Schwingungsüberwachung: Frequenzen, Messbedingungen und Diagnosegrenzen
Thema: Messtechnik & Qualität
Für meine selbst auf CNC umgerüstete Optimum BF 20 sind hier keine Sensorik und keine Messreihe belegt. Das folgende Beispiel ist deshalb ausdrücklich synthetisch. Es erklärt den Unterschied zwischen Signal, Frequenzbezug und Diagnose, ohne einen Zustand meiner Maschine vorzutäuschen.
Was wird tatsächlich gemessen?
| Größe oder Darstellung | Worauf zu achten ist |
|---|---|
| Beschleunigung, etwa m/s² | Messbereich, Empfindlichkeit, Befestigung und nutzbares Frequenzband des Sensors. |
| Schwinggeschwindigkeit, etwa mm/s | Mess- beziehungsweise Umrechnungsverfahren und ausgewertetes Frequenzband. |
| Schwingweg, etwa µm | Bezug zur tatsächlich erfassten Bewegung; Gehäuse- und Wellenbewegung unterscheiden. |
| Zeitverlauf, Spektrum oder Trend | Unterschiedliche Darstellungen beantworten unterschiedliche Fragen. |
Ein Beschleunigungssensor misst nicht unmittelbar einen Verschleißwert. Die Messkette umfasst Sensor, Befestigung, Versorgung, Signalaufbereitung und Auswertung. NI beschreibt beispielsweise, dass Messbereich und Empfindlichkeit zur erwarteten Bewegung passen müssen und die Montage das nutzbare Frequenzverhalten verändert. Ein locker angehaltener Sensor ist deshalb nicht ohne Weiteres mit einer fest montierten Referenzmessung vergleichbar.
Drehzahl und Zahnfolge im Frequenzbild
Das Prinzip Schritt für Schritt
Startet nur auf Wunsch. Pause hält den aktuellen Stand fest. Die Darstellung läuft in Lerngeschwindigkeit; sie simuliert keine Maschinensteuerung. Ohne Bewegung erklären Grafik und Liste denselben Inhalt.
- Das künstlich erzeugte Zeitsignal besteht aus einer Sinusschwingung mit 50 Hertz und einer zweiten mit 200 Hertz. Es zeigt keinen Messverlauf einer echten Maschine.
- Die analytische Darstellung ordnet jeder dieser beiden Frequenzen ihre Spitzenamplitude zu. Bei einer realen FFT beeinflussen unter anderem Aufzeichnung, Fenster und Skalierung die Darstellung.
- 50 Hertz entsprechen einer Drehzahl von 3.000 Umdrehungen pro Minute. Ein Anteil bei dieser Frequenz ist allein kein eindeutiger Beweis für Unwucht.
- Bei vier gleichmäßig angeordneten Schneiden liegt die Zahnfolgefrequenz bei 4 mal 50 gleich 200 Hertz. Ein dortiger Anteil kann zum Prozess gehören und ist nicht automatisch ein Lagerschaden.
Die Drehfrequenz berechnet sich zu f = n / 60. Bei 3.000 min⁻¹ sind das 50 Hz. Ein Werkzeug mit vier gleichmäßig verteilten Schneiden kann eine Zahnfolge bei 4 · 50 = 200 Hz anregen. Bei veränderter Drehzahl verschieben sich diese drehzahlbezogenen Frequenzen. Der reale Prozess enthält weitere Einflüsse und muss nicht das hier gezeichnete Signal erzeugen.
Über die dargestellten vollständigen Perioden beträgt der Effektivwert dieses künstlichen Signals √((1² + 0,25²) / 2) ≈ 0,729 mm/s. Das ist ein Rechenergebnis, keine Gut-Schlecht-Grenze. Ein anderer Signalinhalt kann denselben Effektivwert besitzen. Deshalb lässt sich aus einem Summenkennwert allein die Ursache nicht ablesen.
Vergleichbare Bedingungen schaffen
Für einen brauchbaren Trend würde ich Messort, Richtung und Montage festhalten und die Betriebsbedingungen zuordnen: Drehzahl, Werkzeug, Last, Temperaturzustand und Nebenaggregate. Eine Leerlaufmessung und eine Messung im Schnitt werden getrennt ausgewertet. Schon ein anderer Werkzeughalter kann die Anregung verändern.
SKF nennt in seinem Leitfaden unter anderem Messposition, Betriebsdaten, frühere Spektren und Trendverläufe als wichtige Informationen. Das Spektrum wird mit dem Aufbau der Maschine zusammen betrachtet. Lagergeometrie, Drehzahl und Übertragungsweg können für eine Diagnose nötig sein; eine pauschale Tabelle „diese Frequenz bedeutet immer diesen Schaden“ wäre zu grob.
Auswertung braucht eine passende Messkette
Aufzeichnungsdauer und Abtastrate begrenzen, was zeitlich und spektral erkennbar ist. Bei schwankender Drehzahl können sich Frequenzanteile während einer Aufzeichnung bewegen. Eine gewöhnliche Gesamtauswertung darf dann nicht so gelesen werden, als wäre der Zustand die ganze Zeit unverändert gewesen. NI erläutert diese Grenzen der reinen Frequenzanalyse und ergänzende zeitbezogene Verfahren.
Vor einer Grenzwertbewertung müssen außerdem Größe, Einheit, Effektiv- oder Spitzenwert und Frequenzband feststehen. mm/s RMS und m/s² Spitze sind keine austauschbaren Zahlen. Auch eine Normgrenze für eine bestimmte Maschinenklasse darf nicht ungeprüft auf eine kleine Frässpindel oder einen beliebigen Sensorpunkt übertragen werden.
Von der Auffälligkeit zur Maßnahme
Ein auffälliger Wert wird zuerst auf plausible Messbedingungen geprüft. Danach folgt eine fachkundige Untersuchung möglicher Ursachen, zum Beispiel veränderter Einspannung, Werkzeugzustand, Lockerung oder Lagerung. Bei ungewöhnlich starken Geräuschen, Vibrationen oder anderen erkennbaren Gefahren wird der Betrieb nach dem vorgesehenen Verfahren sicher beendet; eine Trendanalyse ist keine Erlaubnis zum Weiterfahren.
Die Ergebnisse gehören in ein nachvollziehbares Messprotokoll. Zusammen mit Geräuschentwicklung, Lagerung und Temperaturzustand entsteht ein besseres Bild. Eine garantierte Vervielfachung der Lebensdauer oder ein verlässlich vorhergesagter Ausfalltermin lässt sich daraus ohne validiertes Verfahren und passende Daten nicht versprechen.
Quellen und fachliche Einordnung
Primärquellen, geprüft am 24.10.2026. Eigene Lehrbeispiele und schematische Grafiken. Produkt- und Verfahrensangaben gelten im jeweils beschriebenen Zusammenhang.