Um die langfristige Überwachung von Schwingungen zu ermöglichen, hat Pepperl+Fuchs vor Kurzem ein neues Portfolio an Schwingungssensoren auf den Markt gebracht. Was diese Produkte auszeichnet, erfahren Sie in dem folgenden Blogartikel. Am Anwendungsbeispiel einer Windkraftanlage zeigen wir Ihnen außerdem, wie Sie Schwingungs- und Beschleunigungssensoren in Kombination einsetzen können, um sowohl langfristige als auch kurzfristige Schwingungsveränderungen im Blick zu behalten.

Das Portfolio von Schwingungssensoren

Pepperl+Fuchs bietet seit kurzer Zeit eine Reihe von Schwingungssensoren an, um in Niedrig- oder Hochfrequenzbereichen zuverlässige Messungen der Schwinggeschwindigkeit und –beschleunigung durchführen zu können. Gegenüber vergleichbaren Produkten verfügen die Schwingungssensoren von Pepperl+Fuchs über Zulassungen bis SIL 2, einen großen Messbereich bis zu 128 mm/s und eine automatische Zustandserkennung für Kugellager. Dank ihres robusten Gehäuses und ihrer vergossenen Elektronik überzeugen die Sensoren durch einen wartungsfreien Betrieb sowie eine besonders lange Gebrauchsdauer.

Die drei Bauformen des Portfolios sind mit unterschiedlichen Zertifizierungen und Zulassungen verfügbar. So finden Sie für jede Anwendung den passenden Schwingungssensor:

• Serie VIM3: Die besonders kompakte Serie VIM3 eignet sich für weniger komplexe Anwendungen bis SIL 1/PL c.
• Serie VIM6: Die Serie VIM6 ist für explosionsgefährdete Bereiche bis Zone 1/21 zugelassen. Mit einem Temperaturbereich von -40…+125 °C eignen sich die Sensoren ideal für Hochtemperaturbereiche.
• Serie VIM8: Aufgrund eines besonders robusten Gehäuses aus Duplexstahl sind die Schwingungssensoren der Baureihe VIM8 für den Einsatz in Offshore-Anwendungen sowie in rauen und explosionsgefährdeten Bereichen der Zone 1/21 ausgelegt. Darüber hinaus verfügen die Sensoren über eine Zulassung bis SIL 2/PL d.

Schwingungssensoren vs. Beschleunigungssensoren

Nicht nur die Schwingungssensoren, auch die Beschleunigungssensoren von Pepperl+Fuchs werden für die Messung von Schwingungsveränderungen eingesetzt: Beide erfassen die Schwingbeschleunigung in g. Dennoch unterscheiden sich die Sensoren in ihrem technischen Funktionsprinzip und sind daher jeweils für unterschiedliche Anwendungen geeignet.

Beschleunigungssensoren für die Messung kurzfristiger Schwingbeschleunigung

Die Beschleunigungssensoren der Reihe F99 messen bereits 0 Hz und somit Beschleunigungen, die sich im niederfrequenten Bereich bewegen. Die Beschleunigungswerte, die die Sensoren erfassen, werden nicht gemittelt. Stattdessen werden die Momentanwerte direkt als Zeitsignale ausgegeben. Daher eignet sich der F99 dafür, kurzzeitige, einmalige Beschleunigungsereignisse im Millisekundenbereich zu erfassen.

