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Netzwerksitzung

Märkisches Netzwerk Instandhaltung

in Iserlohnam 29. Januar 2009

„Mobile schwingungsbasierte Maschinendiagnose als elementarer Bestandteil der

zustandsorientierten Instandhaltung

- Konzepte, Messtechnik, praktische Beispiele und Nutzenstiftung“

Rüdiger Proff, Vertriebsingenieur Prüftechnik Condition Monitoring GmbH


Methoden zur Zustandsbewertung Methoden zur Zustandsbewertung

Ölanalyse14%

Es gibt einige besonders effektive Prognose-Technologien:Einsparpotential für IH-Kosten

Diverse9%

Motor-Strom-Analyse3%

Schwingungsanalyse48%

Ultraschall7%

Infrarot-Thermographie

19%


Maschinen-Informationen

• Schwingungszustand - schwingt die Maschine zu stark?

• Verschleißzustand der Lager, Dichtungen, Kupplung

• Ausrichtzustand

• Restnutzungsdauer

Welche Informationen sind relevant?

Zustandsorientiertes Überwachungskonzept

basiert auf charakteristischen Kenngrößen


CbM* - Condition based Maintenance

• Durchführung von Messungen zur Erkennung des Maschinenzustandes – Online oder Offline

• Reparaturen und Service-Arbeiten wenn nötig

• Möglichkeit zur zustandsorientierten Planung von Instandhaltungsarbeiten

• Reduktion von nicht geplanten und geplanten Stillständen

CbM - Was ist das?

*Zustandsorientierte Instandhaltung

Erhöhung der Verfügbarkeit und Effektivität von Maschinen


Strategie: Offline oder Online?

nied

rig

Rep

arat

urau

fwan

d &

-kos

ten

hoch

niedrig Wichtigkeit für Prozess und Anlage hoch

Klasse 4Klasse 2

Klasse 3Klasse 1

Klasse 8Klasse 6

Klasse 7Klasse 5

Ausfal

lhäufi

gkeit

Niedrigste Priorität

höchste Priorität


Strategie: Offline oder Online?Pr

oduk

tions

ausf

allk

oste

n

€

€€

€€€

Jahre Monate Wochen Tage Stunden Minuten Sekunden

Datensammeln

Level 1 Kenngrößen

(Offline)

Datensammeln

Level 2 Diagnose

(Offline)

Online Condition

Monitoring

Maschinen-

schutz-

Systeme

(Online)

t

Messhäufigkeit / Abtastraten

Schlagartiger Ausfall (mit gravierenden Folgen) möglichSchrittweiser Verschleiß bzw. Schädigung


•Offline Überwachung von Maschinen

•Verwendung von Datensammlern

•Periodische Überwachung von rotierenden Maschinen

•Überwachungsintervalle von 4 – 8 Wochen

Historische Entwicklung - Handgeräte


Übersicht Schwingungsmessgeräte

• Einfache Kenngrößen• Schwingstärke• Lagerzustand

• Kenngrößen • FFT- Maschinenschwingung• Lagerdiagnose

• Kenngrößen • Analysemessungen


Level 1/Level 2 Konzept

1999 2007

Kennwerte-Trend

Alarm

Warnung

Level 1: Überwachung von charakteristischen Kennwerten

v

Referenzmessung im ‚Gutzustand‘

‚Good conditions‘

Level 2: Diagnosemessungen – Spektren, Zeitsignale

Unwucht1. Harmonische

Diagnosemessung bei Alarm

v


Level 1/Level 2 Konzept

Alarm

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400f [Hz]

-0,5

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

5,5

6,0

6,5

7,0

7,5

8,0

8,5

9,0

9,5

10,0v [m m /s ]

Ala rm

12 .04 .2002 03 .05 .2002 24 .05 .200 2 14 .06 .20 02 05 .07 .20 02 2 6 .07 .20 02 1 6 .0 8 .2 002 0 6 .0 9 .2 002 27 .09 .2002 18 .10 .2002 08 .11 .2002 29 .11 .2002D a tum

0,0

0 ,5

1 ,0

1 ,5

2 ,0

2 ,5

3 ,0

3 ,5

4 ,0

4 ,5

5 ,0

5 ,5

6 ,0

6 ,5

7 ,0

7 ,5

8 ,0

8 ,5

9 ,0

9 ,5

10 ,0v [m m /s ]

rm s

W arnu ng

Ala rm Alarm

Warnung

KenngrössenSchwingwegSchwingstärkeSchwingbeschleunigungKörperschallmessungenTemperaturDrehzahlVisuelle InspektionProzesszustände, Umgebungsbedingungen

SignalanalyseAmplitudenspektrumHüllkurvenspektrum

Schmalbandige HüllkurvenanalyseZeitsignalmessungBreitbandspektrum

EigenresonanzbestimmungOrdnungsanalyse / Bodediagramm

Cepstrum

Level 2:Tiefendiagnose bei Auffälligkeit

Level 1:Kennwertüberwachung über den gesamten Lebenszyklus


VIBXPERT

Multimeter• Einzelmessung• Auswertung nach ISO 10816-3• Alarmschwellen (ISO / nutzerdef.)

