Grundlagen der Schwingungsanalyse: Wie rotierende Maschinen Ihnen signalisieren, dass sie kurz vor dem Ausfall stehen

Wichtigste Erkenntnisse

• Schwingungsanalyse = Überwachung von Schwingungssignaturen rotierender Maschinen, um Ausfälle vorherzusagen.
• Die meisten Ausfälle rotierender Maschinen lassen sich Wochen vor dem Totalausfall anhand von Schwingungsänderungen vorhersagen.
• Typische Signaturen: Unwucht (1x Betriebsdrehzahl), Ausrichtungsfehler (2x), Lagerschäden (hohe Frequenzen).
• Auslöser: steigende Amplitude, Auftreten charakteristischer Frequenzen, Vergleich mit historischem Basiswert.
• Auf kritischen rotierenden Maschinen ist die Investition lohnenswert. Weniger wertvoll bei stationären oder einfachen Anlagen.

Kurzantwort: Schwingungsanalyse überwacht Schwingungssignaturen rotierender Maschinen, um Ausfälle vorherzusagen. Die meisten Ausfälle rotierender Maschinen zeigen Wochen vor dem Zusammenbruch veränderte Schwingungsmuster. Typische Muster: Unwucht zeigt sich bei der Betriebsdrehzahl, Ausrichtungsfehler bei dem doppelten Betriebsdrehzahlbereich, Lagerschäden im Hochfrequenzbereich. Auslöser für Maßnahmen: steigende Amplitude, neue charakteristische Frequenzen, Abweichung vom historischen Basiswert. Die Investition lohnt sich bei kritischen rotierenden Maschinen. Siehe auch Grundlagen der Infrarot-Thermografie.

Warum Schwingungen ein Ausfall-Signal tragen

Rotierende Maschinen im guten Zustand schwingen vorhersehbar:

• Etwas Schwingung bei der Betriebsdrehzahl (immer vorhanden).
• Geringe Amplitude.
• Stabiles Spektrum über die Zeit.

Ausfälle verändern das Muster:

• Unwucht erhöht die Schwingung bei 1x Betriebsdrehzahl.
• Ausrichtungsfehler erzeugen eine Komponente bei 2x Betriebsdrehzahl.
• Lagerverschleiß erzeugt hochfrequente Anteile.
• Lockerung führt zu Breitbandrauschen.

Die Muster sind charakteristisch; die Analyse identifiziert den Ausfallmodus, bevor es zum Ausfall kommt.

Was gemessen wird

• Amplitude. Wie stark die Schwingung ist (mm/s, g oder Mikrometer).
• Frequenz. Welche Frequenzen dominieren.
• Trend. Veränderung über die Zeit.
• Phase. Relative zeitliche Lage (wird beim Auswuchten verwendet).

Die meisten Anlagen beginnen mit Amplituden- und Frequenzanalyse. Phasenanalyse dient dem Auswuchtarbeiten.

Die typischen Signaturen

Unwucht: hohe Amplitude bei 1x Betriebsdrehzahl. Ursache: unausgewuchteter Rotor.

Ausrichtungsfehler: Komponente bei 2x Betriebsdrehzahl. Ursache: Kupplungs- oder Wellenfehlstellung.

Gekrümmte Welle: 1x und 2x mit phasenspezifischem Verhalten. Ursache: gebogene oder verzogene Welle.

Lockerung: Breitbandanteile, Bruchharmonische. Ursache: lose Auflagerung oder verschlissene Bauteile.

Lagerschäden: hochfrequente Anteile (5x Betriebsdrehzahl und höher). Ursache: Beschädigung von Lager-elementen.

Zahneingriffsprobleme: Zahnverzahnungfrequenz (Zähne × Betriebsdrehzahl). Ursache: Zahnradverschleiß.

Was Maßnahmen auslöst

1. Amplitude über den Alarmgrenzwerten nach ISO 10816. Industriestandards für den Maschinenzustand.
2. Steigender Trend. Selbst innerhalb der Grenzwerte weist ein anhaltender Anstieg auf Verschlechterung hin.
3. Neue charakteristische Frequenz. Eine Spektralkomponente, die vorher nicht vorhanden war.
4. Muster, das einem bekannten Ausfallmodus entspricht. Zum Beispiel das Auftauchen einer Lager-Signatur.

Maßnahmen: untersuchen, Wartung terminieren, Austausch planen.

Wie Schwingungsüberwachung eingesetzt wird

Begehungsroute. Techniker mit Handgerät liest jede Anlage auf einer Route aus. Häufig bei mittel-kritischen Anlagen.

