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2022 | Buch

Wälzlagerdiagnose an Maschinensätzen

Diagnose und Überwachung von Wälzlagerfehlern und -schäden

verfasst von: Dieter Franke

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

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Über dieses Buch

Bei der Wälzlager-Zustandsbeurteilung gibt es einen breiten Anwenderkreis im sogenannten Level 1 (mittels der Kennwertüberwachung) in der Interpretation der einfachen Trendauswertung von breitbandigen und von schmalbandigen Kennwerten aus diversen Spektren. Nicht ausreichend ist häufig der fachliche Hintergrund der Ingenieure und Techniker, vor allem zur vorbeugenden Schwingungsdiagnose in der Fehlererkennung und der Schadensausmaßbewertung.

Hier setzt die Buchreihe „Einführung in die Maschinendiagnose“ und dieser Band an. Vom physikalischen Hintergrund bis zur praktischen Anwendung werden Grundlagen und Erfahrungen leicht verständlich dargestellt und mit praktischen Beispielen anschaulich illustriert. Um eine Standard-Wälzlager-Diagnose zuverlässig ausführen, begleiten oder deren Befunde vermitteln zu können, werden der Hauptzielgruppe im Level 1 (Breitband- und Schmalband-Überwachung und Trendanalyse) und im Level 2 (Signalanalyse) auch praktische „Fehler- und Schadens-Muster“ und Abhilfen vermittelt. In der VDI 3832 wurden diese Inhalte bereits einführend für die Wälzlagerdiagnose beschrieben; der Autor trug als Obmann maßgeblich zur Entwicklung dieser Richtlinie bei.

Die vertiefte, umfassende Diagnose von Wälzlagern von dem verursachenden Wälzlagerfehler, über den „Initialschaden bis zur Wurzelursache“ und die Behandlung von praktischen Fehlerquellen bis zu deren echten Vorbeugung werden in diesem Band behandelt.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Grundlagen nach VDI 3832

Frontmatter
1. Einführung, historischer Überblick und Grundlagen der Wälzlagerdiagnose
Zusammenfassung
Der erste Buchteil beinhaltet die anschaulich erläuterten Grundlagen der Wälzlagerdiagnose mittels Körperschall nach VDI 3832.
Kap. 1 beginnt mit einem historischen Überblick der Meilensteine aus der Entwicklung der Wälzlagerüberwachung und -diagnose in den letzten vier Jahrzehnten. Einführend werden zur Orientierung systematisch geordnet die drei Grundprinzipien der Beurteilung mechanischer Schwingungen an Maschinen beschrieben, von denen der Körper- und Ultraschall in diesem Band im Fokus steht. Dessen deutlich verschieden Methodik zu den anderen beiden Prinzipien wird in einer Abgrenzung dargestellt. Im Hauptteil werden alle drei Grundpinzipien bezogen auf das Wälzlager in der Maschine angewendet und umfassend dargestellt.
Dieter Franke
2. Statistische Erfassung des Betriebsverhaltens von Wälzlagern
Zusammenfassung
