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Getriebeschwingungen offline oder online messen, Getriebeschäden erkennen und bewerten

Ein Getriebe läuft rauer als sonst. Das Geräusch verändert sich. Oder der Antrieb ist so wichtig für die Produktion, dass man nicht auf erste hörbare Symptome warten möchte.

Dann gehört die Schwingungsmessung zu den klassischen Diagnoseverfahren.

Beschleunigungssensoren erfassen die Schwingungen am Getriebegehäuse. Aus Frequenzen, Amplituden und deren Entwicklung lassen sich unter anderem Hinweise auf Lager-, Verzahnungs-, Unwucht-, Ausrichtungs- oder andere mechanische Auffälligkeiten ableiten.

Richtig eingesetzt liefert die Schwingungsanalyse sehr detaillierte Informationen. Bei komplexen Industriegetrieben, wechselnden Drehzahlen und unterschiedlichen Lastzuständen steigt allerdings auch der Aufwand für Messung und Auswertung.

Wer ein Getriebe überwachen möchte, sollte deshalb zuerst klären, welche Information tatsächlich benötigt wird: eine detaillierte Schwingungsdiagnose, eine regelmäßige Zustandskontrolle oder eine permanente Frühwarnung vor zunehmendem Verschleiß.

Offline-Schwingungsmessung an Getrieben und Elektromotoren - momac

Was wird bei einer Schwingungsmessung am Getriebe gemessen?

Lager, Zahnräder und Wellen erzeugen während des Betriebs charakteristische Schwingungen. Diese werden über das Getriebegehäuse übertragen und dort mit geeigneten Sensoren aufgenommen.

In den Messdaten treten unter anderem Drehfrequenzen, Zahneingriffsfrequenzen und lagerbezogene Frequenzanteile auf. Veränderungen dieser Signale geben dem erfahrenen Diagnostiker Hinweise darauf, wo im Antriebsstrang eine Auffälligkeit liegen könnte. Typische Fragestellungen, die mit einer Schwingungsanalyse beantwortet werden können, sind:

  • Gibt es Hinweise auf einen Lagerschaden?
  • Zeigt eine Verzahnungsstufe Auffälligkeiten?
  • Haben sich Schwingungspegel gegenüber früheren Messungen verändert?
  • Liegen Unwucht, Fehlausrichtung oder mechanische Lockerungen vor?
  • Treten ungewöhnliche Frequenzen oder Seitenbänder auf?
  • Wie entwickelt sich eine bereits bekannte Auffälligkeit?

Die Stärke der Schwingungsanalyse liegt in der Diagnose. Aus einem auffälligen Signal lassen sich häufig Hinweise auf die betroffene Komponente und die Art der Störung gewinnen.

Lager über Schwingungen beurteilen

Schäden an Wälzlagern verändern das Schwingungsverhalten. Laufbahnen, Wälzkörper und Käfige besitzen charakteristische kinematische Frequenzen, die bei einer Schwingungsdiagnose gezielt untersucht werden.

Bei geeigneter Messung und ausreichender Signalqualität lassen sich Auffälligkeiten oft früh erkennen und bestimmten Lagerbereichen zuordnen.

Für eine genaue Diagnose sind Angaben zu Lager, Drehzahl, Einbausituation und Messstelle hilfreich. Bei wechselnder Drehzahl muss zusätzlich berücksichtigt werden, dass sich die zugehörigen Frequenzen mit der Drehzahl verschieben.

Verzahnungsschäden über Schwingungen erkennen

Zahneingriffe erzeugen charakteristische Schwingungen. Auffälligkeiten an Zahnflanken, beschädigte Zähne oder Veränderungen im Tragbild beeinflussen diese Signale.

Für die Auswertung sind unter anderem Drehzahl, Zähnezahl und Übersetzungsverhältnisse relevant. Bei mehrstufigen Industriegetrieben überlagern sich zahlreiche Frequenzen und Seitenbänder.

Gerade bei Planetengetrieben, mehrstufigen Getrieben und variablen Betriebsbedingungen wird aus einer einfachen Pegelmessung schnell eine anspruchsvolle Schwingungsdiagnose.

