Von |Februar 04, 2022|Kategorien: Industrie 4.0, Industrielle Sensoren|

Wann ist der Einsatz eines Schwingungssensors sinnvoll?

Vor Kurzem hat Pepperl+Fuchs ein neues Portfolio an Sensoren für die Schwingungsüberwachung auf den Markt gebracht. In diesem Blogartikel erfahren Sie mehr über die Funktionsweise von Schwingungssensoren. Lernen Sie, wie Sie mit diesen Sensoren den Zustand Ihrer Maschinen überwachen und vorausschauende Wartung betreiben können!

Die Bedeutung der Zustandsüberwachung

Die Zustandsüberwachung ist sehr wichtig, um den Zustand Ihrer Maschine zu beurteilen. Sie hilft, ungeplante Ausfallzeiten zu vermeiden, Wartungskosten zu senken, das Produktionsniveau zu erhöhen und eine vorausschauende Wartung zu gewährleisten.
Bei der Zustandsüberwachung wird die Schwingungsüberwachung eingesetzt, denn mit Schwingungssensoren haben Sie die Möglichkeit, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Temperatur und Lagerzustandskennwert zu erfassen. An den Veränderungen dieser Werte lässt sich der Zustand einer Maschine ablesen:

• Die Schwingungsgeschwindigkeit RMS (mm/s) kann sich aufgrund von Komponentenermüdung, z. B. infolge von Ausrichtungsfehlern oder Unwuchtproblemen, ändern.
• Die Schwingungsbeschleunigung RMS (g) kann durch mechanische Reibung beeinflusst werden. Diese kann auf mangelnde Schmierung, Lagerverschleiß oder ein schleifendes Teil an der Maschine zurückzuführen sein. Bei der Messung der Schwingungsbeschleunigung wird der Effektivwert, d. h. die Quadratwurzel des Durchschnittswerts, berechnet, um die langfristigen Auswirkungen der Schwingungen zu überwachen.
• Der Temperaturausgang des Schwingungssensors hat den Vorteil, dass er anormale Temperaturen an der Maschine erkennt, die durch hohe Reibung, elektrische Probleme oder unzureichende Schmierung verursacht werden können.
• Der Lagerzustandskennwert ist eine Berechnung aus dem Spitzenwert der Beschleunigung geteilt durch den Effektivwert der Beschleunigung. Dieser Wert kann zur Bestimmung des Lagerverschleißes genutzt werden. Dabei ist zu beachten, dass nach der Berechnung des Lagerzustandskennwerts das Diagramm und die ISO-Norm für das betreffende Teil analysiert werden müssen, denn ein Elektromotor hat beispielsweise ein anderes Diagramm für den Lagerzustandskennwert als eine Kreiselpumpe.

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Die Schwingungssensoren von Pepperl+Fuchs bestimmen Schwingungsgeschwindigkeit und –beschleunigung sowie Temperatur und Lagerzustandskennwert.

Was sind die Vorteile von Schwingungssensoren?

Schwingungssensoren können Ausfallzeiten und Wartungskosten reduzieren, indem sie den Zustand Ihrer Maschine im Laufe der Zeit überwachen. Dies ermöglicht eine vorausschauende Wartung: So können Sie potenziellen Risiken begegnen, bevor katastrophale Folgen für Ihre Maschine oder Ihr Produkt eintreten. Mit Schwingungssensoren mit IO-Link-Ausgang können Sie den Zustand Ihrer Maschine aus der Ferne überwachen, sodass Sie rund um die Uhr einen Überblick über mögliche Probleme haben.

Welche Technologien werden typischerweise in Schwingungssensoren verwendet?

Zwei der Technologien, die in Schwingungssensoren verwendet werden können, sind die MEMS- und die Piezo-Technologie. Die Schwingungssensoren von Pepperl+Fuchs basieren auf der MEMS-Technologie: Ein MEMS (Micro Electro Mechanical System) wird auf der Platine angebracht, um die auf das mikromechanische Element wirkende Gravitationsbeschleunigung zu messen. Die Kapazität zwischen den Platten wird überwacht und daraufhin in ein genaues Ergebnis umgewandelt. Es können mehrere Achsen bestehen, z. B. eine x- und eine y-Achse, wobei für jede Achsenausrichtung ein MEMS-System vorhanden ist.
Bei der Piezo-Technologie wird hingegen das elektrische Potenzial gemessen, das durch das Aufbringen von Kraft auf Metallplatten mit Quarzkristallen zwischen den beiden Platten entsteht. Im Vergleich zum Piezoelement hat das MEMS den Vorteil, dass es kleiner, preiswerter und einfacher auf der Leiterplatte zu platzieren ist. Darüber hinaus hat das MEMS normalerweise einen Frequenzgang von 1 Hz bis 2 kHz. Im Unterschied dazu hat das Piezoelement einen höheren Frequenzgang (typischerweise von 5 Hz bis 10 kHz). Daher wird es für Hochfrequenzmessungen benötigt. Da viele Maschinen lediglich Vibrationsfrequenzen zwischen 1 Hz und 1000 Hz aufweisen, ist die MEMS-Technologie für diese Anwendungen gebräuchlicher.

Was sind typische Ausgangsoptionen für Schwingungssensoren?

Typischerweise verfügen Schwingungssensoren über einen Analogausgang. Es besteht auch eine IO-Link-Ausgangsoption, die den Zugriff auf Beschleunigung, Geschwindigkeit, Temperatur und Lagerzustandskennwert in einem Sensor ermöglicht. Darüber hinaus bietet IO-Link die Möglichkeit, einen IO-Link-Master anzuschließen, der alle Schwingungsinformationen aufnehmen und zwischen SPS, HMI, SCADA, Cloud oder einer dieser Kombinationen verteilen kann – und so Industrie 4.0 ermöglicht.

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Über einen IO-Link-Master können die Messdaten des Schwingungssensors an die Steuerung übertragen oder für Industrie-4.0-Anwendungen genutzt werden.

In welchen Märkten können Schwingungssensoren eingesetzt werden?

Es gibt viele Märkte und Anwendungen, in denen Schwingungssensoren eingesetzt werden können. Einige der häufigsten Branchen sind die Lager- und Fördertechnik, die Verpackungsindustrie, Lebensmittel und Getränke, Öl und Gas, erneuerbare Energien und Mobile Equipment. Mögliche Anwendungsbereiche sind Motoren, Turbinen, Generatoren, Rotationspumpen, Ventilatoren, Förderbänder, Mühlen und Zentrifugen. In jeder dieser Anwendungen können die Schwingungssensoren von Pepperl+Fuchs genutzt werden, um zuverlässig und kontinuierlich den Zustand der Maschinen zu überwachen.

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