Diagnose und Beseitigung von übermäßiger Schwingung rotierender Anlagen: Schritt-für-Schritt technisches Handbuch

1. Beschreibung der Problemstellung und Anwendungsbereich

Übermäßige Vibration im industriellen rotierenden Equipment (Pumpen, Ventilatoren, Kompressoren, Elektromotoren) ist ein primärer Indikator mechanischer und hydrodynamischer Defekte. Eine rechtzeitige Diagnose verhindert katastrophale Ausfälle, Schäden an Lagerungen, Beschädigungen von Dichtungen und Stillständen von Produktionslinien auf ukrainischen Unternehmen.

Klassifizierung der Kritikalität nach ISO 10816 / ISO 18163:

• Zone A (0 – 1,8 mm/s RMS): Neues oder repariertes Gerät. Normaler Zustand.
• Zone B (1,8 – 4,5 mm/s RMS): Erlaubter Zustand für eine langfristige kontinuierliche Betriebsführung ohne Einschränkungen.
• Zone C (4,5 – 11,2 mm/s RMS): Unzulässiger Zustand. Betrieb nur eingeschränkt möglich. Reparatur muss geplant werden.
• Zone D (> 11,2 mm/s RMS): Kritischer Zustand. Hoher Risiko plötzlichen Ausfalls. Sofortige Stilllegung der Anlage.

2. Sicherheitsmaßnahmen

ACHTUNG! SICHERHEIT ERST!

• Lockout/Tagout (LOTO): Vor der Durchführung jeglicher mechanischer Messungen an offenen Wellen oder Arbeiten zur Fehlerbehebung müssen Sie die Stromversorgung vollständig abschalten und den Hauptschalter gemäß der LOTO-Prozedur blockieren (Standard EN 1037).
• Energiebereitstellung: Berücksichtigen Sie den Restdruck in hydraulischen/pneumatischen Systemen sowie die potenzielle Energie der gedrückten Federn oder der aufgehängten Massen.
• ZIZ: Tragen Sie Schutzbrille, Helm, Stiefel mit Metallkappen und eng anliegende Kleidung (ohne freie Enden und Krawatten), um Verletzungen durch antriebsseitige Teile zu vermeiden (mindestens sichere Distanz zu offenen Wellen — 0,5 Meter).
• Heisse Oberflächen: Die Temperatur der Lagergehäuse kann über 80 °C liegen. Verwenden Sie hitestabile Handschuhe.

3. Notwendige Diagnosegeräte

4. Anfangscheckliste zur Bewertung

5. Systematische Diagnoseblockschaltbild

1. Schritt 1: Primärer Analyse des allgemeinen Schwingungsniveaus und des Frequenzspektrums
   • Mess die Schwingungsgeschwindigkeit (mm/s RMS) in horizontaler, vertikaler und axialer Richtung an jeder Lagerstütze.
   • IF das allgemeine Wert übersteigt 4,5 mm/s (Zone C), THEN wechseln Sie zum FFT-Spektralanalyse.
     • IF dominiert ein Peak bei der Drehzahlfrequenz $1 imes ext{RPM}$ in radialer Richtung → PROBLEM: Rotorungleichgewicht (Siehe Schritt 2A).
     • IF dominieren Spitzen auf $1 imes$, $2 imes$ und $3 imes ext{RPM}$ in axialer und radialer Richtung → PROBLEM: Unausgeglichenheit der Wellen (Siehe Schritt 2B).
     • IF hohe nicht synchronisierte Frequenzen (BPFO, BPFI, BSF, FTF) oder hochfrequente Beschleunigung erkannt → PROBLEM: Lagerdefekt (Siehe Schritt 2C).
     • IF Die Schwingung steigt plötzlich an, wenn eine bestimmte Drehzahl erreicht wird → PROBLEM: Resonanz (Siehe Schritt 2D).

6. Matrix „Symptom – Ursache“

7. Detaillierter Ursachenanalyse (Root Cause Analysis)

7.1. Rotor-Diskrepanz (Rotor Imbalance)

Warum tritt das auf: Ungleichmäßiger Massenverlauf bezüglich der Drehachse. Entsteht durch Ablagerung von Produkt (in Ventilatoren/Pumpen), korrosives Verschleiß, Erosion der Schaufeln, Verlust von Ausgleichsmassen oder mechanische Schäden während der Wartung.

