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Bewegungsmessung
Wer von Bewegungsmessung spricht, meint damit drei ganz unterschiedliche Aufgaben: eine Bewegung sichtbar machen, sie zählen oder ihre Stärke beurteilen. Für jede dieser Aufgaben gibt es ein eigenes Instrument, das für die beiden anderen kaum taugt. Und weil jede auf einem anderen physikalischen Prinzip beruht, klären Sie am besten zuerst, was Sie mit der Bewegung überhaupt vorhaben — und nicht, welches Messgerät Sie kaufen.
Drehzahl, Zeitverhalten und Stärke werden immer abgeleitet, nie direkt am bewegten Teil erfasst. Ein Stroboskop ermittelt die Geschwindigkeit aus einem Lichtblitz, dessen Frequenz auf die Bewegung abgestimmt ist; ein Tachometer zählt Impulse über einen optischen Aufnehmer oder einen Kontaktaufnehmer; ein Vibrationsmessgerät liest die Ladung aus, die ein piezoelektrischer Sensor beim Schwingen abgibt. Ein solcher Messwert ist nur so gut wie die Übereinstimmung zwischen diesem Ersatzsignal und der tatsächlichen Bewegung. Und er ist nur so gut wie die Befestigung, die Sichtlinie und die Referenz dahinter: Sie entscheiden gemeinsam darüber, ob das Geschehen an der Maschine bis in die Aufzeichnung erhalten bleibt.
1. Warum Bewegung Drei Verschiedene Fragen Umfasst
Die wichtigste Weichenstellung fällt, noch bevor Sie ein Bewegungsmessgerät spezifizieren: Welche von drei Aufgaben wollen Sie tatsächlich erledigen? Eine Bewegung sichtbar zu machen ist eine visuelle Aufgabe: Ein Stroboskop blitzt mit einer auf die Bewegung abgestimmten Frequenz, sodass ein bewegtes Teil stillzustehen scheint und der Bediener es prüfen kann, ohne die Anlage anzuhalten. Eine Bewegung zu zählen ist eine quantitative Aufgabe: Ein Tachometer oder Geschwindigkeitssensor misst die Dreh- oder Oberflächengeschwindigkeit und liefert einen Zahlenwert in U/min, Metern pro Minute oder als Länge. Eine Bewegung zu beurteilen ist eine diagnostische Aufgabe: Ein Vibrationsmessgerät erfasst die Schwingung einer laufenden Maschine und vergleicht sie mit Beurteilungskriterien, um Unwucht, Fluchtungsfehler oder Lagerverschleiß anzuzeigen. Auf einer Bestellung überschneiden sich die drei — alle „messen Bewegung“ —, doch sie beruhen auf unterschiedlicher Physik, eignen sich für unterschiedliche Objekte und versagen auf unterschiedliche Weise. Zu benennen, welche Aufgabe gerade ansteht, ist deshalb der beste Schutz davor, das falsche Instrument zu kaufen.
2. Sehen, Zählen oder den Zustand Prüfen?
Klären Sie, was Sie mit der Bewegung tun müssen — sie sehen, zählen oder beurteilen —, und die passende Gerätefamilie ergibt sich von selbst. Zum Sichtbarmachen behandelt der Bereich Stroboskope die Prüfung rotierender und hin- und hergehender Maschinen per zeitgesteuertem Blitz: Druckwalzen, Lüfterflügel, Zahnräder und Warenbahnen scheinen stillzustehen, sodass sich Oberflächenzustand, Registerhaltigkeit und Schlupf bei voller Geschwindigkeit ablesen lassen — mit tragbaren wie mit fest montierten Lichtquellen. Zum Zählen beschreibt der Bereich Tachometer die berührende und optische Messung von Dreh- und Oberflächengeschwindigkeit, Drehzahl und Länge, dazu die fest montierten Geschwindigkeitssensoren, die einer Steuerung oder Anzeige einen kontinuierlichen Messwert liefern. Zum Beurteilen widmet sich der Bereich Vibrationsmessgeräte der tragbaren Messung von Schwingweg, Schwinggeschwindigkeit und Schwingbeschleunigung — jener Kenngröße, die den Zustand von Lagern und Wellen in eine Zahl übersetzt, die ein Instandhaltungsteam über die Zeit verfolgen kann. Als Grundlage für alle drei klärt der Bereich Kalibrierung der Bewegungsmessung die Fragen zu Rückführbarkeit, Referenzquelle und Überprüfung, die eine Blitzfrequenz, eine Geschwindigkeit oder einen Schwingungspegel vertrauenswürdig halten, während der Bereich Anwendungen der Bewegungsmessung zeigt, wie die drei Gerätefamilien in Druck, Bahnverarbeitung, Zustandsüberwachung und Prozesssteuerung zusammenwirken.
Sobald die Aufgabe feststeht und die Auswahl eines Instruments ansteht, nimmt die Auswahlhilfe für die Bewegungsmessung den Vergleich vor.