Offline-Schwingungsmessung oder Online-Schwingungsüberwachung?

Schwingungsmessung ist nicht automatisch eine permanente Getriebeüberwachung. In vielen Betrieben werden Getriebe in regelmäßigen Abständen mit mobiler Messtechnik untersucht. Für besonders kritische Antriebe kommen fest installierte Online-Systeme zum Einsatz. Beide Ansätze haben ihre Berechtigung. Sie unterscheiden sich vor allem darin, wie oft Messdaten zur Verfügung stehen und welcher technische Aufwand betrieben wird.

Offline-Schwingungsmessung

Bei einer Offline-Messung nimmt ein Techniker die Schwingungen vor Ort an definierten Messpunkten auf. Die Daten werden anschließend ausgewertet und mit früheren Messungen, bekannten Grenzwerten oder typischen Schadensmustern verglichen. Für eine gute Trendbewertung sollten Messstellen und Betriebsbedingungen möglichst vergleichbar sein.

Problematisch wird der Vergleich, wenn ein Getriebe bei der ersten Messung mit 80 Prozent Last und 1.450 U/min läuft, bei der nächsten Messung jedoch nur mit halber Last oder deutlich anderer Drehzahl. Die Messung bleibt trotzdem nutzbar. Die Interpretation braucht dann mehr Informationen über den tatsächlichen Betriebszustand.

Online-Schwingungsüberwachung

Bei einer Online-Schwingungsüberwachung bleiben die Schwingungssensoren dauerhaft am Getriebe installiert. Messwerte stehen je nach System kontinuierlich oder in kurzen Messintervallen zur Verfügung. Veränderungen werden dadurch sofort sichtbar. Zum Gesamtsystem gehören bei anspruchsvolleren Anwendungen nicht nur Beschleunigungssensoren. Drehzahl, Temperatur, Last oder Drehmoment helfen bei der Einordnung der Schwingungsdaten. Hinzu kommen Datenerfassung, Kommunikation, Auswertesoftware, Alarmgrenzen und die Inbetriebnahme des Systems.

Bei einem produktionskritischen Getriebe ist dieser Aufwand oft gerechtfertigt. Für eine große Zahl von Getrieben muss jedoch geprüft werden, wie viel Überwachung tatsächlich benötigt wird.

Was passiert zwischen zwei Offline-Messungen?

Eine Offline-Schwingungsmessung zeigt den Zustand zum Zeitpunkt der Messung. Liegt zwischen zwei Messungen ein Zeitraum von mehreren Wochen oder Monaten, gibt es aus der Schwingungsmessung für diesen Zeitraum keine neue Zustandsinformation. Bei Anlagen mit langsam fortschreitendem Verschleiß muss das kein Problem sein.

Bei einem kritischen Getriebe stellt sich jedoch eine andere Frage: Reicht das Messintervall aus, wenn sich ein Schaden zwischen zwei Terminen schneller entwickelt als erwartet? Genau hier beginnt der Unterschied zwischen periodischer Diagnose und Online-Condition-Monitoring (CMS).

Schwingungsmessung bei wechselnder Drehzahl und Last

Industriegetriebe laufen häufig nicht unter konstanten Bedingungen. Ändert sich die Drehzahl, verschieben sich auch die charakteristischen Frequenzen im Spektrum.
Lastwechsel verändern zusätzlich die Amplituden. Prozessschwingungen der angeschlossenen Maschine kommen hinzu.

Bei variabler Drehzahl reicht deshalb ein normales Frequenzspektrum häufig nicht aus. Drehzahlsynchrone Auswertungen stellen den Bezug zur aktuellen Drehzahl her.
Die Diagnose bleibt möglich – sie braucht aber mehr Informationen über den tatsächlichen Betriebszustand.

Drehzahl gehört oft zur Messung dazu

Bei Getrieben mit wechselnder Drehzahl reicht das reine Schwingungssignal häufig nicht aus, wenn Frequenzanteile sicher einer Welle, einem Lager oder einem Zahneingriff zugeordnet werden sollen. Ein Drehzahlsignal schafft den Bezug zwischen dem gemessenen Schwingungsverlauf und dem aktuellen Betriebszustand.