Schwingungssensoren für die Messung langfristiger Schwingungsveränderungen

Die Schwingungssensoren der VIM-Reihe zeigen im Unterschied zu den F99-Beschleunigungssensoren erst ab einer Frequenz von mindestens 1 Hz einen Messwert an. Das heißt, es muss mindestens einmal pro Sekunde eine zyklische Bewegung der Maschine stattfinden, damit der VIM einen Messwert größer Null anzeigt. Darüber hinaus gibt der VIM anders als der F99 keine Momentanwerte, sondern einen vorgefilterten RMS-Wert aus. Hierbei handelt es sich um einen Durchschnittswert, der sich aus der Mittelung über eine Zeitspanne von bis zu 12 Sekunden ergibt.
Auf kurzzeitige Beschleunigungsereignisse, wie der F99 sie anzeigt, soll der VIM also bewusst nicht reagieren. Sonst würde beispielsweise ein in der Nähe der Maschine vorbeifahrender Gabelstapler als kurzzeitiges Beschleunigungsereignis zu einer Änderung der Ausgangsdaten führen. Dieses Ereignis soll bewusst herausgefiltert und nicht als Fehlerzustand der Maschine angezeigt werden.
Stattdessen ist der RMS-Wert dafür geeignet, langfristige Veränderungen im Schwingverhalten zu erfassen. Für diesen Zweck wären die ungefilterten Zeitsignale, die der F99 ausgibt, zu feingranular. Mit den Schwingungssensoren der VIM-Serie kann somit festgestellt werden, ob sich das Schwingverhalten an einem bestimmten Bauteil in einer Maschine über Tage, Wochen, Monate oder Jahre hinweg durch Abnutzung und Reibung verändert. Daraus lässt sich frühzeitig ableiten, ob das betreffende Bauteil gewartet werden muss – bevor es zu einem kritischen Ausfall kommt.

Schwingungs- und Beschleunigungssensoren in Windkraftanlagen

Wenn sowohl kurzfristige als auch langfristige Schwingungsveränderungen beobachtet werden sollen, lohnt es sich, eine Kombination von Schwingungs- und Beschleunigungssensoren einzusetzen. Dies ist zum Beispiel in Windkraftanlagen der Fall: Der F99 überwacht die Schwingung der Gondel, während der VIM den Zustand rotierender Komponenten im Inneren der Gondel wie zum Beispiel des Generators oder der Welle-Nabe-Verbindung im Blick behält.

Regelung der Anlage mit dem Beschleunigungssensor F99

Bei Windkraftanlagen führt das Drehen der Nabe für die Stromproduktion zu einem Schwingverhalten (Hin- und Her-Kippen) der gesamten Gondel. Die Drehgeschwindigkeit der Nabe bestimmt dabei das Schwingverhalten der Gondel. Der Beschleunigungssensor F99 wird nun in der Gondel der Windkraftanlage montiert. Wenn die Drehung der Nabe zu stark wird, erhöht sich auch die Schwingbeschleunigung der gesamten Gondel. Da der F99 in kurzen Abständen einzelne Momentanwerte ausgibt, erkennt der Sensor diese Schwingungsveränderung sofort und gibt rechtzeitig das Signal zur entsprechenden Regelung der Nabengeschwindigkeit.

Condition Monitoring mit dem Schwingungssensor VIM

Im Unterschied zum F99 wird der Schwingungssensor VIM im Inneren der Windkraftanlage installiert, um über einen längeren Zeitraum hinweg die Qualität von Einzelkomponenten zu überwachen. Egal, ob Getriebe, Generatoren oder Zahnräder: Bei sämtlichen rotierenden Bauteilen kommt es zum Beispiel durch Fehlausrichtungen oder Reibungseffekte mit der Zeit zu altersbedingten Beschädigungen und somit zu einem veränderten Schwingverhalten. Ohne Sensormessungen müsste die gesamte Anlage in immer gleichen Zeitabständen kostenintensiv gewartet werden, auch wenn die Funktion noch nicht beeinträchtigt ist. Da der Schwingungssensor langfristige Veränderungen in der Schwinggeschwindigkeit oder –beschleunigung erkennt, ermöglicht er die Zustandsüberwachung sowie die vorausschauende und zielgerichtete Wartung der betreffenden Bauteile. So muss die Wartung nur dann stattfinden, wenn sie tatsächlich erforderlich ist. Dank entsprechender Zertifizierungen garantieren die Schwingungssensoren von Pepperl+Fuchs dabei ein hohes Sicherheitsniveau – bis hin zu SIL 2/PL d mit der Serie VIM8.

Weitere Informationen

• Schwingungsüberwachung von Pepperl+Fuchs
• Details zur Funktionsweise von Vibrationssensoren und deren Einsatzmöglichkeiten
• Beschleunigungssensoren von Pepperl+Fuchs