Ultraschallinspektion von langsam laufenden Lagern
Die Schwingungsanalyse ist seit langem die Messtechnik der Wahl zur Zustandsüberwachung von Lagern und anderen rotierenden Bauteilen. Häufig wird Ultraschall in Kombination mit Schwingungsanalysen verwendet, um den Anwendern dabei zu helfen, den Zustand mechanischer Anlagen zu bestimmen bzw. Aussagen zu bestätigen.

Ist kein solides Schwingungsanalyse-Programm vorhanden, ist der vielseitige Einsatz der Ultraschalltechnik einfach möglich, um Lagerausfälle im Frühstadium, sowie andere Probleme frühzeitig  zu erkennen. Wird die Schwingungsanalyse nicht vom Unternehmen selbst durchgeführt, sondern durch eine externe Servicefirma, kann in der Zwischenzeit Ultraschall eingesetzt werden. Hierdurch kennt das Unternehmen bereits den Zustand seiner Anlagenteile, bevor der Dienstleister das Unternehmen betritt. Daher kann die Zeit des Dienstleisters effizienter genutzt werden, da das Unternehmen bereits im Vorfeld weiß, ob es auffällige Probleme mit Anlagenteilen gibt, die  bereits mit Ultraschall überwacht wurden. Durch die Ultraschallbefunde kann der Dienstleister seine Prioritäten bezüglich der Services setzen.

Ein weiteres Beispiel, in dem Ultraschall vor der Schwingungsanalyse eingesetzt werden kann, ist die Überwachung von Lagern mit langsamer Drehzahl. Die Überwachung langsamer Lager mit Ultraschall ist einfacher als Sie vielleicht denken. Da die meisten Ultraschallmessgeräte über einen weiten Empfindlichkeitsbereich und eine Frequenzabstimmung verfügen, ist es möglich, die akustische Qualität des Lagers zu hören, insbesondere bei langsameren Geschwindigkeiten. Bei Lageranwendungen mit extrem langsamer Geschwindigkeit (weniger als 25 U / min) erzeugt das Lager wenig bis gar kein Ultraschallgeräusch.

In diesem Fall ist es wichtig, nicht nur den Schall des Lagers zu hören, sondern vor allem die aufgezeichnete Ultraschall-Geräuschdatei in einer Spektrum-Analysesoftware zu analysieren und sich dabei auf die Zeitwellenform zu konzentrieren, um festzustellen, ob Auffälligkeiten vorliegen. Wenn „Knistern“ oder „Knacken“ vorhanden ist, sind das Hinweise auf eine auftretende Beschädigung. Bei Lagergeschwindigkeiten über 25 U / min ist es möglich, einen Referenz-Dezibelwert anzulegen und den Verlauf der zugehörigen Dezibelwerte über die Zeit anzuzeigen.

Verwenden von Ultraschall zur Identifizierung eines Lagerausfalls eines Ofenmotors

Eine Überprüfung mit einem Ultraschallmessgerät wurde an einem neu installierten Ofentrockner durchgeführt. Es handelte sich hierbei um einen großen Trommelofen, der ca. 20 Meter lang und 5 Meter im Durchmesser war. Dieser Ofen wurde von 4 großen Motoren in Rotation versetzt, von denen jeder zwei große Lagersätze hatte. Diese Motoren drehen den Ofen mit einer Geschwindigkeit von etwa 7-10 U / min. Das heißt, es handelt sich hierbei um einen Fall von extrem langsam drehenden Lagern, dessen Überprüfung normalerweise eine Herausforderung darstellt.

Ein Ultraschallinstrument wurde verwendet, um alle Lager zu inspizieren – fast alle zeigten einen ruhigen und gleichmäßigen Klang mit einem 0 dB-Messwert, bis auf einen. Bei einem der Lager zeigte das Ultraschallmessgerät 2 dB anstelle von 0 dB an. Außerdem war der Ton, der über die Kopfhörer zu hören war, anders: Er war nicht ruhig/harmonisch wie bei den anderen Lagern, sondern zeigte ein sich wiederholendes „Klopfgeräusch“. Dies gab dem Anwender einen Hinweis darauf, dass mit diesem speziellen Lager möglicherweise etwas nicht stimmte.