Im Kap. 2 wird das nur statistisch erfassbare Betriebsverhalten der Wälzlager näher erläutert, um so dessen Normalzustand beschreiben zu können. Er bildet den Referenzzustand im Relativverfahren einer Zustandsbeurteilung des Wälzlagers. Zunächst wird das Eigenschwingverhalten der Bauteile der Rotor-Lager-Systeme und der Wälzlager grafisch und verbal beschrieben. Im Hauptteil wird systematisch und nacheinander der Normalzustand im Kugel- und im Rollenlager und in der Maschine beschrieben. Ergänzend wird auf besondere Bauformen von Wälzlagern und Rotor-Lager-Systemen eingegangen. Entsprechend ihrer Hauptfunktion wird die Lastzone des Wälzlagers hier breiter dargestellt, wie auch im Abschlusssatz jeden Teilkapitels. Abschließend wird die Erfassung der wichtigsten Betriebsbedingung des Lagers in seinem Schmierungszustand vermittelt.
Dieter Franke
3. Wälzlager- und Maschinenfehler und Schadensarten in Wälzlagern
Zusammenfassung
Zweck des Kap. 3 ist die Darstellung der Abweichungen zum Normalzustand in Fehlern und in Schäden, was den Fokus der Erfassung des Wälzlagerzustandes bildet. Eingangs werden die beeinflussenden Maschinenfehler beschrieben. Einer Systematik von den vier Fehler- und Schadensgruppen im Überblick folgen separate Einzelkapitel zu drei bestimmenden Fehlerarten. Über die Teilkapitel der Schädigungsarten des Verschleißes und die unkritischen Gebrauchspuren werden im Schlusskapitel die sich ausdehnen Laufbahnschäden erläutert bis zu den Lagerausfällen.
Dieter Franke
4. Körperschallanregungen im Wälzlager, Schadensgeometrie und Körperschall-Übertragung zum Aufnehmer
Zusammenfassung
Aus den geschilderten Normal- und Betriebszuständen und deren vorgestellten Abweichungen leiten sich unterschiedliche Körperschallanregungen ab, denen das Kap. 4 gewidmet ist. Den Eingangs beschriebenen wälzlager-eigenen Körperschallanregungen folgen Teilkapitel zu den Anregungen durch Laufbahnschäden und deren Weiterleitungs-Mechanismen bis zum Köperschallaufnehmer. Daraus leiten sich die Kriterien der richtigen Auswahl der Messtelle ab. Dem werden im folgenden Teilkapitel die störenden Fremdanregungen genübergestellt. Das wichtigste Teilkapitel beschreibt die Berechnungen der diskreten Anregungsfrequenzen der Wälzlagerbauteile in verschieden Formelvarianten. Abschließend gibt es eine Einführung in die fehlerspezifischen Anregungen.
Dieter Franke
5. Einsatzfälle von Wälzlagertypen und Sonderfälle im Betrieb
Zusammenfassung
Dieses Kapitel dient der Zusammenfassung der bisherigen Themen zu Einsatzfällen in einer umfassenderen und vertieften Betrachtung des Wälzlagerzustandes. Wichtig sind dafür die Unterscheidungen von Radial- und Axiallager im Los- und Festlager-Betriebsfall. Ergänzend dazu wird der Punkt- und Linienkontakt in entsprechenden Designtypen der Wälzlager systematisiert beschrieben.
Dieter Franke
6. Körperschallmessung und Signalverarbeitungs-Verfahren
Zusammenfassung
Das Schlusskapitel im ersten Buchteil beschreibt die Regeln der Durchführung der Körperschallmessung zur Zustandserfassung am Wälzlagergehäuse. Dafür einleitend erfolgt im ersten Teilkapitel die praxisgemäße Aufteilung in einfache und komplexe Wälzlagerungen. Die Darstellung der gesamten Messkette beginnt mit den Körper- und Ultraschallaufnehmern und deren Ankopplung. Ab der A/D-Wandlung werden die Eigenschaften des Messsystem beschrieben bis zur Merkmalsdarstellung und deren Anwendung in der Diagnose. Abschließend werden die Messregeln zur Körperschallmessung zusammengefasst.
Dieter Franke