Online-Systeme erfassen neben den Schwingungen häufig auch Drehzahl und weitere Prozessgrößen.

Auch die Last verändert das Signal

Ein Getriebe unter Volllast schwingt anders als dasselbe Getriebe im Teillastbetrieb. Das bedeutet nicht automatisch, dass sich sein technischer Zustand verändert hat. Wer Schwingungstrends bewertet, muss Betriebszustand und Prozess kennen. Ohne diese Information lassen sich Laständerung und tatsächliche Zustandsänderung leichter miteinander verwechseln. Bei komplexen Produktionsanlagen werden Schwingungsdaten deshalb häufig zusammen mit weiteren Betriebsgrößen betrachtet.

Warum die Auswertung von Schwingungsmessungen spezielles Fachwissen braucht

Ein Beschleunigungssensor liefert zunächst Messdaten. Die eigentliche Diagnose entsteht erst bei der Auswertung. Bei einem Industriegetriebe überlagern sich Schwingungen von Motor, Kupplung, Lagern, Wellen, mehreren Verzahnungsstufen und der angeschlossenen Maschine. Resonanzen im Gehäuse verändern das gemessene Signal zusätzlich.

Automatisierte Condition-Monitoring-Systeme übernehmen heute einen erheblichen Teil der Vorbewertung. Sie bilden Trends, überwachen Grenzwerte und erkennen bekannte Schadensmuster. Bei ungewöhnlichen Signalbildern, wechselnden Betriebsbedingungen oder komplexen Getrieben bleibt die fachliche Diagnose wichtig.

Was braucht eine Online-Schwingungsüberwachung am Industriegetriebe?

Der Umfang hängt von Getriebe und Aufgabenstellung ab. Bei einer vollständigen Online-Überwachung gehören häufig mehrere Komponenten zusammen:

  • geeignete Beschleunigungssensoren an definierten Messstellen,
  • Drehzahlerfassung bei variablen Drehzahlen,
  • gegebenenfalls Temperatur-, Last- oder Drehmomentdaten,
  • Datenerfassung beziehungsweise Edge-Hardware,
  • Datenübertragung,
  • Software zur Analyse und Trenddarstellung,
  • Alarm- und Warnlogik,
  • Parametrierung und Inbetriebnahme,
  • technische Bewertung auffälliger Messwerte.

Bei einfachen Anwendungen lässt sich eine Schwingungsüberwachung deutlich schlanker aufbauen. Große oder komplexe Industriegetriebe verlangen aber meist mehr Aufwand.

Wo Schwingungsanalyse besonders stark ist

Schwingungsdiagnose ist besonders interessant, wenn nicht nur eine Zustandsänderung erkannt, sondern die Ursache genauer eingegrenzt werden soll. Typische Aufgabenstellungen sind:

  • Lagerauffälligkeiten lokalisieren,
  • Verzahnungsfrequenzen untersuchen,
  • Unwucht erkennen,
  • Ausrichtungsfehler beurteilen,
  • Lockerungen von Befestigungen oder am Fundament feststellen,
  • Veränderungen im Antriebsstrang analysieren.

Für diese Aufgaben liefert die Schwingungsanalyse Informationen, die eine Verschleißpartikelmessung nicht liefern kann.

Wo der Aufwand steigt

Aufwendiger wird die Schwingungsüberwachung bei:

  • stark wechselnden Lastzuständen,
  • komplexen mehrstufigen Getrieben,
  • Planetengetrieben,
  • sehr langsam drehenden Getrieben,
  • vielen überlagerten Prozessschwingungen,
  • fehlenden technischen (kinematischen) Daten, oder
  • unbekanntem Zustand des Getriebes.

Solche Getriebe lassen sich schwingungstechnisch untersuchen. Der Aufwand für Messkonzept und Auswertung steigt jedoch.

Braucht jedes kritische Getriebe ein komplexes Schwingungs-CMS?