 

Nach den Ergebnissen der Ultraschallprüfung wurde eine Fettprobe entnommen, um zu bestätigen, ob das Lager beschädigt war. In diesem Fall würde in der Fettprobe eine Metallverunreinigung festgestellt. Die Ergebnisse der Fettanalyse zeigten tatsächlich das Vorhandensein von Metallpartikeln, was den vom Ultraschallinstrument angezeigten Schaden bestätigte.

Der nächste Schritt bestand natürlich darin, einen Reparatur zu planen, um das Lager zu ersetzen, das sich in einem sehr schlechten Zustand befand, wie auf den Bildern zu sehen ist. Teile des Außenrings fielen heraus, als das Lager geöffnet wurde. Ebenso stellte sich heraus, dass sich eine der Rollen um 90 Grad gedreht hatte. Hierdurch wurde der Käfig ebenfalls total beschädigt.

Ultraschall und Langsam-laufende-Lager – die Methode

Wie wir sehen können, ist die Ultraschalltechnologie sehr nützlich, um den Zustand von Lagern mit langsamer Geschwindigkeit zu überwachen, und ein Ultraschallmessgerät / -sensor kann das Wartungsteam auch bei extrem langsamen Geschwindigkeiten, wie in diesem Fall, frühzeitig vor einem Ausfall warnen.

Bei Lagern, die sich mit normalen Geschwindigkeiten drehen, kann eine Ultraschallprüfung durchgeführt werden, indem Änderungen der dB-Werte verglichen werden. Dabei wird festgestellt, dass ein Lager mit einem bestimmten Wert über einem Referenz-Dezibelwert (Baselinewert) geschmiert werden muss oder sich bereits in einem Fehlerzustand befindet, ja nach dem wie viele Dezibel der Messwert über dem Referenzwert / Baselinewert liegt.

Bei Lagern mit langsamer Geschwindigkeit reicht es jedoch nicht aus, die dB-Werte zu vergleichen und Alarme einzurichten: In vielen Situationen ist der Unterschied in den dB-Wert nicht signifikant oder gar nicht vorhanden. In diesem Fall könnte der Anwender der Ansicht sein, dass an den Werten nichts falsch bzw. auffällig ist.

Bei langsamen Lagern muss man sich auf die Klangqualität und das Klangmuster verlassen. Dazu ist es erforderlich, ein Ultraschallmessgerät mit Tonaufzeichnungsfunktionen, wie das Ultraprobe 15000, zu verwenden und die Audiodatei dann in einer Software zur Analyse des Schallspektrums, wie dem Spectralyzer von UE Systems, zu analysieren. Anschließend können die Anwender einfach den von einem langsamen Lager erzeugten Ton aufzeichnen, die Datei in die Spectralyzer Software laden und in der Zeitwellenform analysieren.

Die Spektrum Analyse dieses Ofenmotorlagers zeigt deutlich, wo die Walze bei 90 Grad auf den Riss trifft, wenn das „klacken“ kurz stoppt. Somit zeigt das Schallmuster bereits ein bestehendes Problem an und ist die zuverlässigste Informationsquelle bei der Bestimmung des Zustandes eines langsam laufenden Lagers unter Verwendung von Ultraschall.

Auf der anderen Seite zeigt das Spektrum eines aufgenommenen Tons von einem der „guten“ Lager ein ganz anderes Bild: ein sehr gleichmäßiges Spektrum ohne Änderungen der Amplitude.

Schallspektrum eines „guten“ Lagers. Sehr gleichmäßig und ohne Amplitudenänderungen.

Schallspektrum des beschädigten Lagers, bei dem die Amplitudenspitzen dem Anwender ein deutliches Zeichen für eine Beschädigung geben.

Dieser Fund hat dem Unternehmen eine erhebliche Menge Geld gespart, da für die Reparatur Krane eingesetzt werden mussten um ein so großes Lager zu ersetzen, was bis zu 6 Stunden dauerte. Glücklicherweise wurde dies während eines geplanten Stillstands durchgeführt, um die Kosten ungeplanter Ausfallzeiten zu vermeiden.