der Sensor besitzt einen Magnetfuß zur schnellen Befestigung auf geeigneten metallischen Oberflächen.

Welches Ausgangssignal besitzt der HySense VB110?

Er stellt ein Frequenzsignal als Rechtecksignal zur Verfügung und wird mit einem kompatiblen Mess- oder Auswertesystem eingesetzt.

Wofür wird der HySense SC100 verwendet?

Der Signalwandler verarbeitet Frequenzsignale und kann diese unter anderem in ein industrielles 4–20-mA-Signal umwandeln.

Kann ein 4–20-mA-Signal zur Vibrationsüberwachung verwendet werden?

Ja. Ein skalierter Gesamtwert kann an SPS, Anzeige oder Datenlogger übertragen und für Trend und Alarmierung genutzt werden.

Kann ein 4–20-mA-Signal ein Frequenzspektrum übertragen?

Ein einzelnes Standardsignal überträgt normalerweise nur einen berechneten Kennwert. Für ein vollständiges Spektrum wird das dynamische Rohsignal oder eine digitale Datenübertragung benötigt.

Welche Abtastrate benötigt ein Vibrationslogger?

Sie muss deutlich oberhalb der höchsten interessierenden Frequenz liegen. Der konkrete Wert hängt von Diagnoseziel, Filterung und Analyseverfahren ab.

Kann ein normaler Temperaturdatenlogger Vibration erfassen?

Nicht automatisch. Der Logger benötigt einen passenden Eingang, eine ausreichend hohe Abtastrate und geeignete Auswertesoftware.

Welche weiteren Messgrößen sind bei einer Pumpe sinnvoll?

Saugdruck, Förderdruck, Durchfluss, Drehzahl, Lagertemperatur und Motorstrom ergänzen die Vibrationsdiagnose.

Welche weiteren Messgrößen sind bei einem Motor sinnvoll?

Drehzahl, Strom, Spannung, Leistung, Lager- und Wicklungstemperatur können die Ursachenanalyse unterstützen.

Kann ein Sensor direkt an eine SPS angeschlossen werden?

Das hängt vom Ausgangssignal ab. Ein 4–20-mA- oder 0–10-V-Transmitter lässt sich einfacher integrieren als ein dynamischer IEPE- oder Frequenzsensor.

Was sollte nach einer Reparatur gemessen werden?

Die gleichen Messpunkte sollten unter vergleichbaren Bedingungen erneut aufgenommen und mit der Baseline sowie dem Zustand vor der Reparatur verglichen werden.

Welche Angaben benötigt ICS Schneider für die Auswahl?

Benötigt werden Maschinenart, Drehzahl, Leistung, Diagnoseziel, Frequenzbereich, Montageart, Umgebung, Ausgangssignal und vorhandenes Mess- oder Automatisierungssystem.

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