Instructions for installing and verifying vibration sensors

1. Anwendungsbereich und Zweck

Diese Anleitung beschreibt die korrekte Installation, Konfiguration und Verifizierung von Vibrationssensoren an rotierenden und oszillierenden Industriemaschinen. Ihr primärer Zweck ist die Unterstützung präventiver Instandhaltungsstrategien gemäß VDI 3832 und VDI 3834 zur frühzeitigen Erkennung von Maschinenschäden wie Unwucht, Fehlausrichtung, Lagerschäden oder Zahnradverschleiß. Die hier dargelegten Schritte ermöglichen Technikern die standardisierte Integration von Vibrationsüberwachungssystemen zur Steigerung der Anlagenverfügbarkeit und Reduzierung ungeplanter Stillstandszeiten. Die Anwendung erstreckt sich über typische Fertigungsanlagen im DACH-Raum, einschließlich Pumpen, Elektromotoren, Getrieben, Ventilatoren und Kompressoren.

2. Sicherheitsvorkehrungen

WARNUNG: Vor Beginn jeglicher Arbeiten an der Maschine ist diese gemäß DIN EN ISO 14118 (Sicherheit von Maschinen – Vermeidung unvorhergesehenen Anlaufens) sicherzustellen. Dies beinhaltet die vollständige Trennung von allen Energiequellen (elektrisch, hydraulisch, pneumatisch) und die Anwendung einer Lockout/Tagout (LOTO)-Prozedur. Persönliche Schutzausrüstung (PSA) gemäß EN-Normen muss durchgängig getragen werden, insbesondere Schutzbrille (EN 166), Schutzhandschuhe (EN 388) und Sicherheitsschuhe (EN ISO 20345).

Explosionsschutz: In potenziell explosionsgefährdeten Bereichen sind ausschließlich ATEX-zertifizierte Vibrationssensoren und Werkzeuge zu verwenden (Richtlinie 2014/34/EU).

3. Benötigte Werkzeuge und Materialien

Für eine normgerechte Installation und Verifizierung sind folgende Werkzeuge und Materialien kritisch:

4. Vorinspektions-Checkliste

Bevor die Installation des Vibrationssensors beginnt, ist eine sorgfältige Vorinspektion unerlässlich. Diese minimiert spätere Fehlerquellen und stellt die Integrität der Messkette sicher.

5. Schritt-für-Schritt-Installationsprozedur

Diese Prozedur ist chronologisch zu befolgen, um eine korrekte und zuverlässige Vibrationsmessung sicherzustellen. Jede Abweichung kann die Messqualität beeinträchtigen und zu fehlerhaften Diagnosen führen.

5.1 Montage des Vibrationssensors

1. Sichere Arbeitsumgebung herstellen: Maschine gemäß Abschnitt 2 abschalten und sichern. Arbeitsbereich absperren.
2. Montageposition wählen:
   • Wählen Sie eine Position so nah wie möglich an der Ursache der Vibration (z.B. Lagergehäuse, Getriebedeckel).
   • Die Fläche muss steif, glatt und sauber sein, um eine optimale mechanische Kopplung zu gewährleisten. Vermeiden Sie dünne Bleche oder Rippen.
   • Bevorzugt an der Lageraußenschale oder in deren unmittelbarer Nähe.
   • Häufiger Fehler: Montage an instabilen oder stark vibrierenden Anbauteilen, die nicht die Maschinenstruktur repräsentieren. Dies führt zu verfälschten Messwerten.
3. Oberflächenvorbereitung:
   • Reinigen Sie die Montagefläche gründlich mit dem fettfreien Oberflächenreiniger, bis sie metallisch blank ist. Entfernen Sie Rost, Farbe und Grat.
   • Stellen Sie sicher, dass die Fläche eben ist (Planheit < 0.05 mm). Bei Bedarf die Fläche schleifen oder plandrehen.
   • Häufiger Fehler: Unzureichende Oberflächenvorbereitung. Rückstände von Farbe oder Rost dämpfen die Vibration und führen zu Signalverlust.
4. Sensormontage (Methode je nach Sensortyp und Anwendung):