Datensammler• Route• Trend & Visuelle Inspektion• OMNITREND PC-Software

Auswuchtgerät• 1 Ebene• 2 Ebenen, synchron

optional

Schall-Analysator• Schalldruck• Schallintensität• Schallleistung

Datenlogger• Intervall• Trigger• Historie


Datensammler-Funktion

• Routen werden in OMNITREND erstellt und zum VIBXPERT geladen

• einfache Navigation in der Route durch Baumstruktur

• grafische Oberfläche

• Alarme in der Route verfügbar

• Frequenzmarker in der Route verfügbar


grafische Routenunterstützung

Baumstruktur der Anlage

• mit oder ohne grafische Unterstützung

• Messungen nach Routenvorgabe odernach Auswahl im Baum

Baumstruktur der Anlage

• mit oder ohne grafische Unterstützung

• Messungen nach Routenvorgabe odernach Auswahl im Baum

Maschinen-Grafiken

• grafische Anzeige der Maschinen

Maschinen-Grafiken

• grafische Anzeige der Maschinen

Messstellen-Identifikation

• Grafische Anzeige der aktuellenMesspunkte

• zusätzliche Text-Anzeige im Bild

Messstellen-Identifikation

• Grafische Anzeige der aktuellenMesspunkte

• zusätzliche Text-Anzeige im Bild


universelle Ankopplung

Ansicht von oben

Schwingungsaufnehmer

• geschraubt

• geklebt

• Magnet

VIBCODE Sonde mit

VIBCODE-Messpunkten

• geschraubt

• geklebt

TIPTECTOR

Handtastsonde


Wie läßt sich der Zustand von Maschinen beurteilen?

•• SchSchäädigende Krdigende Krääftefte von außen oder innerhalb der

Maschine führen zu MaschinenschwingungenMaschinenschwingungen

•• VerschleiVerschleißß / Abnutzung im W/ Abnutzung im Wäälzlagerlzlagererzeugen StoStoßßimpulseimpulse

Zustandsbeurteilung von MaschinenZustandsbeurteilung von Maschinen


Kennwert SchwingungKennwert Schwingung

Beurteilung von Maschinen-Schwingungen DIN 10816-3

„Maschinen- und Bauteilschwingungen“

Schwinggeschwindigkeit (mm/s)

als Effektivwert (Bandpass 2/10 -1000 Hz)

Typische Ursachen für

erhöhte Schwingungen:

- Unwucht

- Ausrichtfehler

- Fundamentprobleme

- Resonanzen

- Prozesseinflüsse

- elektrische Fehler


Beurteilung von Maschinen-Schwingungen DIN 10816-3

Zustandsbeurteilung Level IZustandsbeurteilung Level I


Beurteilung von Lagerschäden

Summen-Beschleunigung ap und aeffaus Beschleunigungs-FFT

(alle hochfrequenten Signalanteile)

Summen-Beschleunigung ap und aeffaus Hüllkurven-FFT

(alle durch Stoßvorgänge erregten Signalanteile)

oder:

Zustandsbeurteilung Level IZustandsbeurteilung Level I

SPM = Stoßimpulswerte

dBN Carpet und dBN max im Aufnehmerresonanzbereich

(alle durch Stoßvorgänge erregten Signalanteile)

oder:


Praxis: Beurteilung einer PumpePraxis: Beurteilung einer Pumpe

Anlage:• Kohle-Kraftwerk• Rauchgas-Entschwefelung

Aggregat:• Förderpumpe für gipshaltige

Suspensionsflüssigkeit

Beispiel

Antrieb:• Asynchronmotor 10-polig• P = 880 kW • n = 592 U/min konstant• A-Lager: NU234E• B-Lager: NU234E+6038

Arbeitsmaschine:• Spiralgehäusepumpe• A-Lager: 29340E• B-Lager: NU240E• Schaufelanzahl: 5


Antrieb: • Asynchronmotor 10-polig• P = 880 kW • n = 592 U/min konstant• A-Lager: NU234E• B-Lager: NU234E+6038

MP1: Kenngrößentrend Schwingung: Schwingstärke veff

MP1: Kenngrößentrend Wälzlager: Stoßimpulspegel dBm, dBc

Aggregat:

REA-Anlage Block BB1HTF24 AP0001

11.03.2002 20.05.2002 29.07.2002 07.10.2002 16.12.2002 24.02.2003 05.05.2003 14.07.2003 22.09.2003 01.12.2003 09.02.2004Datum

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5

1,6

1,7

1,8

1,9

2,0v [mm/s] B1HTF24 AP0001\Motor\A-Lager RH\VTP RMS

11.03.2002 20.05.2002 29.07.2002 07.10.2002 16.12.2002 24.02.2003 05.05.2003 14.07.2003 22.09.2003 01.12.2003 09.02.2004Datum

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60Stoßimpuls [dBn] B1HTF24 AP0001\Motor\A-Lager RH\VTP SPM

MP1

Schwingstärke leicht ansteigend, aber unbedenklich (Grenzwert 7,1 mm/s).

