Übermäßige Vibrationen an rotierenden Geräten wie Pumpen, Getrieben, Turbinen und Kompressoren sind ein deutliches Zeichen dafür, dass die Geräte nicht richtig funktionieren. Geräte, die übermäßige Vibrationen aufweisen, erreichen höchstwahrscheinlich nicht die erwartete Lebensdauer und können die Ursache für ungeplante Ausfallzeiten oder gefährliche Situationen sein. Daher ist es wichtig, die Ursache von Schwingungen durch Messung und Analyse der Schwingungssignale zu ermitteln. Die häufigsten Ursachen für Vibrationen werden im Folgenden erörtert.
Ausrichtungsprobleme
Wenn zwei oder mehr rotierende Maschinen miteinander verbunden sind, ist die richtige Ausrichtung entscheidend.
Typische Ausrichtungsfehler sind:
- Parallelversatz:
Die Mittellinien der Welle sind parallel, aber nicht in einer Linie. Dies kann sowohl horizontal als auch vertikal der Fall sein. Der Parallelversatz wird auch als Fluchtungsfehler bezeichnet. - Winkelversatz:
Die Wellen treffen sich in einem Punkt, sind aber nicht parallel. Dies kann sowohl auf der horizontalen als auch auf der vertikalen Achse der Fall sein. Der Winkelversatz wird auch als Spaltversatz bezeichnet. - Kombinierter Parallel-Winkel-Versatz:
Eine Kombination aus Parallel- und Winkelversatz. Der kombinierte Parallel-Winkel-Versatz ist der häufigste Versatz.
Ungleichgewicht
Wenn der Schwerpunkt eines sich drehenden Objekts nicht genau in der Mittellinie liegt, führt dies zu einer Unwucht der Maschine und damit zu Vibrationen. Die Unwucht einer Maschine kann zu Schäden an der Maschine selbst, am Fundament, an den Rohren usw. führen. Es gibt drei Arten von Unwucht: statische Unwucht, gekoppelte Unwucht und dynamische Unwucht.
Statische Unwucht
Von statischer Unwucht spricht man, wenn die Schwerpunktsachse (Trägheitsachse) nicht in einer Linie mit dem Drehpunkt (Wellenmitte) liegt und der schwere Punkt und der Schwerpunkt in der gleichen Ebene liegen. Statische Unwucht kann das Ergebnis einer Parallelverschiebung der Hauptmassenachse relativ zur Wellenmitte sein und durch unsymmetrische Massenverteilung oder Verformung verursacht werden. Theoretisch kann die statische Unwucht festgestellt werden, indem das Objekt mit einem Drehpunkt an jedem Ende platziert wird. Wenn eine statische Unwucht vorliegt und die Reibung gleich Null ist, wird die schwere Seite durch die Schwerkraft nach unten gedreht.
Gekoppelte Unwucht
Gekoppelte Unwucht tritt auf, wenn ein rotierendes Objekt zwei oder mehr Unwuchtmassen in verschiedenen Ebenen hat, die sich in Ruhelage ausgleichen. Die Hauptmassenachse liegt nicht mehr parallel zum Schwerpunkt, sondern kreuzt die Schwerpunktsachse. Wenn das System zu rotieren beginnt, werden diese Massen durch Zentrifugalkräfte beeinflusst, was zu Schwingungen führt.
Dynamische Unwucht
Die dynamische Unwucht ist die häufigste Form der Unwucht und das Ergebnis der statischen und gekoppelten Unwucht. Die Hauptmasseachse ist verschoben und liegt nicht parallel zur Wellenmitte.
Resonanz
Jede Maschine hat eine oder mehrere Resonanzfrequenzen (Eigenfrequenz). Wenn eine Drehfrequenz mit der Resonanzfrequenz der Maschine zusammenfällt, tritt Resonanz auf. Die Resonanz kann große Auswirkungen haben.
Lose Teile
Lose Lager, lose Schrauben und Korrosion können die Maschine in übermäßige Schwingungen versetzen. Aufgrund der mechanischen Kräfte in der Maschine können lose Teile schnell zu Schäden führen.
Die dynamische Unwucht ist die häufigste Form der Unwucht und das Ergebnis der statischen und gekoppelten Unwucht. Die Hauptmassenachse ist verschoben und nicht parallel zur Wellenmitte.
Beschädigung des Lagers
In rotierenden Maschinen gibt es zwei Haupttypen von Lagern: Rollenlager und Gleitlager.
Ein Wälzlager kann auf verschiedene Weise beschädigt werden, wobei jede Art von Beschädigung ihren eigenen Vibrations-Fingerabdruck hinterlässt:
- Beschädigung des Innenrings
- Beschädigung des Außenrings
- Beschädigung des Käfigs
- Schäden an Wälzkörpern (z.B. Zylinder, Kegel und Nadeln)
Jedes Teil eines Wälzlagers hat seine eigene Frequenz. Durch die Berechnung dieser Frequenzen ist es möglich, mit Hilfe der Schwingungsanalyse festzustellen, ob die Schwingungen auf einen Lagerschaden zurückzuführen sind.
Im Gegensatz zu Rollenlagern verwenden Gleitlager keinen Wälzkörper, sondern einen Flüssigkeitsfilm (Öl), um die Reibung zu verringern. Vibrationen können durch Ungenauigkeiten im Flüssigkeitsfilm verursacht werden; wenn sich kein stabiler Ölfilm bilden kann, kann dieser reißen, was zu einem Ölpeitschen oder Ölwirbel führt. Außerdem reagiert diese Art von Lager empfindlicher auf äußere Einflüsse auf die Position der Welle, da ihre Lage im Lager nicht fest ist.
Beschädigte oder abgenutzte Zahnräder
Getriebeschwingungen werden häufig durch beschädigte oder abgenutzte Zahnräder verursacht. Wenn ein beschädigter Zahn in das Getriebe eingreift, kann die Kraft nicht wie bei den anderen Zahneingriffen übertragen werden. Wenn ein Zahn gebrochen ist, kann an diesem Punkt des Zyklus weniger Kraft übertragen werden. Dies führt zu Vibrationen.
