Die drei Baureihen der Schwingungssensoren von Pepperl+Fuchs: von IO-Link über Ex-Bereich bis zu SIL2 ist alles möglich. (Quelle: Pepperl+Fuchs)
Bei Pumpen, Zentrifugen, Gebläsen und Starkstrommotoren in großindustriellen Dimensionen werden schwere Maschinenteile von starken Kräften bewegt. Verschleiß oder Schäden an relevanten Komponenten können nicht nur die Maschine außer Gefecht setzen, sondern im ungünstigen Fall auch zu einer Gefahr für die technische Umgebung und vor allem für das Bedienpersonal werden. Um solche Risiken möglichst auszuschließen, sind in Normen umfangreiche Sicherheitsmaßnahmen rund um die funktionale Sicherheit definiert. Abhängig von der jeweiligen Anlage kommen Sicherheitslevel nach SIL oder PL zum Tragen. Die normierte Schwingungsmessung gehört bei größeren Maschinen zu den Voraussetzungen, um die entsprechenden Level zu erreichen.
Die Rotation von Wellen und weiteren Maschinenkomponenten verursacht unvermeidlich Schwingungen. Der „Rundlauf“, der die einwandfreie Funktion einer Maschine kennzeichnet, ist mit einem charakteristischen Schwingungsmuster verbunden. Im Lauf des Betriebs verändert sich dieses, da Reibung, Verschleiß und Materialermüdung zu vielfältiger Abnutzung führen. Verschmutzung und die Schwingung selbst können ebenfalls schleichende Veränderungen und Unwuchten verursachen, die den Rundlauf zunächst nur geringfügig, mit der Zeit aber zunehmend beeinträchtigen. Daneben kann es auch initiale Probleme geben, etwa wenn die Maschine nicht hundertprozentig waagerecht aufgestellt wurde oder die beiden Seiten einer Kraftkupplung nicht perfekt aufeinander ausgerichtet sind. Sowohl die Abnutzung als auch konstruktive Fehler oder unbemerkte Beschädigungen können wiederum dazu führen, dass sich Getriebeverbindungen lockern, Halterungen brechen oder Kugellager zerstört werden.
Sensordaten erlauben detaillierte Rückschlüsse
Unabhängig von den Sicherheitsvorschriften sollen solche Schäden natürlich ausgeschlossen werden, herkömmlicherweise durch regelmäßige Wartung, etwa nach einer bestimmten Zahl von Betriebsstunden. Die Wartungsintervalle werden dabei mit einem Puffer festgelegt. Das Motto dabei: lieber zu früh als zu spät. Die Schwingungsmessung eröffnet hier eine bessere Option, da sie detaillierte Auskunft über den tatsächlichen Zustand einer Maschine und ihrer kritischen Komponenten geben kann.
Pepperl+Fuchs bietet dafür ein Portfolio an kapazitiven MEMS-Sensoren an. Die Geräte der VIM-Baureihen können sowohl die Geschwindigkeit als auch die Beschleunigung erfassen, die mit jeder Schwingungsbewegung verbunden sind. Sie übernehmen zugleich die Aufgabe der Mittelwertbildung, die für eine normierte Schwingungsmessung definiert ist. Dabei wird ein quadrierter Mittelwert, der sogenannte „Root Mean Square“ oder RMS-Wert, der Beschleunigung gebildet. Er kumuliert die Beschleunigungswerte aus einer definierten Zeitspanne von bis zu 12 s. Im RMS sind die Spitzenwerte mathematisch gekappt, sodass kurzzeitige Einwirkungen auf das Schwingungsverhalten herausgefiltert bleiben. So wird verhindert, dass irrelevante Ausschläge einen unnötigen Alarm auslösen. Solche Einwirkungen können von außen kommen, zum Beispiel wenn der Sensor die Vibration eines vorbeifahrenden Fahrzeugs oder durch den Boden übertragene Erschütterungen aus der Umgebung erfasst.