Nicht unbedingt. Ein Betreiber möchte häufig zunächst eine viel einfachere Frage beantworten:

  • Entwickelt sich an diesem Getriebe gerade ein ungewöhnlicher mechanischer Verschleiß?

Für diese Frage braucht er nicht zwingend permanent eine vollständige Frequenzdiagnose. Bei einem ölumlaufgeschmierten Getriebe gibt es noch eine andere Messgröße: den metallischen Abrieb, der bei Verschleiß an Lagern und Verzahnungen in das Getriebeöl gelangt.

Dieser Ansatz misst nicht die Schwingungsreaktion des Getriebes. Er beobachtet die Metallpartikel, die durch den mechanischen Verschleiß entstehen.

MetalSCAN Installation an einem Extrudergetriebe zur Online Überwachung der Lager und Verzahnung

Schwingungsmessung klärt: Wo liegt die Auffälligkeit?

Eine gute Schwingungsanalyse geht tief in die Diagnose. Sie untersucht Frequenzen, Seitenbänder, Amplituden und deren Entwicklung. Mit ausreichenden technischen Daten lassen sich Auffälligkeiten häufig bestimmten Lagern, Wellen oder Verzahnungsstufen zuordnen.

Wer wissen möchte, welches Bauteil auffällig ist und welche Art von mechanischer Störung vorliegt, bekommt aus der Schwingungsanalyse wertvolle Informationen.

Partikelzählung prüft: Entsteht ungewöhnlicher Verschleiß?

Die Online-Metallabriebüberwachung verfolgt eine andere Logik. Metallische Verschleißpartikel im Ölstrom werden erfasst und über die Zeit gezählt.
Steigt die Partikelrate, verändert sich der metallische Abrieb im Getriebe. Das Verfahren liefert zunächst keine vollständige Schadensdiagnose. Es funktioniert vielmehr wie eine Alarmanlage für zunehmenden metallischen Verschleiß.

Nach einer frühen Warnung beginnt die gezielte Untersuchung des Getriebes, bei der auch mögliche Instandsetzungsmaßnahmen – ggf. auch vor Ort – festgelegt werden können.

Schwingungsmessung oder Metallabriebüberwachung?

Die Verfahren konkurrieren nicht zwingend miteinander. Bei einer Schadensdiagnose liefert die Schwingungsanalyse Informationen, die für die genaue Eingrenzung einer Auffälligkeit sehr wertvoll sind.

Für eine Frühwarnung bei einem ölumlaufgeschmierten Industriegetriebe reicht dem Betreiber dagegen häufig zunächst die Information, ob überhöhter metallischer Verschleiß vorhanden ist oder die Partikelzahl stabil bleibt. An besonders produktionsrelevanten und nicht schnell austauschbaren Industriegetrieben ist eine Kombination aus Schwingungsmessung und Partikelzählung sinnvoll:

Die Online-Partikelüberwachung meldet steigende Partikelzahlen. Die anschließende Schwingungsanalyse, Öluntersuchung oder Videoendoskopie hilft bei der Suche nach der Ursache. So bekommt jede Messmethode eine klare Aufgabe.

Online Getriebeüberwachung durch Partikelzählung im Öl - MetalSCANASUG ®, Bauer ®, Benseler®, Bockwoldt®, Bonfigioli ®, DBT®, Demag®, Dempewolf ®, Eickhoff®, Flender®, Hansen®, Hellwig & Offermann ®,Hueber Baacke ®, Jake® (Jahnel-Kestermann®), Kumera®, Lohmann & Stolterfoht®, Moventas® (Metso Drives®/Valmet®), Ostermann ®, Passavant®, Pekrun ®, PWH Weserhütte AG®,  Renk®, Rexroth®, Santasalo ®, August Seegers®, SAWA / Sauerwald®, SEW Eurodrive®, SIG®,  TGW (Thyssen Getriebewerke)®, P.I.V ®, Rossi®, Voith®, Walther Flender®, Wülfel®, WGW (Westdeutsche Getriebewerke) ®, ZAE®, ZF®, Zollern® (Dorstener®) u.a.