   A. Gewindebolzen-Montage (bevorzugt für permanente Installation):

   1. Markieren Sie die Bohrposition. Bohren Sie ein Loch (z.B. Ø6.8 mm für M8) und schneiden Sie ein Gewinde (z.B. M8x1.25) in die gereinigte Fläche, Tiefe min. 10 mm.
   2. Reinigen Sie das Gewinde gründlich von Spänen und Öl.
   3. Schrauben Sie den Sensor-Befestigungsbolzen handfest ein.
   4. Ziehen Sie den Bolzen mit einem Drehmomentschlüssel an.
   5. Montieren Sie den Vibrationssensor auf den Bolzen und ziehen Sie ihn mit dem Drehmomentschlüssel an.
   6. Spezifische Drehmomente:
      • Für M8-Bolzen: 8-12 Nm
      • Für M10-Bolzen: 15-25 Nm
      • Sensor auf Bolzen (M6-Gewinde): 2-5 Nm (Herstellerangabe prüfen!)
   7. Visuelle Indikation: Der Sensor sitzt fest, kein Spiel, die Kabelabgangsrichtung ist korrekt. Übermäßiges Anzugsdrehmoment kann den Sensor beschädigen; zu geringes Drehmoment führt zu schlechter Kopplung.

   B. Klebemontage (für temporäre oder schwer zugängliche Stellen, bei fehlender Möglichkeit für Gewinde):

   1. Reinigen Sie die Montagefläche wie oben beschrieben.
   2. Tragen Sie eine dünne, gleichmäßige Schicht des Zweikomponenten-Klebstoffs auf die Sensorbasis oder die vorbereitete Fläche auf (ca. 0.1-0.2 mm Schichtdicke).
   3. Drücken Sie den Sensor fest auf die Fläche und halten Sie ihn für die vom Klebstoffhersteller angegebene Aushärtezeit.
   4. Sichern Sie den Sensor während der Aushärtung gegen Verrutschen.
   5. Visuelle Indikation: Der Sensor sitzt vollflächig und ohne Hohlräume auf der Oberfläche. Klebstoff darf nicht an den Kabelausgang gelangen. Die Aushärtezeit muss strikt eingehalten werden.

   C. Magnetfuß-Montage (nur für temporäre Messungen, nicht für permanente Überwachung):

   1. Reinigen Sie die Montagefläche gründlich.
   2. Platzieren Sie den Magnetfuß fest auf der metallisch blanken Fläche. Stellen Sie sicher, dass kein Luftspalt entsteht.
   3. Achten Sie auf ausreichende Haftkraft des Magneten, insbesondere bei hohen Vibrationsamplituden.
   4. Häufiger Fehler: Montage auf lackierten oder unebenen Flächen. Dies reduziert die magnetische Haftkraft und beeinträchtigt die Übertragung. Nicht für permanente Installationen geeignet, da Magnetfelder und Temperatur die Haftung beeinflussen können.
5. Kabelverlegung:
   • Verlegen Sie das geschirmte Messkabel vom Sensor zum Analysator oder Überwachungssystem.
   • Vermeiden Sie scharfe Knicke und Zugspannung am Kabel. Befestigen Sie das Kabel alle 30-50 cm mit Kabelbindern, um Kabelschwingungen und mechanische Beanspruchung zu minimieren.
   • Führen Sie das Kabel fern von starken elektromagnetischen Feldern (z.B. Motorwicklungen, Frequenzumrichtern) und Wärmequellen.
   • Stellen Sie sicher, dass der Biegeradius des Kabels die Herstellervorgaben nicht unterschreitet (i.d.R. min. 5x Kabeldurchmesser).
   • Vermeiden Sie das Verlegen von Sensorkabeln parallel zu Starkstromleitungen. Halten Sie einen Mindestabstand von 30 cm ein.
   • Häufiger Fehler: Unzureichende Abschirmung oder schlechte Kabelverlegung führt zu elektromagnetischen Interferenzen (EMI) und Masseschleifen, was das Vibrationssignal verrauscht.
6. Elektrischer Anschluss:
   • Schließen Sie das Sensorkabel am vorgesehenen Eingang des Vibrationsüberwachungssystems an.
   • Überprüfen Sie die Polung bei nicht-IEPE-Sensoren. Bei IEPE/ICP-Sensoren ist die Polarität nicht kritisch, aber der ordnungsgemäße Sitz des Steckers ist essenziell.
   • Stellen Sie sicher, dass alle Steckerverbindungen sauber, trocken und fest sind.
   • Visuelle Indikation: Kabel fest verschraubt oder Stecker eingerastet. Dichtungselemente intakt.

