Maschinendiagnose zu Zustandsüberwachung und Instandhaltung

Condition Monitoring als Basis für Predictive Maintenance

Die vorausschauende Instandhaltung ist eine fortschrittliche Strategie zur Wartung von Maschinen und Anlagen, die auf der kontinuierlichen Online-Überwachung und Auswertung von Zustandsdaten basiert. Der Einsatz moderner Messtechnik und Datenanalyseverfahren ermöglicht es, drohende Defekte frühzeitig zu erkennen und Wartungsmaßnahmen rechtzeitig einzuleiten. Im Gegensatz zur reaktiven Instandhaltung oder der vorbeugenden Wartung richtet sich Predictive Maintenance nach dem tatsächlichen Maschinenzustand. Dadurch lassen sich Wartungskosten optimieren und Ausfallzeiten minimieren.

Schwingungsanalyse an rotierenden Maschinen: Fehlerquellen frühzeitig erkennen

Die erforderlichen Zustandsdaten für Predictive Maintenance werden durch die Zustandsüberwachung (Condition Monitoring) gewonnen. Ein bewährter Indikator sind dabei die mechanischen Bewegungen bzw. Maschinenschwingungen. Daher gehören regelmäßige Schwingungsmessungen zu den effektivsten Methoden, um den Maschinenzustand rotierender Maschinen in Echtzeit online und zerstörungsfrei zu überwachen. Mithilfe moderner Vibrationsmesstechnik, die Sensoren (Beschleunigungsaufnehmer) und Vibrationsmessgeräte umfasst, lassen sich Anomalien und Veränderungen im Schwingungsbild feststellen und Probleme wie Unwuchten, Fehlausrichtungen, Lagerschäden oder lose Bauteile frühzeitig erkennen. Die Messung von Maschinenvibrationen wird häufig an Motoren, Pumpen, Getrieben, Lüftern oder Lagern durchgeführt.

Messgrößen und Normen zur Bewertung von Maschinenschwingungen

Die wichtigsten Messgrößen für die Beurteilung von Maschinenschwingungen sind der Weg (displacement, µm), die Geschwindigkeit (velocity, mm/s) und die Beschleunigung (acceleration, m/s²). Die Norm ISO 20816-1 (ehemals ISO 10816) beschreibt das Verfahren zur Bewertung von Maschinenschwingungen und definiert Grenzwerte für verschiedenen Messparameter in unterschiedlichen Maschinenklassen. Damit ist eine standardisierte Beurteilung des Maschinenzustands möglich, und kritische Schwingungspegel können zuverlässig erkannt werden.

Messgeräte für die Maschinendiagnostik: Von der Routineüberwachung zur FFT-Analyse

Entsprechend den genauen Messanforderungen kommen tragbare Zustandsüberwachungssysteme oder spezialisierte Schwingungsmesssysteme mit unterschiedlichem Funktionsumfang zum Einsatz. Das Schwingungsmessgerät VM-82A eignet sich beispielsweise für schnelle Kontrollen oder die routinemäßige Zustandsüberwachung von Motoren, Pumpen oder Lüftern. Für eine detaillierte Maschinendiagnose ist hingegen ein Vibrationsanalysator wie der VA-14 mit integrierter FFT-Analyse (Fast Fourier Transformation) sinnvoll. Solche Vibrationsmesssysteme zerlegen bei diesem Verfahren das komplexe Schwingungssignal in seine einzelnen Frequenzanteile. Dadurch lassen sich charakteristische Muster erkennen, die auf bestimmte Fehlerquellen wie Unwuchten, Lagerschäden oder Zahnradprobleme hinweisen.

Was ist Zustandsüberwachung (Condition Monitoring)?

