Die Disziplinen Maschinenschmierung und Schwingungsanalyse sind beides entscheidende Elemente einer auf Zuverlässigkeit ausgerichteten Kultur. Beide ermöglichen es uns, auf der linken Seite der angesehenen potenziellen Ausfall-Ausfall-Kurve (P-F) zu bleiben. Leider existieren diese Programme selbst in der modernen Zeit oft in einem getrennten Zustand und verzichten auf den Wert, der durch ihre Vereinigung in einem vernetzten Ökosystem für vorbeugende und vorausschauende Wartung erreicht werden könnte. Dieser Artikel soll auf die Beziehung zwischen Schmierung und Schwingung eingehen, erklären, wie wir diese Beziehung zu unserem Vorteil nutzen können, und einige Überlegungen anstellen, um diese Disziplinen in einem zusammenhängenden Design zusammenzuführen.
Die Maschinenschmierung umfasst die Verfahren, die für die Aufrechterhaltung angemessener Schmierbedingungen in sich nahe beieinander bewegenden Maschinenkomponenten relevant sind. Wenn sich eine Maschine dreht, gleitet oder schwenkt, ist sie wahrscheinlich entweder geschmiert oder mit einer Verschleißfläche (z. B. Buchse) ausgestattet. Das Schmiermittel kann je nach Zusammensetzung und Anwendung Verschleiß reduzieren, kühlen, Verunreinigungen entfernen und vor dem Eindringen von Verunreinigungen schützen. Einer der wichtigsten Parameter eines Schmiermittels ist die Viskosität – ein Maß für den Widerstand gegen Bewegung oder Fließen. Die Viskosität hängt mit der Schmierfilmdicke zusammen, die letztendlich den Abstand zwischen sich bewegenden Maschinenkomponenten und damit die Reibung zwischen ihnen bestimmt. Die Aufrechterhaltung des optimalen Flüssigkeitsfilms ist entscheidend, um Verschleiß und Vibrationen zu minimieren.
Jeder erfahrene Zuverlässigkeitsexperte kann den Zusammenhang zwischen dem Schmierzustand einer Maschine und ihren erkennbaren Gesundheitsindikatoren bestätigen: Eine nicht richtig geschmierte Maschine läuft im Allgemeinen mit höheren Temperaturen, Lärm und Vibrationen. Diese anekdotischen Beweise werden durch Studien in der Fachliteratur gestützt. Eine solche Studie von Ripin und Yusof (2018) untersucht die Auswirkungen der Flüssigkeitsfilmdicke in Wälzlagern auf die Gesamtschwingungspegel. Laut der Studie nehmen die Schwingungspegel mit der Zeit zunächst ab, wenn sich die Lager „einlaufen“, unabhängig davon, ob mit einem ungeschmierten oder einem geschmierten Lager begonnen wird. Mit zunehmender Betriebszeit eines neuen Lagers werden die Oberflächenunebenheiten im Lagerinneren abgenutzt (d. h. poliert), wodurch ein sanfterer Kontakt zwischen der Laufbahn des Lagers und seinen Wälzkörpern möglich wird. Diese Abnahme der Vibration ist jedoch nur von kurzer Dauer, bei dem ungeschmierten Lager ist dies noch viel stärker der Fall. Die Studie zeigt, dass die Gesamtschwingungspegel ansteigen, wenn der Flüssigkeitsfilm nicht aufgebaut und nach Abschluss des „Einlaufens“ in einem Nennbereich gehalten wird. Wie erwartet wies das geschmierte Lager im Laufe der Zeit beim Test auch eine deutlich geringere Oberflächenrauheit (ein Indikator für Verschleiß) auf.