3. Normen für Schwingung, Geschwindigkeit und Blitzfrequenz
Normen wiegen bei einer der drei Messungen weit schwerer als bei den beiden anderen. Am umfassendsten geregelt ist die Schwingungsmessung. ISO 10816 und ihre Nachfolgenorm ISO 20816 stufen die Schwingstärke von Maschinen anhand der Breitband-Schwinggeschwindigkeit ein, gemessen an nicht rotierenden Teilen. ISO 2954 legt fest, was ein Gerät zur Beurteilung der Schwingstärke leisten muss. Und ISO 21940-11:2016, die ISO 1940-1 abgelöst hat, regelt die Auswuchtgüte von Rotoren, auf die ein Großteil dieser Schwingungen zurückgeht. Auf einer anderen Grundlage steht die Messung von Geschwindigkeit und Blitzfrequenz: Hier gibt es keine einzuhaltende Tabelle für Schwingstärken, sondern nur die Rückführbarkeit auf die SI-Sekunde. Ein Tachometer oder Stroboskop ist deshalb nur so vertrauenswürdig wie seine Frequenzreferenz und die Vorbereitung des Messobjekts. Bei allen dreien versagt der Messwert nur selten wegen des Geräts selbst. Er scheitert an einem Blitz, der auf eine Oberschwingung der wahren Drehzahl einrastet, an einem Sensor auf einer losen Magnethalterung oder an einer reflektierenden Marke, die die Optik nicht sauber erfassen kann. Prüfen Sie daher gegen eine rückführbare Quelle, montieren und richten Sie den Aufnehmer korrekt aus und messen Sie dort, wo das Signal die Maschine abbildet, statt an einer bequemen Stelle. Eine Kalibrierung nach ISO/IEC 17025, mit nach ISO 16063 überprüften Schwingungsaufnehmern, liefert diese rückführbare Referenz; die Intervalle, Verfahren und Unsicherheitsbudgets gehören zur Kalibrierung der Bewegungsmessung.
4. Häufig gestellte Fragen
1. Woran erkenne ich, ob ich ein Stroboskop, einen Tachometer oder ein Vibrationsmessgerät benötige?
2. Lässt sich mit einem Stroboskop auch die Geschwindigkeit messen?
3. Sollte ich eine berührende oder eine berührungslose Geschwindigkeitsmessung wählen?
4. Muss ich ein Bewegungsmessgerät vor dem Einsatz überprüfen?
5. Kann ein einziges Gerät mehrere dieser Aufgaben abdecken?
5. Glossar
| Stroboskop | Ein Instrument, das präzise zeitgesteuerte Lichtblitze aussendet, sodass ein rotierendes oder hin- und hergehendes Objekt stillzustehen scheint und sich ohne Anhalten der Maschine visuell prüfen lässt. |
| Blitzfrequenz | Die Anzahl der Lichtimpulse, die ein Stroboskop je Zeiteinheit erzeugt, üblicherweise in Blitzen pro Minute (FPM) angegeben; sie entspricht der Drehzahl (U/min), wenn sie auf eine einzelne Marke am Messobjekt synchronisiert ist. |
| Synchronisation | Das Abstimmen der Blitzfrequenz eines Stroboskops auf die Frequenz einer sich wiederholenden Bewegung, sodass das bewegte Objekt für die Prüfung eingefroren erscheint. |
| Tachometer | Ein Instrument, das die Dreh- oder Oberflächengeschwindigkeit misst und Werte wie Drehzahl (U/min), Meter pro Minute oder Länge ausgibt — durch Kontakt mit dem Messobjekt oder durch optisches Zählen einer reflektierenden Marke. |
| Oberflächengeschwindigkeit | Die lineare Geschwindigkeit eines Punktes am Umfang eines rotierenden Objekts oder einer laufenden Warenbahn, üblicherweise mit einem Kontaktrad gemessen und in Metern pro Minute angegeben. |
| Geschwindigkeitssensor | Ein fest montiertes Gerät, das die Geschwindigkeit einer Welle oder Oberfläche kontinuierlich misst und den Messwert zur Überwachung oder Steuerung an eine Steuerung, SPS oder Anzeige weitergibt. |
| Schwinggeschwindigkeit | Die Änderungsrate des Schwingwegs, angegeben in Millimetern pro Sekunde RMS, und die wichtigste Kenngröße zur Beurteilung des Zustands allgemeiner rotierender Maschinen. |
| Beschleunigungsaufnehmer | Ein meist piezoelektrischer Sensor, der mechanische Schwingungen in ein zur Beschleunigung proportionales elektrisches Signal umwandelt und das Messelement der meisten Vibrationsmessgeräte bildet. |
| Rückführbarkeit | Eine ununterbrochene Kette dokumentierter Vergleiche, die ein Messergebnis mit einem anerkannten Referenznormal und letztlich mit dem SI verknüpft, üblicherweise von einem nationalen Metrologieinstitut aufrechterhalten. |
