Beschleunigung, Geschwindigkeit und Weg
Eine Schwingung lässt sich durch den Weg einer Oberfläche (Schwingweg), ihre Geschwindigkeit (Schwinggeschwindigkeit) oder die Änderung dieser Geschwindigkeit (Schwingbeschleunigung) beschreiben. Für eine einzelne Sinusschwingung der Frequenz f hängen die drei über die Kreisfrequenz ω = 2πf zusammen:
v = a / (2πf) d = v / (2πf)
Dieselbe Geschwindigkeit bedeutet also bei niedriger Frequenz einen großen Weg und bei hoher Frequenz eine große Beschleunigung. Deshalb wird der Weg für langsame Wellen und Bauwerke verwendet, die Geschwindigkeit für den allgemeinen Maschinenzustand und die Beschleunigung für Wälzlager und Getriebe.
Spitze, Effektivwert und Spitze-Spitze
Jede Größe lässt sich auf drei Arten angeben:
- Spitze: der größte Wert innerhalb einer Periode
- Effektivwert (RMS): bei einer Sinusschwingung Spitze / √2
- Spitze-Spitze: der gesamte Ausschlag, 2 × Spitze
Üblich ist die Beschleunigung als Spitze (g), die Geschwindigkeit als Effektivwert (mm/s oder in/s) und der Weg als Spitze-Spitze (µm oder mils). Prüfen Sie immer, welchen Wert ein Datenblatt oder ein Grenzwert meint: Effektivwert und Spitze-Spitze des Wegs zu verwechseln ist ein Fehler um den Faktor 2,8.
Rechenbeispiel
Ein Pumpenlager zeigt 4,5 mm/s effektiv bei 50 Hz (3000 min⁻¹):
- Geschwindigkeit Spitze 6,36 mm/s, Spitze-Spitze 12,73 mm/s
- Beschleunigung Spitze 0,204 g (2,00 m/s²)
- Weg Spitze-Spitze 40,5 µm
- Ein Beschleunigungssensor mit 100 mV/g liefert 20,4 mV Spitze, 14,4 mV effektiv
Für eine Maschine mit 15–300 kW auf starrem Fundament ist 4,5 mm/s nach ISO 10816-3 die Grenze zwischen den Zonen C und D.
Bewertungszonen
ISO 10816-3 bewertet Maschinen über 15 kW nach dem breitbandigen Effektivwert der Schwinggeschwindigkeit an den Lagergehäusen, 10 bis 1000 Hz:
- Zone A: neu in Betrieb genommene Maschinen
- Zone B: uneingeschränkter Langzeitbetrieb zulässig
- Zone C: nicht für dauerhaften Langzeitbetrieb geeignet; Instandhaltung planen
- Zone D: so stark, dass Schäden entstehen können
Die Grenzen hängen von der Maschinengröße und davon ab, ob das Fundament starr oder elastisch ist. ISO 20816-3:2022 hat ISO 10816-3 ersetzt; Verträge und Werksnormen verweisen oft noch auf die ältere Ausgabe, verwenden Sie also die für Ihre Abnahme gültige.
Den Beschleunigungssensor auswählen
Der Umrechner zeigt die Beschleunigung, die der Sensor sieht. Wählen Sie einen Messbereich mit Reserve für Stöße und höhere Harmonische und einen Frequenzbereich, der Drehzahl und Lagerfrequenzen abdeckt. Universalsensoren haben 100 mV/g; für langsame Maschinen mit kleinen Beschleunigungen eignen sich 500 mV/g oder mehr. Für Schleifen zur SPS geben 4–20-mA-Schwingungstransmitter direkt den Effektivwert der Geschwindigkeit aus; skalieren Sie sie mit dem 4–20-mA-Umrechner.
Häufige Fehler
Einfrequenz-Umrechnungen auf Gesamtwerte anwenden. Ein breitbandiger Messwert enthält viele Frequenzen; eine Gesamtbeschleunigung geteilt durch 2πf bei Drehfrequenz ergibt nicht die Gesamtgeschwindigkeit.
Spitze und Effektivwert vermischen. Manche Handgeräte zeigen „Spitzenwerte“, die als √2 × Effektivwert berechnet sind („abgeleitete Spitze“); sie weichen von der echten Spitze eines realen Signals ab.
Den Frequenzbereich übersehen. Zwei Geräte mit unterschiedlichen Filtern können an derselben Maschine verschiedene Gesamtwerte zeigen.
Häufige Fragen
Welche Einheiten werden unterstützt?
Beschleunigung in g und m/s², Geschwindigkeit in mm/s und in/s, Weg in µm und mils (Tausendstel Zoll).
Ist 1 g genau 9,81 m/s²?
Die Umrechnung verwendet die Normfallbeschleunigung 9,80665 m/s².
Gilt die Zonenbewertung für jede Maschine?
Nur für die Maschinengruppen und Bedingungen der ISO 10816-3. Kolbenmaschinen, Windenergieanlagen und andere haben eigene Teile der Norm.