Zustandsüberwachung (Condition Monitoring) ist die kontinuierliche oder regelmäßige Überwachung des Maschinenzustands während des laufenden Betriebs. Mithilfe von Schwingungsmessgeräten werden Schwingungen erfasst, analysiert und bewertet, um Anomalien im Schwingungsverhalten frühzeitig zu erkennen. So lassen sich Unwuchten, Lagerschäden oder andere Defekte zerstörungsfrei identifizieren, bevor es zu ungeplanten Ausfällen kommt. Condition Monitoring erhöht die Anlagenverfügbarkeit, reduziert Stillstandszeiten und ermöglicht eine bedarfsgerechte sowie kosteneffiziente Wartung.

Worin unterscheiden sich Condition Monitoring und Predictive Maintenance?

Das Condition Monitoring (Zustandsüberwachung) liefert die Zustandsdaten einer Maschine oder Anlage, auf deren Grundlage die Predictive Maintenance die vorausschauende Wartungsplanung vornimmt. Während beim Condition Monitoring mithilfe von Schwingungsmessgeräten das Schwingungsverhalten einer Maschine kontinuierlich oder regelmäßig überwacht und bewertet wird, nutzt die Predictive Maintenance diese Zustandsdaten, um den optimalen Zeitpunkt für Wartungsmaßnahmen vorherzusagen. So können Ersatzteile und Personal bedarfsgerecht eingeplant, ungeplante Anlagenstillstände reduziert und Wartungskosten nachhaltig gesenkt werden.

Welche Normen bewerten Maschinenschwingungen (ISO 10816 bzw. ISO 20816)?

ISO 20816 - Messung und Bewertung der Schwingungen von Maschinen: Diese aktuelle Normenreihe legt Verfahren zur Messung und Bewertung von Maschinenschwingungen fest und hat die frühere ISO 10816 schrittweise abgelöst. Sie definiert unter anderem Messgrößen, Messpositionen und Bewertungskriterien für unterschiedliche Maschinentypen. Mithilfe von Schwingungsmessgeräten wird insbesondere der Effektivwert der Schwinggeschwindigkeit in mm/s (RMS) ermittelt und unter Berücksichtigung von Maschinentyp, Betriebsbedingungen und Aufstellungsart bewertet. Die Einteilung der Messergebnisse in die Bewertungszonen A bis D ermöglicht eine Beurteilung des Maschinenzustands und hilft, erhöhte Schwingungen, beispielsweise durch Unwuchten oder Lagerschäden, frühzeitig zu erkennen.

Ab welcher Schwinggeschwindigkeit gilt der Zustand einer Maschine als kritisch?

Nach ISO 20816-3 können Maschinen abhängig von Maschinengruppe und Aufstellungsart ab etwa 2,8 bis 7,1 mm/s RMS in den kritischen Bewertungsbereich (Zone C) gelangen. Die Einstufung in Zone C bedeutet, dass die Maschine für einen längeren Dauerbetrieb möglicherweise nicht geeignet ist. Ab 4,5 bis 11,2 mm/s RMS wird die Schwingung der Zone D zugeordnet, in dieser Zone können durch den Weiterbetrieb Schäden an der Maschine auftreten. Die Norm definiert konkrete Grenzwerte für verschiedene Maschinentypen anhand von Faktoren wie Maschinenleistung, Betriebsdrehzahl und Unterbau.  

Welches Schwingungsmessgerät eignet sich für Maschinendiagnose und Vibrationsanalyse?

Für eine fundierte Maschinendiagnose direkt an der Anlage eignet sich ein mobiler und robuster Schwingungsanalysator wie der VA-14 mit FFT-Analyse. Das vielseitige Schwingungsmessgerät ermöglicht sowohl die Zustandsüberwachung als auch detaillierte Vibrationsanalysen zur Ursachenermittlung. So lassen sich Unwuchten, Fluchtungsfehler, Lagerschäden oder andere auffällige Schwingungen gezielt identifizieren. Die erfassten absoluten Schwingungswerte können zudem nach den Bewertungskriterien der ISO 10816 und ISO 20816 im Gerät ausgewertet und zur frühzeitigen Erkennung von Maschinenproblemen genutzt werden.