Batteriebetriebene Sensoren. Drahtlose Sensoren senden periodische Messwerte. Häufig bei schwer zugänglichen Anlagen.

Online-Dauermonitoring. Verkabelte Sensoren streamen Echtzeitdaten. Üblich bei kritischen Anlagen.

Kosten und Nutzen skalieren mit der Einsatzmethode.

Was Schwingungsanalyse nicht kann

• Nicht-vibrationsbasierte Ausfälle vorhersagen (elektrisch, Steuerung, Software).
• Plötzliche Ausfälle nicht erfassen (Schläge, Fremdkörper).
• Die Bedienerinspektion ersetzen (Schwingungsüberwachung übersieht viele sichtbare Probleme).
• An stationären Anlagen nicht funktionieren.

Schwingungsüberwachung ist ein Werkzeug, nicht die gesamte Lösung.

Wobei sie gut funktioniert

• Motoren.
• Pumpen.
• Kompressoren.
• Ventilatoren.
• Getriebe.
• Turbinen.

Rotierende Maschinen mit Lagern, Zahnrädern oder Unwuchtrisiko.

Häufige Fehler

1. Schwingungsdaten ohne Analyse. Sensoren installiert; niemand wertet sie aus. Daten stapeln sich; Alarme werden ignoriert.

2. Nur Schwellenwert-Alarmierung. Verpasst Trendsignale. Beides nutzen.

3. Keine Basislinie. Ohne historischen Vergleich sind aktuelle Messwerte unverwurzelt.

4. Universelle Überwachung. Schwingungsüberwachung bei billigen Anlagen rechnet sich nicht.

Integration mit CMMS

Schwingungsalarme sollten:

• Arbeitsauftrag (WO) automatisch bei Grenzwertüberschreitung erstellen.
• An den Zuverlässigkeits-Ingenieur weiterleiten.
• Untersuchung und Behebung verfolgen.
• Die Anlagenhistorie mit den Befunden aktualisieren.

Ohne CMMS-Integration gehen Alarme per E‑Mail ein und gehen verloren.

Kostenüberlegungen

Handanalysator: €3.000, 10.000 plus Technikerzeit.

Drahtlose Sensoren: €200, 500 pro Messpunkt.

Online-Dauermonitoring: €1.000, 5.000 pro Messpunkt plus Infrastruktur.

Skalieren nach Kritikalität. Kritische Anlagen erhalten Dauermonitoring; mittlere drahtlose Sensoren; weniger kritische Anlagen Begehungsrouten.

Wie das OEE zusammenhängt

Schwingungsüberwachung erkennt Ausfälle, bevor sie zu Ausfallzeiten führen. Anlagen mit ausgereiften Schwingungsprogrammen sehen die Verfügbarkeit steigen, da gefundene Probleme in geplante statt ungeplante Reaktionen überführt werden.

Wie ein modernes CMMS Schwingung unterstützt

Ein modernes CMMS integriert sich mit Schwingungsüberwachungssystemen, erzeugt Arbeitsaufträge bei Alarmen, verfolgt die Behebung und aktualisiert die Anlagenhistorie mit den Befunden.

Das CMMS von Fabrico integriert sich mit Schwingungsüberwachungssystemen, erzeugt zustandsgesteuerte Arbeitsaufträge und aktualisiert die Anlagenhistorie mit schwingungsbasierten Befunden.

Siehe, wie Fabrico dies automatisch erfasst, mehr zu OEE für die Fertigung oder eine Demo buchen.

Weiterführende Literatur

• Grundlagen der Infrarot-Thermografie

Häufig gestellte Fragen

Wie früh erkennt Schwingungsüberwachung einen Ausfall?

Bei Lagern Wochen; bei einigen Unwucht-Problemen Tage. Hängt von der Geschwindigkeit der Verschlechterung ab.

Brauche ich einen Schwingungsanalysten im Team?

Für ausgereifte Programme ja. Zum Einstieg ist Vertragsanalyse üblich.

Was ist ISO 10816?

Ein Schwingungsstandard mit Schweregraden (A bis D) für verschiedene Maschinenklassen.

Sollte ich jeden Motor überwachen?

Kritische und wichtige Motoren: ja. Billige Motoren mit Redundanz rechnen sich möglicherweise nicht.

Ist KI-gestützte Schwingungsanalyse nützlich?

Zunehmend. Trainierte Modelle erkennen Muster, die Schwellenwerte übersehen.