5.2 Frequenzgang-Überprüfung

Nach der Montage ist die Funktion des Sensors und der Messkette zu verifizieren, insbesondere der Frequenzgang, um sicherzustellen, dass der Sensor die relevanten Frequenzbereiche korrekt erfasst. Dies geschieht vorzugsweise mit einem Kalibrator oder, falls nicht verfügbar, mit einem Signalgenerator.

1. Maschine sichern: Wie in Abschnitt 2 beschrieben. Die Maschine muss außer Betrieb sein.
2. Testaufbau vorbereiten:
   • Verbinden Sie den Vibrationssensor (oder einen Referenzsensor auf demselben Kalibrator) mit dem Vibrationsanalysator.
   • Schließen Sie einen Signalgenerator an den Eingang des Kalibrators an (falls verwendet) oder nutzen Sie einen Beschleunigungsaufnehmer-Kalibrator direkt.
   • Verbinden Sie den Signalgenerator mit einem Oszilloskop, um das Ausgangssignal zu überwachen.
3. Frequenzsweep durchführen:
   • Generieren Sie ein Sinussignal, das den relevanten Frequenzbereich des Sensors abdeckt (z.B. von 10 Hz bis 5 kHz).
   • Erhöhen Sie die Frequenz schrittweise und überwachen Sie das Ausgangssignal des Sensors am Analysator/Oszilloskop.
   • Ein IEPE-Sensor liefert typischerweise eine konstante Ausgangsspannung (z.B. 100 mV/g) über seinen spezifizierten Frequenzbereich.
   • Häufiger Fehler: Verwendung eines unkalibrierten Signalgenerators. Das führt zu ungenauen Frequenzgängen. Das Ausgangssignal sollte idealerweise eine konstante Beschleunigung (z.B. 1 g) über den Frequenzbereich liefern.
4. Amplitudenprüfung:
   • Stellen Sie den Signalgenerator auf eine feste Frequenz (z.B. 100 Hz) und eine bekannte Beschleunigung (z.B. 1 g).
   • Messen Sie die Ausgangsspannung des Sensors am Vibrationsanalysator/Oszilloskop.
   • Vergleichen Sie den Messwert mit der Nennempfindlichkeit des Sensors (z.B. 100 mV/g). Die Abweichung sollte < 5% betragen.
   • Visuelle Indikation: Die Sinuswelle am Oszilloskop ist stabil und rauschfrei. Der RMS-Wert am Multimeter entspricht der Sensorempfindlichkeit.

5.3 Alarmschwellen-Einrichtung

Die Einrichtung von Alarmschwellen ist kritisch für die Wirksamkeit der Condition Monitoring Strategie. Referenzwerte sind VDI 2056 und ISO 10816-1.

1. Referenzwerte ermitteln:
   • Sammeln Sie Vibrationsdaten von der Maschine im Normalbetrieb (Referenzmessung).
   • Verwenden Sie die Richtwerte aus ISO 10816-1 (Bewertung der Maschinenvibration durch Messungen an nicht-rotierenden Teilen) oder ISO 7919-1 (Messungen an rotierenden Wellen).
   • Erwägen Sie auch herstellerspezifische Grenzwerte.
   • Typische Grenzwerte für den Gesamtschwinggeschwindigkeits-Effektivwert (v_eff) in mm/s RMS (10-1000 Hz):
   • Häufiger Fehler: Übernahme von Standardwerten ohne Berücksichtigung der spezifischen Maschinencharakteristik oder des Alters. Dies führt zu Fehlalarmen oder zu spät erkannten Schäden.

