Frage 1: Was soll gemessen werden?
Diese Frage erscheint auf den ersten Blick überflüssig, aber dennoch – was soll wirklich gemessen werden? Mit anderen Worten: Was sind die Ziele der Messung? Wie werden die Daten weiterverarbeitet? Vibrationen können mit Beschleunigungsaufnehmern gemessen werden, welche das Rohsignal der Vibration[3] liefern. Oder mit Vibrationstransmittern[4], die den berechneten Gesamt-Effektivwert (RMS)[5] der Vibration ermitteln. Rohsignale sind für komplexe Analysen nützlich, da sie alle Informationen des Vibrationssignals vollständig enthalten, d.h. die echten Spitzenamplituden und alle Frequenzen der Vibration. Der Gesamteffektivwert oder -spitzenwert[6] ist für die Auswertung mit SPS- oder Automatisierungssystemen nützlich, da Vibrationstransmitter ein kontinuierliches Signal von 4…20mA liefern. In manchen Fällen erfordert die Aufgabenstellung sogar beide Signalarten: wenn mit einem Automatisierungssystem kontinuierlich überwacht und im Problemfalle mit einem Analysator die Ursache näher untersucht werden soll. Wenn klar ist, welche dieser Signale wirklich benötigt werden, kann die Auswahl bereits beträchtlich eingeschränkt werden. Weiterhin ist zu überlegen, ob die Vibration als Beschleunigung, Geschwindigkeit oder Weg gemessen werden soll. Einige der heute angebotenen industriellen Sensoren messen neben der Vibration auch die Temperatur – ist das bei der gegebenen Aufgabenstellung sinnvoll? Sowohl ICP (Integrated Circuit Piezoelectric)-Beschleunigungsaufnehmer[7] als auch Vibrationstransmitter gibt es mit der Option zur Messung der Temperatur. Schließlich sei erwähnt, dass es für manche Anwendungen, wie die Überwachung einer z.B. Vertikalpumpe oder eines Lagers, vorteilhaft ist, eine Vibrationsmessung in mehr als nur einer Achse vorzusehen. Ist bei der Anwendung eine uniaxiale, biaxiale oder triaxiale Messung sinnvoll oder gar erforderlich?
Frage 2: Wie hoch ist die Amplitude der Vibration?
Die maximale Amplitude oder der Bereich der zu messenden Vibration bestimmt den Messbereich des auszuwählenden Sensors. Typische Empfindlichkeiten[8] für ICP-Beschleunigungsaufnehmer sind 100mV/g für Standard-Anwendungen (50g-Messbereich) und 500mV/g für eine Anwendung mit niedrigen Amplituden (10g-Messbereich). Können kurzzeitige, schockartige Beschleunigungen auftreten, so ist ggf. eine niedrige Empfindlichkeit des Sensors sinnvoll, um Übersteuerungseffekte zu vermeiden. Beim Einsatz von Vibrationstransmittern in industriellen Anwendungen werden meist Messbereiche von 25mm/s oder 50mm/s gewählt.
Frage 3: Welcher Frequenzbereich muss abgedeckt werden?
Physikalische Strukturen und dynamische Systeme reagieren unterschiedlich auf veränderliche Erregerfrequenzen – bei einem Vibrationssensor ist das nicht anders. Sensoren, die sich wie ein Dynamiksystem mit einem einzigen Freiheitsgrad verhalten, besitzen bestimmte Eigenfrequenzen. Bei der Eigenfrequenz[9] erscheint das Signal übermäßig verstärkt, wodurch eine deutliche Empfindlichkeitsänderung und möglicherweise eine Sättigung[10] auftreten. Zur Unterdrückung der Sättigung, die durch Resonanzen des Sensors entstehen, besitzen manche industrielle Beschleunigungsaufnehmer ein- oder zweipolige RC-Filter[11], die eine Übersteuerung vermeiden. Generell ist zu sagen, dass aus physikalischen Gründen kein Sensor in der Lage ist, den gesamten Frequenzbereich abzudecken. Daher ist vor allem bei sehr langsam oder sehr schnell laufenden Maschinen sorgfältig auf die Bandbreite des Sensors zu achten. Hinzu kommt, dass die verschiedenen Hersteller die Bandbreiten unterschiedlich spezifizieren. Hier findet man Toleranzangaben sowohl in Prozent (z.B. ±5%) oder auch in Dezibel (z.B. -3db).
Frage 4: Wie hoch ist die Umgebungstemperatur?
Anwendungen mit hohen Temperaturen können eine Gefahr für die integrierte Elektronik des ICP-Beschleunigungsaufnehmers oder Vibrationstransmitters darstellen. Für Anwendungen bei sehr hohen Temperaturen sind Beschleunigungsaufnehmer mit Ladungsausgang[12] erhältlich. Diese Sensoren besitzen keine interne Elektronik wie ICP-Sensoren, sondern arbeiten mit einem separaten Ladungsverstärker. Für Anwendungen bei Temperaturen über 260°C, wie z.B. bei der Überwachung von Gasturbinen oder Triebwerken stehen Ladungssensoren mit integriertem \’Hardline\‘-Kabel zur Verfügung, die bei Temperaturen bis 482°C oder sogar 720°C arbeiten (Tabelle 1).