Da der Zustand des Schmiermittels einer Maschine ein wichtiger Indikator für die Lebensdauer der Maschine ist, ist es wichtig zu verstehen, wie Schwingungsanalysen im Rahmen eines kontinuierlichen Überwachungsprogramms Erkenntnisse liefern können. Die Schwingungssignatur von Betriebsgeräten kann verwendet werden, um Fälle zu erkennen, in denen der vom Schmiermittel erzeugte Flüssigkeitsfilm gestört oder nicht optimal ist. Eine Verschlechterung des Schmiermittels zeigt sich in der Zeitwellenform oder im Spektrum aufgrund erhöhter Reibung oder des Vorhandenseins von Stößen. Spezielle Techniken wie die Hochfrequenz-Hüllkurvenmessung (HFE) sind besonders nützlich, um solche Signaturen zu erkennen. Wenn dies erkannt wird, kann der Schwingungsanalytiker dem Wartungsteam mitteilen, dass eine Maschine Schmiermittel nachgefüllt, gewechselt oder vielleicht eine Untersuchung wegen unsachgemäßer Schmiermittelzufuhr durchgeführt werden muss. Noch besser ist, dass die Häufigkeit der Schmiermittelzufuhr je nach Bedarf der Maschine angepasst werden kann. Dies ist wichtig, da sich der Schmiermittelbedarf einer Maschine im Laufe der Zeit aufgrund von Verschleiß und Umweltfaktoren ändert, wodurch rein zeitbasierte Strategien wirkungslos werden.
Schwingungsanalysen können zwar bei der Optimierung von Schmierprogrammen helfen und frühzeitig vor Problemen mit dem Maschinenzustand warnen, aber um eine hohe Zuverlässigkeit geschmierter Anlagen zu erreichen, ist ein robusterer Ansatz erforderlich. Pläne zur vorbeugenden (einschließlich Schmierung) und vorausschauenden Wartung von Maschinen sollten mithilfe formalisierter Methoden entwickelt werden, wie z. B. zuverlässigkeitszentrierte Wartung (RCM), Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse (FMEA) oder Optimierung der vorbeugenden Wartung (PMO). Die Ergebnisse der oben genannten Methoden machen die Einbeziehung zusätzlicher Fachgebiete erforderlich, wenn umsetzbare Überwachungs- oder Wartungsaufgaben gewünscht sind. Im Speziellen hinsichtlich Schmierprogrammen wird dringend empfohlen, sich an die Richtlinien des Standards 55.1 des International Council of Machinery Lubrication (ICML) zu halten, der Programmgestaltung, Schulung, Ausrüstung usw. abdeckt. Im Hinblick auf Schwingungsanalyseprogramme sollten Standorte Folgendes umfassen: geeignete Überwachungsstruktur (z. B. online oder periodisch, je nach Kritikalität der Ausrüstung); erfahrene und zertifizierte Analytiker (ISO/ANST Kategorie 3 oder 4); eine Plattform, die rechtzeitige Benachrichtigung, Diagnose, Kommunikation und Überwachung des Programm- und Anlagenzustands ermöglicht; Skalierbarkeit auf Unternehmensebene. Am wichtigsten ist es, diese Strategien und Programme miteinander zu verknüpfen, Wissen auszutauschen und eine kontinuierliche Verbesserung der Anlagengesundheit zu unterstützen.
Maschinen halten nicht ewig, aber ihre Lebensdauer kann durch effektive Wartungs- und Überwachungsprogramme oft besser auf die Geschäftsziele abgestimmt werden. In diesem Sinne sind Schmierung und Schwingungsüberwachung zwei gängige Möglichkeiten zur Verlängerung der Lebensdauer. Unsachgemäße Schmierung führt durch Verschlechterung des Flüssigkeitsfilms und den daraus resultierenden Oberflächenkontakt zu Vibrationen. Wenn solche Zustände nicht erkannt und diagnostiziert werden, können sie ein rechtzeitiges Eingreifen in die weitere Entwicklung entlang der P-F-Kurve verhindern – d. h. eine Bewegung in Richtung der gefürchteten rechten Seite der Kurve. Der beste Ansatz zur Aufrechterhaltung eines hohen Maschinenzustands besteht darin, bewährte Verfahren für Schmierung und Schwingungsüberwachung miteinander zu verknüpfen, anstatt sie als isolierte Programme laufen zu lassen.
VerweiseRipin, Z. M., & Yusof, N. (2018). Der Einfluss der Schmierung auf die Vibration von Wälzlagern.MATEC-Konferenznetz,217.doi:https://doi.org/10.1051/matecconf/201821701004