Online-Frühwarnung über Metallabrieb mit MetalSCAN

Für die Online-Überwachung metallischer Verschleißpartikel in ölumlaufgeschmierten Industriegetrieben empfehlen wir den Einsatz von MetalSCAN-Partikelzählern.

Der Sensor wird in den Ölkreislauf eingebaut und erfasst metallische Partikel, bevor diese im Filter abgeschieden werden.
MetalSCAN verfolgt nicht das Schwingungsspektrum. Das System beobachtet die Entwicklung des metallischen Abriebs, der auf einen beginnenden Getriebeschaden hinweist.

Für Betreiber, die ein kritisches Getriebe permanent überwachen möchten, ohne dauerhaft eine vollständige Schwingungsdiagnose aufzubauen, ist dieser Ansatz besonders interessant.

Wann reicht eine Offline-Schwingungsmessung – und wann sollte online überwacht werden?

Eine regelmäßige Schwingungsmessung ist oft ausreichend, wenn das Getriebe stabil läuft, Messintervalle zum Ausfallrisiko passen und vergleichbare Betriebszustände hergestellt werden.

Eine permanente Schwingungsüberwachung ist interessanter, wenn:

  • das Getriebe für die Produktion besonders kritisch ist,
  • zwischen zwei Messintervallen kein Blindflug gewünscht ist,
  • ein überraschender Getriebeausfall hohe Kosten verursacht,
  • die Instandsetzung nach einem spät erkannten Getriebeschaden Monate dauern kann,
  • kein kurzfristig verfügbares Ersatzgetriebe vorhanden ist, oder
  • wenn ein bekannter Schaden bis zum nächsten geplanten Stillstand kontrolliert weiterbetrieben werden soll.

Die Frage lautet am Ende nicht, welches Condition-Monitoring-System technisch am meisten Daten erzeugt. Relevant ist, welche Information die Instandhaltung wann braucht.

Was tun bei auffälligen Schwingungen?

Ein auffälliges Schwingungssignal heißt in der Regel nicht, dass ein Getriebeausfall unmittelbar bevorsteht.
Es sollte aber geklärt werden, welche Komponente die Auffälligkeit verursacht und wie kritisch der Befund ist.

Zum weiteren Vorgehen gehören beispielsweise:

  • Frequenzspektrum und Trend (bei Online-Überwachung) auswerten,
  • Öl und Filter auf Abrieb kontrollieren,
  • zugängliche Lager und Verzahnungen prüfen,
  • ggf. Videoendoskopie einsetzen,
  • Ölprobe nehmen und untersuchen,
  • Vor-Ort-Reparatur beziehungsweise Instandsetzung vorbereiten

Schwingungsdiagnose, Ölzustand und visuelle Befunde ergeben zusammen ein klareres Bild als ein einzelner Messwert.

Offline-Messung für Zustandskontrolle und Diagnose

Nicht jedes Getriebe braucht fest installierte Sensorik zur Schwingungsüberwachung. Eine gezielte Schwingungsmessung vor Ort ist sinnvoll, wenn ein Geräusch untersucht, eine bekannte Auffälligkeit überprüft oder der Zustand eines Getriebes im Rahmen einer Inspektion bewertet werden soll. Für Trendmessungen sollten Messpunkte und Lastzustand dokumentiert und bei Folgemessungen möglichst wieder verwendet werden.

Online-Überwachung für produktionskritische Getriebe

Bei einem Getriebe, dessen Ausfall eine komplette Anlage stillsetzt, reichen periodische Kontrollen unter Umständen nicht aus.

Hier hat die permanente Schwingungsüberwachung gegenüber der Offline-Schwingungsmessung deutliche Vorteile, so dass die höheren Investitionskosten durchaus sinnvoll sein können.

Häufige Fragen zur Schwingungsmessung an Industriegetrieben

Was erkennt eine Schwingungsmessung an einem Getriebe?

