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Schärferes Condition Monitoring
durch unscharfe Verfahren
GfM Gesellschaft für Maschinendiagnose mbH
Köpenicker Straße 325, Haus 40
12555 Berlin
Tel 030 / 65 76 25 65
Fax 030 / 65 76 25 64
Vertriebsbüro Dortmund
Am Kämpen 22
44227 Dortmund
Tel 0231 / 77 64 723
Fax 0231 / 77 64 724
Vortrag im Rahmen der 3. Offshoretage
am 17. und 18. März 2016 in Berlin
Dipl.-Ing. Axel Haubold, Dr.-Ing. Rainer Wirth
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Gliederung
1 Wer ist die GfM
2 Warum Schwingungen
3 Kennwertüberwachung
4 Frequenzselektive Überwachung
5 Ordnungsanalyse
6 DVS
7 Beispiel
8 Unscharfe Analyse
9 Resümee
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Wer ist die GfM?
Leistungen
• Online-CMS „Peakanalyzer“
• Überwachungsservice für Online-CMS
• Offline-Schwingungsdiagnose als Komplettdienstleistung
• Auswerteservice für Offline-Schwingungsmessungen von Dritten
• Rotorblattlagerdiagnose
• Drehmomentanalysen
• Videoendoskopie
• Seminare
ergänzend
• 17 Mitarbeiter
• Sitz der Firma in Berlin
• Standorte in Dortmund, Lenzburg (CH)
• Einsatzorte weltweit
• ca. 1.000 Offline-Messungen pro Jahr
• ca. 400 Online-CMS, davon ca. 350 in der Überwachung
• ca. 50 Teilnehmer bei GfM-Seminaren pro Jahr
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Warum überwacht man ausgerechnet Schwingungen?
Schwingungen
• enthalten viele Informationen
• breiten sich gut aus
• sind leicht zu messen
• sind gut zu interpretieren
Piezoelektrische Beschleunigungssensoren
• sind hinreichend genau
• decken einen großen Messbereich ab
• sind leicht zu installieren
• sind robust
• sind preiswert
• Kabellängen sind unproblematisch
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Kennwertüberwachung
Werkzeuge
• Effektivwert der Schwinggeschwindigkeit
• Effektivwert der Schwingbeschleunigung
• Spitzenwert der Schwingbeschleunigung
• spezielle Kennwerte
Crestfaktor, K(t), Kurtosis
SPM, Spike Energy, BCU
SEE
Vorteil
• schnell
• keine Kinematik erforderlich
Nachteil
• unscharf
• Schadensart und -ort sind nicht zuverlässig bestimmbar
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Frequenzselektive Überwachung
Werkzeuge
• Spektrum
• Hüllkurvenspektrum
• Ordnungsspektrum
• Hüllkurvenordnungsspektrum
Vorteil
• sehr zuverlässig
• Schadensart und -ort sind exakt bestimmbar
Nachteil
• zeitverzögert
• Kinematik erforderlich
• ein gewisses Maß an Diagnosewissen ist erforderlich
Ordnungsanalyse
• parallele Drehzahlmessung
• Resampling
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VDI3832 – Körperschallmessungen zur Zustandsbeurteilung von Wälzlagern in
Maschinen und Anlagen
• Richtlinie aus dem Jahr 2007
• nennt Kennwerte und Kennfunktionen zur Beurteilung des Wälzlagerzustands
und beschreibt deren Verwendung
• beschreibt Bewertungsstufen des Schadensausmaßes
Frequenzselektive Überwachung
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Ordnungsanalyse
• ist ein Werkzeug zur Diagnose an drehzahlvariablen Antrieben
• ist schon bei geringer Drehzahlwelligkeit unbedingt anzuwenden
• Frequenzanalyse ist nur für die Analyse zeitbasierter Ereignisse sinnvoll
• Ordnungsanalyse dagegen analysiert Ereignisse drehwinkelbasiert
• Bezug erfolgt in der Regel auf die Drehzahl einer Referenzwelle
meist schnelle Welle
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Beispiel drehzahlvariable Windenergieanlage, Schaden am Rotorlager
Frequenzspektrum
Ordnungsspektrum
Ordnungsanalyse
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reine Amplitudenüberwachung ist schwierig
Automatisierung
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10Ordnung
0
0.5
1
1.5
2
2.5
Sch
win
gb
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m/s
² D17050O1 / ZwWG
0,3
15
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0,6
30
1
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3,2
56
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0,3
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0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8Ordnung
0
2
4
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12
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18
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² D13540O1 / Zw_G
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3
Fotos: Stöckl, M.: Verzahnungs- und Lagerschäden an Industriegetrieben. Vortrag in Berlin, 8. November 2005
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reine Amplitudenüberwachung ist schwierig
• Das Diagnosegerät erfasst nur ein Abbild der erzeugten Schwingungen.
