Übermäßige Schwingungen an rotierenden Anlagen wie Pumpen, Getrieben, Turbinen und Kompressoren sind ein deutliches Anzeichen dafür, dass die Anlage nicht ordnungsgemäß funktioniert. Anlagen, die übermäßige Schwingungen aufweisen, werden höchstwahrscheinlich die erwartete Lebensdauer nicht erreichen und können zu ungeplanten Ausfallzeiten oder gefährlichen Situationen führen. Daher ist es wichtig, die Ursache der Schwingungen durch Messung und Analyse der Schwingungssignale zu ermitteln. Häufige Ursachen für Schwingungen werden im Folgenden erläutert.
Abstimmungsprobleme
Wenn zwei oder mehr rotierende Maschinen miteinander verbunden sind, ist die korrekte Ausrichtung entscheidend.
Typische Abweichungen sind:
- Parallele Fehlausrichtung:
Die Wellenmitten sind parallel, liegen jedoch nicht auf einer Linie. Dies kann sowohl horizontal als auch vertikal der Fall sein. Eine parallele Fehlausrichtung wird auch als Versatzfehlausrichtung bezeichnet. - Winkelversatz:
Die Wellen treffen sich in einem Punkt, sind jedoch nicht parallel. Dies kann sowohl auf der horizontalen als auch auf der vertikalen Achse der Fall sein. Ein Winkelversatz wird auch als Spaltversatz bezeichnet. - Kombinierte Parallel- und Winkelversetzung:
Eine Kombination aus Parallel- und Winkelversetzung. Die kombinierte Parallel- und Winkelversetzung ist die häufigste Art der Versetzung.
Unwucht
Befindet sich der Schwerpunkt eines rotierenden Objekts nicht genau auf der Mittellinie, verursacht dies eine Unwucht der Maschine, die zu Schwingungen führt. Ist eine Maschine unausgewuchtet, kann dies zu Schäden an der Maschine selbst, am Fundament, an Rohrleitungen usw. führen. Es gibt drei Arten von Unwucht: statische Unwucht, gekoppelte Unwucht und dynamische Unwucht.
Statische Unwucht
Eine statische Unwucht liegt vor, wenn die Schwerpunktachse (Trägheitsachse) nicht mit dem Drehzentrum (Wellenzentrum) fluchtet und sich der Schwergpunkt sowie der Schwerpunkt in derselben Ebene befinden. Statische Unwucht kann das Ergebnis einer parallelen Verschiebung der Hauptmassenachse relativ zur Wellenmittellinie sein und durch eine asymmetrische Massenverteilung oder Verformung verursacht werden. Theoretisch lässt sich statische Unwucht feststellen, indem man den Gegenstand so auflegt, dass an jedem Ende ein Drehpunkt vorhanden ist. Bei statischer Unwucht und null Reibung neigt die Schwerkraft die schwerere Seite nach unten.
Gekoppelte Unwucht
Eine gekoppelte Unwucht tritt auf, wenn ein rotierendes Objekt zwei oder mehr Unwuchtmassen in verschiedenen Ebenen aufweist, die sich in Ruhestellung gegenseitig aufheben. Die Hauptmassenachse verläuft nicht mehr parallel zum Schwerpunkt, sondern schneidet die Schwerpunktachse. Wenn sich das System zu drehen beginnt, werden diese Massen von Zentrifugalkräften beeinflusst, was zu Schwingungen führt.
Dynamische Unwucht
Dynamische Unwucht ist die häufigste Art der Unwucht und das Ergebnis von statischer und gekoppelter Unwucht. Die Hauptmassenachse ist verschoben und verläuft nicht parallel zur Wellenmittellinie.
Resonanz
Jede Maschine weist eine oder mehrere Resonanzfrequenzen (Eigenfrequenzen) auf. Wenn eine Drehfrequenz mit der Resonanzfrequenz der Maschine übereinstimmt, tritt Resonanz auf. Resonanz kann erhebliche Auswirkungen haben.
Einzelne Teile
Lose Lager, Schrauben und Korrosion können zu übermäßigen Vibrationen der Maschine führen. Aufgrund der mechanischen Kräfte in der Maschine können lose Teile schnell Schäden verursachen.
Die dynamische Unwucht ist die häufigste Art der Unwucht und das Ergebnis statischer und gekoppelter Unwucht. Die Hauptmassenachse ist verschoben und verläuft nicht parallel zur Wellenmittellinie.
Lagerschäden
Bei rotierenden Maschinen begegnen wir zwei Haupttypen von Lagern: Wälzlager und Gleitlager.
Ein Wälzlager kann auf verschiedene Arten beschädigt werden, wobei jede Beschädigung einen eigenen Schwingungsfingerabdruck aufweist:
- Schaden am Innenring
- 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 lässt sich mittels Schwingungsanalyse feststellen, ob die Schwingungen auf einen Lagerschaden zurückzuführen sind.
Im Gegensatz zu Wälzlagern verwenden Gleitlager kein Wälzkörperelement, sondern nutzen einen Flüssigkeitsfilm (Ölfilm), um die Reibung zu verringern. Schwingungen können durch Ungenauigkeiten im Flüssigkeitsfilm verursacht werden; wenn sich kein stabiler Ölfilm bilden lässt, kann dieser reißen, was zu einem Ölpeitschen- oder Ölwirbelphänomen führt. Zudem reagiert dieser Lagertyp empfindlicher auf äußere Einflüsse auf die Position der Welle, da deren Lage im Lager nicht fixiert ist.
Beschädigte oder verschlissene Zahnräder
Schwingungen im Getriebe werden häufig durch beschädigte oder abgenutzte Zahnradzähne verursacht. Wenn beim Eingriff der Zahnradzähne ein beschädigter Zahn beteiligt ist, kann die Kraft nicht wie bei den anderen Zahnradzähneingriffen übertragen werden. Ist ein Zahnradzahn gebrochen, kann an dieser Stelle des Zyklus weniger Kraft übertragen werden. Infolgedessen treten Schwingungen auf.