Eine Schwingungsmessung liefert Hinweise auf Veränderungen im dynamischen Verhalten des Getriebes. Bei einer detaillierten Schwingungsanalyse lassen sich unter anderem Auffälligkeiten an Lagern und Verzahnungen sowie Unwucht, Ausrichtungsfehler oder mechanische Lockerungen untersuchen.

Kann man Lagerschäden mit Schwingungsmessung erkennen?

Ja. Viele typische Wälzlagerschäden lassen sich über charakteristische Schwingungsanteile erkennen. Schäden an Laufbahnen, Wälzkörpern oder Käfigen verändern das Schwingungssignal. Für die genaue Zuordnung helfen Lagerdaten, Drehzahl und eine geeignete Messstelle. Bei besonders langsam drehenden Lagern kann es allerdings schwieriger sein, Schäden im frühen Stadium zu erkennen.

Kann man Verzahnungsschäden mit Schwingungsmessung erkennen?

Verzahnungen erzeugen charakteristische Zahneingriffsfrequenzen. Schäden oder Veränderungen an Zahnflanken beeinflussen diese Frequenzen und deren Seitenbänder. Bei mehrstufigen und planetaren Getrieben ist die Auswertung entsprechend komplexer, aber auch möglich.

Funktioniert Schwingungsmessung bei wechselnder Drehzahl?

Ja. Die Auswertung wird jedoch etwas anspruchsvoller, weil sich charakteristische Frequenzen mit der Drehzahl verschieben. Für solche Betriebsbedingungen werden drehzahlsynchrone Verfahren eingesetzt. Eine Drehzahlerfassung während der Schwingungsmessung ist Voraussetzung.

Warum sollten Offline-Schwingungsmessungen unter vergleichbaren Betriebsbedingungen erfolgen?

Drehzahl und Last beeinflussen das Schwingungssignal. Für einen sauberen Trendvergleich helfen deshalb möglichst gleiche Messstellen und vergleichbare Betriebszustände.

Was ist der Unterschied zwischen Offline- und Online-Schwingungsmessung?

Bei einer Offline-Messung werden Schwingungsdaten zu festgelegten Zeitpunkten vor Ort aufgenommen. Zwischen den Messungen wird das Getriebe nicht überwacht.

Ein Online-System besitzt dauerhaft installierte Sensorik und erfasst kontinuierlich neue Messdaten. Veränderungen werden dadurch sofort sichtbar.

Ist Partikelzählung / Metallabriebüberwachung eine Alternative zur Schwingungsmessung?

Ja. Die Verfahren messen unterschiedliche Zustandsgrößen. Schwingungsanalyse untersucht das dynamische Verhalten des Getriebes. Metallabriebüberwachung verfolgt metallische Verschleißpartikel im Öl. Die Online-Getriebeüberwachung mit einem MetalSCAN-Partikelzähler ist in der Regel weniger aufwendig als eine Online-Schwingungsmessung. Beide Methoden der Online-Getriebeüberwachung haben ihre Vor- und Nachteile. Bei besonders produktionsrelevanten Getrieben, bei denen ein zu spät erkannter Getriebeschaden hohe Betriebsunterbrechungskosten verursachen würde, werden daher beide Verfahren ergänzend eingesetzt.

Wann lohnt sich eine Online-Schwingungsüberwachung?

Online-Schwingungsüberwachung ist besonders interessant bei produktionskritischen Maschinen, kurzen möglichen Schadensentwicklungen oder Getrieben, bei denen eine detaillierte permanente Schwingungsdiagnose benötigt wird. Aufwand und Nutzen sollten zur Kritikalität des Antriebs passen.

Schwingungsmessung oder Online-Getriebeüberwachung für Ihr Getriebe prüfen

Sie möchten den Zustand eines Industriegetriebes beurteilen oder suchen eine passende Überwachung für einen produktionskritischen Antrieb?
Senden Sie uns Getriebetyp, Hersteller, Anwendung, Drehzahlbereich und – soweit vorhanden – Angaben zu Last, Schmierung und bisherigen Auffälligkeiten.

Wir prüfen, ob eine gezielte Schwingungsmessung ausreicht oder ob für das Getriebe eine permanente Online-Überwachung sinnvoller ist.