• Einflüsse auf den Schalltransport werden nicht beachtet.
- Schwingfreudigkeit der Gehäusestruktur, Dämpfung
- Einfluss der Fundamentierung
- Resonanzen
- Grenzübergänge
Zusätzlich bei Wälzlagern:
• Die Amplitude des originalen Stoßimpulses ist abhängig vom Ort der
Schädigung, also von
- der Lage zum Lastzonenmaximum und
- der Relativbewegung zur Lastzone.
• Stoßimpulse werden durch Faltung übertragen. Die Qualität der angeregten
Eigenfrequenzen hat Einfluss auf die Amplituden im Hüllkurvenspektrum.
Automatisierung
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DVS-Analyse
0 50 100 150 200Frequenz in Hz
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.09
0.1
Sch
win
gb
esch
leu
nig
un
g H
K in
m/s
² C2026 / Steinw_ZW 1
2,0
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Hz K
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CA
33
,50
8 H
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KF
23
28
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A
0 50 100 150 200Frequenz in Hz
0
1
2
3
4
5
Sig
nifik
an
z
C2026 / S- 2-35-705
33
,50
8 H
z W
älz
kö
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r S
KF
23
28
4C
A
2,0
14
Hz K
äfig
SK
F 2
32
84
CA
Automatisierung
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unscharfe Analyse
• Diagnose an Rotorlagern und langsam drehenden
Lagern gilt als schwierig
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Beispiel: Hauptlager an einer 600 kW Anlage
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20Zeit in s
-1
-0.5
0
0.5
1
Schw
ingbeschle
unig
ung in m
/s² EXAMPLE /Zeitsignal Hauptlager
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5Ordnung
0
0.005
0.01
0.015
0.02
Schw
ingbeschle
unig
ung in m
/s² EXAMPLE / Hauptlager
AR
Lager 240/6
30 0,1
64
H. A
R L
ager 240/6
30 0,4
92
H. A
R L
ager 240/6
30 0,6
57
H. A
R L
ager 240/6
30 0,8
21
H. A
R L
ager 240/6
30 1,8
07
H. A
R L
ager 240/6
30 1,9
71
H. A
R L
ager 240/6
30 2,1
35
H. A
R L
ager 240/6
30 2,2
99
H. A
R L
ager 240/6
30 2,4
63
H. A
R L
ager 240/6
30 2,6
27
H. A
R L
ager 240/6
30 2,7
91
unscharfe Analyse
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Beispiel:
Bildquelle: Sachverständigenbüro Veltrup, Dipl. Ing. Martin Veltrup, Öffentlich bestellter und vereidigter Sachverständiger der
IHK Oldenburg für Windenergieanlagen
unscharfe Analyse
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komplexe Überwachung vieler Spektralanteile
unscharfe Analyse
• kinematische Frequenzen, Harmonische und Seitenbänder
• Toleranzen
• Ausschlussverfahren
• k aus n
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Resümee
Leistungsfähige Hardware ermöglicht heute die Implementierung umfangreicher
Algorithmen zur komplexen Bewertung vieler Spektralanteile.
Mit der Ordnungsanalyse, der DVS-Analyse und nun auch der unscharfen Analyse
wird die automatische Arbeitsweise des Peakanalyzers weiter verbessert und damit
der Personalaufwand weiter verringert.
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Peakanalyzer Schlüsselmerkmale
• keine Lernphase
• vollautomatische Arbeitsweise
• leistungsstarke Ordnungsanalyse
• DVS-Analyse
• unscharfe Analyse
• Konfigurations- und Analysesoftware im Lieferumfang
Hardware
• modularer Aufbau, verteilte Datenerfassung
• Partikelzähleranschluss
• Fundamentüberwachung
• Anschluss weiterer Signale
(DMS, 0 … 20 mA, +/- 10 V, PT100)
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
GfM Gesellschaft für Maschinendiagnose mbH
Köpenicker Straße 325, Haus 40
12555 Berlin
Tel 030 / 65 76 25 65
Fax 030 / 65 76 25 64
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Vertriebsbüro Dortmund
Am Kämpen 22
44227 Dortmund
Tel 0231 / 77 64 723
Fax 0231 / 77 64 724