Erweiterung in Anwendung nach VDI 3832

Frontmatter
7. Anwendung breitbandiger Kennwerte in einfachen Wälzlagerungen
Zusammenfassung
Im zweiten Buchteil geht es um die praktischen Anwendungen in der Zustandsbeurteilung der Wälzlagerungen.
Dies beginnt im ersten Teilkapitel mit breitbandigen Kennwerten, die für einfache Wälzlagerungen geeignet sind. Fortgesetzt wird dies mit der Methodik verschiedenartig gebildeter breitbandiger Kennwerte. Beispielhaft wird dafür im Hauptkapitel die Anwendung der Stoßimpulsmethode vorgestellt, die auch im Schlusskapitel in der gleichartig gebildeten Signalanalyse thematisiert wird.
Dieter Franke
8. Signalanalyse und Anwendung schmalbandiger Kennwerte in komplexen Wälzlagerungen
Zusammenfassung
In diesem Hauptkapitel für die Signalanalyse innerhalb stehen komplexe Wälzlagerungen im Anwendungsfokus der Zustandsbeurteilung. Einleitend werden die Überrollungen im Wälzlager als Hauptmerkmale in der Signalauswertung beschrieben. Daran schließt sich ein Überblick zur Signalanalyse an. In zwei Teilkapiteln wird die Hüllkurvenbildung und beispielhaft eine Anwendung der schmalbandigen Kennwerte zur Zustandsüberwachung an Windenergieanlagen erläutert. Im Hauptkapitel wird die Wälzlagerdiagnose von Laufbahnschäden mittels Merkmalen aus den typischen Kennsignalen nach VDI 3832 vorgestellt. Zusammengefasst wird dies in der Betrachtung von Merkmalsmustern im Signalplot des Körperschalls. Die anspruchsvollere Diagnose von Wälzlagerfehlern schließt dieses Kapitel ab.
Dieter Franke
9. Schadensausmaß und Wälzlagerfehler in Kennwerten und Signalmerkmalen
Zusammenfassung
Kap. 9 stellt in fortfolgenden Teilkapiteln beispielhaft die Bestimmung von anwachsenden Schadensstufen von Laufbahnschäden im Trendverhalten und in Signalmarkmalen vor. Vorgestellt werden Stufe 1 für ungeschädigte Laufbahnen, Stufe 2 für beginnende Schäden und Stufe 4–5 für das Übergangsstadium bis zum Endstadium. Ergänzend werden einige Unterschiede von Wälzlagerfehlern zu den beschriebenen und so bewerteten Laufbahnschäden erläutert.
Dieter Franke
10. Wälzlagerdiagnose und -überwachung: Konzepte und Messsysteme
Zusammenfassung
Kap. 10 beschäftigt sich mit Methoden, Konzepten und Strategien der Umsetzung effizienter und moderner Überwachung und Diagnose an Wälzlagerungen. Einleitend werden die messtechnischen Verfahren zur Zustandserfassung aufgelistet und erläutert. Fortgesetzt wird die Betrachtung mit einer Übersicht zur Ausbildung in der Durchführung der Körperschalldiagnose am Wälzlager. Als wichtig für eine Betriebsführung folgen Konzepte zur Lebensdauerbegleitung und zur Handhabung eines möglichen Ausfallverhaltens. Für den Betrieb und die Einführung von Zustandserfassungen werden Konzepte für kombinierte Überwachung und Diagnose und für die Handhabung von Maschinenparks beschrieben. In drei zusammenhängenden Teilkapiteln werden Eigenschaften von Überwachung und Diagnose, von Online- und Offline-Überwachungen und zwischen verschiedenen erweiterten Diagnoseaufgaben unterschieden. Abschließend werden Beispiele von Wälzlagerprüfständen vorgestellt.
Dieter Franke
11. Trendüberwachung über Lebensdauer
Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden die langjährig etablierten und neuere Überwachungsgeräte und -systeme für Wälzlagerungen vorgestellt. Die einzelnen Geräteklassen sind in einzelnen Teilkapiteln mit ansteigenden Funktionalitäten aufgelistet und werden mit Hinweisen für erfahrungsgemäße Einsatzgebiete kommentiert. Analog der ansteigenden Aufwände für die Anschaffung und den Betrieb der Systeme werden zuerst Datensammelsysteme beschrieben. Dem folgen Onlinesysteme nach steigender Kanalzahl und Funktionalität aufgeführt.
Dieter Franke
12. Systementwicklung in der Wälzlagerdiagnose und -überwachung
Zusammenfassung
Kap. 12 gibt einen Ausblick auf zukünftig noch mögliche Entwicklungsrichtungen und nimmt bisher noch ungenügend genutzte Potenziale und Anwendungen in den Blick. Begonnen wird mit noch stärker nutzbaren Potenzialen bei Abnahmen, in Überwachungen und in Diagnosen. Zukünftige Überwachungssysteme werden als stärker wälzlagergerecht und vernetzt beschrieben. Weiterhin werden Entwicklungen der Methoden diskutiert in Überwachung und Diagnose. Final werden die Möglichkeiten einer zukünftig möglichen automatischen Wälzlagerdiagnose betrachtet.
Dieter Franke
13. Fallbeispiele zu Wälzlagerfehlern und -schäden im Betrieb
Zusammenfassung
Im umfangreichen Kap. 13 werden 15 Beispiele von Fehlern und Schäden aus der Körperschall-Überwachung und der Diagnose an Wälzlagerungen vorgestellt. Die Dokumentationen erfolgten in technischen Daten, Textstories, Trend- und Signalgrafiken und auf Fotos und erläuternden Grafiken. Einführend gibt es im ersten Drittel mehrere Beispiele der Überwachung mit Stoßimpuls-Kennwerten an einfachen Lagerungen und Standardmaschinen. Dem folgen komplexer Schadensfälle in spezielleren Einsatzfällen. Im letzten Drittel geht es um komplexer Zusammenhänge von Wälzlager- und Maschinenfehlern an Spezialmaschinen und in Triebsträngen.
Dieter Franke
14. Zusammenfassung und praktische Anwendungsgrundsätze der Wälzlager-diagnose und -überwachung im Wälzlagerbetrieb
Zusammenfassung
Kap. 14 wurde geschrieben um die dargelegte methodische, wälzlager-technische, mess- und diagnose-technische Fülle rund um die Wälzlagerdiagnose auf wenige einfach verständliche Grundsätze zu reduzieren. Dazu wurden diese in die Teilkapitel der Grundmerkmale des Körperschalls im Betrieb, der Regeln der Messung und Signalanalyse und der Anwendungsgebiete im Wälzlagerbetrieb jeweils zugeordnet. Diese werden abschließend vervollständigt in Teilkapitels zu den Merkmalen in Überwachung und Diagnose und den Anwendungsgrundsätzen der Diagnose am Wälzlager.
Dieter Franke
Backmatter
Metadaten
Titel
Wälzlagerdiagnose an Maschinensätzen
verfasst von
Dieter Franke
Copyright-Jahr
2022
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN
978-3-662-62620-7
Print ISBN
978-3-662-62619-1
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-62620-7

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