Stoßimpulspegel dBm und dBc im Alarm, kontinuierlich über 2 Jahre angestiegen, Hinweis auf Verschleiß.

Beispiel



Level 2: Machine Diagnosis

Level 1 :Machine Condition Monitoring

Kennwert- und diagnostische Überwachung


Signalarten fSignalarten füür Diagnoseaufgabenr Diagnoseaufgaben


• bei der SchwingungsdiagnoseSchwingungsdiagnose sucht man nach den Frequenzen der periodischen (harmonischen) KraftanregungKraftanregung (z.B. Unwucht)

• bei der WWäälzlagerdiagnoselzlagerdiagnose sucht man die Frequenzen der StoStoßßanregunganregung (z.B. Außenring-Schaden)

Diagnostische Beurteilung von Schwingungsursachen und Wälzlagerschäden

Zustandsbeurteilung Level IIZustandsbeurteilung Level II


Zeitsignalx

t

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

x

fx

t

x

f1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

x

f1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

x

t

FFT- AnalyseDarstellungsarten für Schwingungssignale



Überrollvorgänge im Wälzlager

Lagerluft

Auflage Rotor kein Luftspalt

Walze tritt ein in Lastgebiet

Lastgebiet = Messzone

Fflieh, wälzkörper

Fdyn, rotor

Fstat, rotor

Walze verläßt Lastgebiet

Geräusch

Beispiel Lagerluftgruppe:Lagertyp 62222 C3→ 0,02 mm Lagerluft

Gehäuse

Welle

Überrollvorgänge


Wälzlager Schadensfrequenzen

Wälzlagergeometrie und Schadensfrequenzen:

1 - Außenringschaden2 - Innenringschaden3 - Wälzkörperschaden4 - Käfigschadenα Berührungswinkel

Dpw TeilkreisdurchmesserDw Wälzkörperdurchmesserz Anzahl der Wälzkörpern Drehzahl der Welle

Dimensionen

Dw =77,50 mm

Dpw =14,29 mm

z=10

α=0

Schadensfrequenzen

fRPOF= n / 60 ⋅ 4,0781 = 203,77 Hz

fRPIF= n / 60 ⋅ 5,9220 = 295,90 Hz

fRPF = n / 60 ⋅ 5,2390 = 261,77 Hz

fCRF = n / 60 ⋅ 0,4079 = 20,38 Hz

Beispiel Überrollfrequenzen:

Kugellager SKF 6211Drehzahl n = 2998 U/min

3

2

1

4

Dw

Dpw

Schaden am Außenring: fa = fRPOF = ( 1-cos α )

Schaden am Innenring: fi = fRPIF = ( 1+cos α )

Schaden am Wälzkörper: fw = fRPF = ( 1-cos2 α )

Schaden am Käfig: fk = fCRF = ( 1-cos α )

z ⋅ n2 ⋅ 60z ⋅ n

2 ⋅ 60

n2 ⋅ 60

Dpw ⋅ nDw ⋅ 60

DwDpw

DwDpw

DwDpw

2

DwDpw

α


-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20m/s²

stoßerregte Schwingung

Schwingungen entstehen mit derBauteil-Eigenfrequenz

Analyse von Lagerschäden / Stoßvorgängen



Beispiel für ein stoßerregtes Zeitsignal

Bauteil-Eigenschwingungen werden mit der Schadensfrequenz periodisch angestoßen

1/T = Schadens-Frequenz



Bildung des Hüllkurvensignals

zur Analyse wird die Hüllkurve des Signals gebildet




Bildung des Hüllkurvensignals

vom Hüllkurvensignal wird dann eine FFT-Analyse gemacht


Hüllkurven-FFT liefert Schadens- (Stoß-) Frequenzen

FFT-Analyse des Hüllkurvensignals



0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400f [Hz]

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0v [mm/s] B1HTF24 AP0001\Motor\A-Lager RH\VIBCODE 0346 31.03.2004 10:34:12


MP

Schwingungsdiagnose: Amplitudenspektrum v400 Hz

Wälzlagerdiagnose: Hüllkurvenspektrum a400 Hz

fA Außenringschadensfrequenz

Aggregat:


0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300f [Hz ]

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0a [m /s ²] B 1HTF24 A P 0001\M otor\A -Lager RH\V IB CODE 0346 31.03.2004 10:31:44

Außenringschadensfrequenz ist schon im Amplitudenspektrum sichtbar, deutet auf Geometrieveränderungen.

Pegel im Hüllkurvenspektrum ist angestiegen, keine diskreten Schadensfrequenzen mehr sichtbar, Schaden muß großflächig sein.


Beispiel


Zusätzliche Infos:


Aggregat:


Beobachtung:• schwarzer Abrieb im Fettsammler

Motor A-Lager

Historie:• vor 3 Monaten alle Lager mit 30 g

Fett geschmiert

MP

Dies ist ein Hinweis auf Materialabrieb aufgrund Verschleiß im Wälzlager.




Aggregat:


MP

Großflächiger Verschleiß-schaden am Außenring ohne unmittelbare Ausfallgefährdung

Empfehlung:Lagertausch innerhalb der nächsten 3 Monate

Diagnose



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