   Maschinenklasse (ISO 10816-1)	Schwingstärke Zone A/B (mm/s RMS)	Schwingstärke Zone B/C (mm/s RMS)	Schwingstärke Zone C/D (mm/s RMS)
   Klasse I (Kleine Maschinen)	0.71	1.8	4.5
   Klasse II (Mittelgroße Maschinen)	1.12	2.8	7.1
   Klasse III (Große Grundplatten)	1.8	4.5	11.2
   Klasse IV (Große flexible Fundamente)	2.8	7.1	18.0

2. Schwellwerte konfigurieren:
   • Konfigurieren Sie im Vibrationsüberwachungssystem (PLC, SCADA, CM-Software) zwei Alarmschwellen:
     • Vor-Alarm (Warnung): Bei Überschreitung dieser Schwelle wird eine Benachrichtigung generiert, um eine proaktive Inspektion oder Planung der Instandhaltung zu ermöglichen. Dies kann beispielsweise bei 70-80% des Haupt-Alarms liegen.
     • Haupt-Alarm (Gefahr/Abschaltung): Bei Überschreitung dieser Schwelle sind sofortige Maßnahmen erforderlich, ggf. die automatische Abschaltung der Maschine zur Vermeidung von Folgeschäden.
   • Berücksichtigen Sie typische Verzögerungszeiten (z.B. 1-5 Sekunden) für Alarmbedingungen, um kurzzeitige Spitzen (transiente Ereignisse) zu filtern.
   • Visuelle Indikation: Alarmzustände werden im System klar visualisiert (z.B. Grün -> Gelb -> Rot).
3. Alarmtest:
   • Simulieren Sie am Analysator/Signalgenerator eine Vibration oberhalb der Warngrenze und anschließend oberhalb der Gefahrgrenze.
   • Überprüfen Sie, ob die entsprechenden Alarme im System ausgelöst werden und die vorgesehenen Aktionen (z.B. E-Mail-Benachrichtigung, Abschaltung) erfolgen.

6. Nachinspektions-Checkliste

Nach Abschluss der Installation und Konfiguration ist eine abschließende Überprüfung des Systems unerlässlich, um die Betriebsbereitschaft und Genauigkeit sicherzustellen.

7. Fehlerbehebung

Bei auftretenden Problemen nach der Installation, nutzen Sie folgende Tabelle zur systematischen Fehleranalyse und -behebung.

8. Empfohlener Wartungsplan

Regelmäßige Wartung sichert die Langzeitstabilität und Genauigkeit des Vibrationsüberwachungssystems.

9. Ersatzteilreferenz

Für eine schnelle und effiziente Instandhaltung ist die Verfügbarkeit von Ersatzteilen kritisch. UNITEC-D bietet eine breite Palette an hochwertigen Komponenten für Vibrationsüberwachungssysteme, die den CE- und TÜV-Standards entsprechen.

Weitere Komponenten und Spezifikationen finden Sie in unserem E-Katalog: www.unitecd.com/e-catalog/

10. Referenzen

• DIN EN ISO 14118: Sicherheit von Maschinen – Vermeidung unvorhergesehenen Anlaufens
• DIN EN 61010-1: Sicherheitsbestimmungen für elektrische Mess-, Steuer-, Regel- und Laborgeräte
• DIN ISO 10816-1: Mechanische Schwingung – Messung und Bewertung der Maschinenschwingung – Teil 1: Allgemeine Richtlinien
• DIN ISO 7919-1: Mechanische Schwingung – Messung und Bewertung der Schwingung an Wellen – Teil 1: Allgemeine Richtlinien
• VDI 2056: Beurteilung der Schwingungsstärke von Maschinen mit Drehzahlen von 600 bis 12000 U/min
• VDI 3832: Überwachung von Maschinenschwingungen – Kenngrößen
• VDI 3834: Maschinendiagnostik – Ermittlung des Zustands von Wälzlagern mit Schwingungsmessungen
• ATEX-Richtlinie 2014/34/EU: Geräte und Schutzsysteme zur bestimmungsgemäßen Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen
• Herstellerspezifische Dokumentation des Vibrationssensors und des Überwachungssystems.