Wie bestätigen: Der Spektrum zeigt einen deutlich dominierenden Peak bei der Frequenz $1 imes ext{RPM}$ in horizontaler und vertikaler Richtung. Die Phasenverschiebung zwischen horizontalen Sensoren auf derselben Lagerung beträgt etwa $90^\circ - 105^\circ$.

Konsequenzen: Lagerüberlastung, beschleunigter Verschleiß der Lagerstellen, sekundäre Risse im Gehäuse.

7.2. Unausgeglichenheit (Misalignment)

Warum es auftritt: Montagefehler, thermische Ausdehnung des Aggregats beim Erreichen der Betriebstemperatur, Setzen des Fundaments oder Lockerung der Befestigungsschrauben des Getriebes/Antriebs.

Wie bestätigen: Der Spektrum zeigt hohe Amplituden bei $1 imes ext{RPM}$, $2 imes ext{RPM}$, manchmal $3 imes ext{RPM}$. Die axialen Vibrationen betragen über 50 % der maximalen radialen. Bei Prüfung mit Laser wurde ein winkel- oder paralleles Verschieben der Achsen über die Toleranzen hinaus festgestellt.

Konsequenzen: Bruch von Wellen, Zerstörung elastischer Elemente von Kupplungen, Überhitzung von Lagerungen.

7.3. Defekte an Kugellagern (Bearing Defects)

Warum tritt das auf: Störung des Schmiermodus, Eintritt von Feuchtigkeit/abrasivem Material, Überlastung, falsche Axialsitzung mit Spiel oder elektrische Korrosion (Stromflüsse durch den Lagerkorb von Frequenzumrichtern).

Wie bestätigen: Auftreten von nicht synchronen Harmonischen in der Hochfrequenzzone (BPFO – äußeres Ring, BPFI – inneres Ring, BSF – Kugeln). Anstieg des Niveau des allgemeinen Parameters der Impulsstöße.

Konsequenzen: Blockierung des Rotors, Zerstörung des Trennringes, Schäden an den Anschlagflächen des Wellen- und Gehäusekörpers.

7.4. Resonanz (Resonance)

Warum tritt das auf: Übereinstimmung der Erregungsfrequenz (Drehzahl, Zahnverzahnungsfrequenz) mit der Eigenfrequenz der Schwingungen der Konstruktion (Gerüst, Rohrleitungen, Fundament).

Bestätigen: Durchführung eines Stoßtests mit einem Spektralanalysator und einem schwingungsspeichernden Schlaghammer im Stillstand. Erkennung der Eigenfrequenz, die der Betriebsgeschwindigkeit entspricht.

Konsequenzen: Katastrophales Zerstörung der Fundamentbolzen, Ermüdungszerstörung des Metalls der Tragwerke.

8. Schritt-für-Schritt-Verfahren zur Fehlerbehebung

8.1. Ausbalancieren des Rotors

1. Stellen Sie das Gerät an, führen Sie die LOTO-Prozedur durch.
2. Führen Sie ein sorgfältiges Reinigen der Arbeitsflächen des Rotors (Schraubblatt, Schaufeln) von Ablagerungen und technischen Verunreinigungen durch.
3. Führen Sie ein Feldbalancing (in-situ Balancing) in zwei Ebenen (für starre und flexible Rotor gemäß ISO 21940-11) durch.
   • Installieren Sie den Vibrationsensor und den optischen Drehzahlgeber (Tachometer).
   • Messung des Anfangsdiskrepanz (Amplitude und Phase).
   • Setzen Sie den bekannten Testlast im definierten Position.
   • Berechnen und installieren Sie die Ausgleichslasten durch Schweißen oder Befestigen an spezielle Sitzflächen. Der Schraubendrehmoment für Befestigungslasten der Stärkeklasse 10.9 mit Schraubengröße M8 beträgt 30 N·m, für M10 — 58 N·m.
4. Führen Sie eine Prüfung durch: Die Schwingungsniveau darf die Zone B nicht überschreiten gemäß ISO 10816.

8.2. Korrektur der Wellenverschiebung

1. Stoppen Sie den Aggregat, blockieren Sie die Stromversorgung (LOTO), lassen Sie das Equipment bis zur Raumtemperatur abkühlen, um thermische Verschiebung auszuschließen.
2. Entfernen Sie den Schutzschutz des Kupplungsgehäuses. Inspektionieren Sie die elastischen Elemente der Kupplung auf Risse und Verschleiß.
3. Installieren Sie die Ausrichtungslasersysteme auf die Wellen des Antriebs- und Getriebegestells.
4. Geben Sie die geometrischen Parameter der Abstände zwischen den Sensoren und Referenzpunkten in den Steuerterminal des Systems ein.
5. Drehen Sie die Wellen (mindestens um $180^\circ$) und messen Sie das aktuelle Abweichen.
6. Stellen Sie die Position der Füße mittels kalibrierten rostfreien Zwischenplatten (Shim Plates) ein. Erlaubte parallele Verschiebung und Winkelabweichung nach Ausrichtung — weniger als 0,03 mm bei Drehzahlen von 3000 U/min.
7. Schrauben Sie die Befestigungsschrauben mit einem Drehmomentmessschlüssel an (Drehmoment für Schrauben M16 Klasse 8.8 — 195 N·m).
8. Wiederholen Sie das Lasermaßnahme nach der Schraubung, um das Ergebnis zu bestätigen.

8.3. Austausch eines defekten Lagerstücks

1. Stellen Sie das Gerät an, wenden Sie LOTO an, entfernen Sie den Riemen/ das Kupplung und demontieren Sie den Lagerknoten.
2. Reinigen Sie den Wellenkragen und den Gehäusekörper. Prüfen Sie den Durchmesser des Wellenkragens mit einem Mikrometern (Toleranz für die Passung des Lageres auf die Welle: für einen normalen radialen Spielraum wird in der Regel eine Passung $k5$ oder $m5$ verwendet). Das radiale Wackeln des Wellenkragens darf nicht mehr als 0,012 mm überschreiten.
3. Erhitzen Sie den neuen Lagerkorb mit einem Induktionsheizer auf eine Temperatur nicht höher als 110 °C (kontrollieren Sie mit einer Thermokamera oder Thermoelement). Verwenden Sie offenes Feuer nicht!
4. Schnell den Lagerkragen auf die Wellenstirn bis zum Anschlag aufsetzen. Halten Sie axial bis zur vollständigen Abkühlung.
5. Füllen Sie den freien Raum im Lagergehäuse mit Schmierfett (z. B. auf Polysulfidbasis mit Lithiumkomplex, Klassifizierung NLGI 2) auf 30–40 %.
6. Montieren Sie den Knoten, justieren Sie die Axialspiel (für Kegel- oder Aufnahmezapfenlager entsprechend der OEM-technischen Dokumentation).

9. Präventive Maßnahmen

10. Ersatzteile und Komponenten

Für die schnelle Behebung von Störungen bei rotierender Ausstattung verwenden Sie zuverlässige Komponenten aus dem Sortiment der UNITEC-D GmbH. In unserem Katalog finden Sie einen umfassenden Sortiment industrieller Ersatzteile mit Lieferung nach Ukraine:

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11. Verweise und Standards

• ISO 10816-3: Mechanische Schwingungen. Bewertung von Maschinen schwingungsmessung an nicht rotierenden Teilen. Teil 3: Industriemaschinen mit einer nominalen Leistung über 15 kW und einer nominalen Geschwindigkeit von 120 min⁻¹ bis 15000 min⁻¹.
• ISO 18436-2: Maschinenzustandsüberwachung und Diagnose. Anforderungen an die Qualifikation und Bewertung von Personal. Teil 2: Schwingungsüberwachung und Diagnose.
• ISO 21940-11: Mechanische Schwingungen. Ausbalancieren von Rotoren. Teil 11: Verfahren und Toleranzen für Rotor im starren Zustand.
• EN 1037: Maschinen Sicherheit. Verhindern von unerwartetem Start (LOTO).
• Technische Sicherheitsvorschriften für Maschinen und Anlagen (CE, UkrSEPRO).