Warum die Vibrationen des Kompressors überwacht werden sollten: ein Leitfaden für Techniker

In einer modernen Werkstatt findet man heute einen Industriekompressor, der mit Vibrationssensoren ausgestattet ist, die seinen Zustand überwachen und rechtzeitig auf mögliche Probleme hinweisen.

Kurz gesagt:

Die regelmäßige Überwachung der Vibrationen des Kompressors ermöglicht es, technische Störungen rechtzeitig zu erkennen und die Reparaturkosten zu senken. Die Schwingungsdiagnostik identifiziert Veränderungen im Vibrationsprofil, die ein bevorstehendes Versagen von Bauteilen bereits vor dem Ausfall signalisieren. Moderne Sensoren und automatisches Monitoring erhöhen die Zuverlässigkeit und Effizienz der Maschinenwartung.

Die Überwachung der Vibrationen des Kompressors ist eine grundlegende Diagnosemethode zur frühzeitigen Erkennung technischer Probleme und zur Gewährleistung eines effizienten Betriebs. In der industriellen Praxis wird diese Methode als Schwingungsdiagnostik bezeichnet. Es handelt sich um eine zerstörungsfreie Methode gemäß Industriestandards, die es ermöglicht, Störungen zu lokalisieren, ohne die Produktion anzuhalten. Vibrationen signalisieren dabei nicht nur Geräusche oder Erschütterungen. Jede Veränderung im Vibrationsprofil des Kompressors spiegelt den konkreten technischen Zustand eines Bauteils, Lagers oder der Welle wider. Techniker, die Vibrationen regelmäßig überwachen, wechseln von der reaktiven Reparatur zur geplanten Wartung und senken dadurch die Reparaturkosten und ungeplante Stillstandszeiten.

Warum man die Vibrationen des Kompressors überwachen sollte und was sie uns sagen

Die Vibrationen des Kompressors sind ein direktes Abbild seines technischen Zustands. Jedes Bauteil, von den Lagern über die Welle bis zur Kolbengruppe, erzeugt im Betrieb ein charakteristisches Vibrationsmuster. Ändert sich dieses Muster, signalisiert es ein konkretes Problem, noch bevor es zu einer Störung oder Havarie kommt.

Jedes Bauteil des Kompressors hat eine einzigartige Vibrationssignatur, deren Überwachung den Übergang zur präventiven Wartung ermöglicht, die Zeit und Kosten spart. Das bedeutet in der Praxis, dass der Techniker nicht auf sichtbare Anzeichen eines Defekts warten muss. Eine Änderung der Amplitude oder Frequenz der Vibration an einer bestimmten Stelle der Maschine zeigt genau, welches Bauteil beginnt zu versagen.

Vibrationen werden in zwei Grundtypen unterteilt:

Freie Schwingung entsteht nach einem einmaligen Impuls, zum Beispiel beim Start oder einem Stoß. Sie klingt von selbst ab, ohne externe Energiequelle.
Erzwungene Schwingung ist dauerhaft und wird durch eine sich wiederholende Kraft verursacht, zum Beispiel durch eine Unwucht des Rotors, ein verschlissenes Lager oder eine gelockerte Verbindung.

Die erzwungene Schwingung ist für die Diagnostik entscheidend. Ihre Frequenz entspricht der Drehzahl der Maschine oder Vielfachen der Drehzahl, sodass die Frequenzanalyse die Problemquelle direkt aufzeigt. Eine Unwucht des Rotors zeigt sich bei der Grunddrehfrequenz, ein beschädigtes Lager bei höheren harmonischen Komponenten. Kompressoren fallen am häufigsten aufgrund eines Betriebs außerhalb der Spezifikationen aus, wobei Vibrationen diesen Verschleiß früher signalisieren als andere Methoden.

Die Betriebsbedingungen und die Umgebung haben einen direkten Einfluss auf die Vibrationen. Eine ungeeignete Aufstellung des Kompressors auf dem Boden, fehlende Dämpfungsunterlagen oder die Nähe zu anderen Maschinen können die Vibrationen verstärken und den tatsächlichen Zustand der Anlage verschleiern. Deshalb müssen Vibrationsdaten immer im Kontext der gesamten Betriebsumgebung bewertet werden.

Infografik: fünf grundlegende Schritte zur korrekten Messung der Kompressorvibrationen

Wie man die Vibrationen des Kompressors misst: Methoden und Technologien

Die Messung der Kompressorvibrationen erfolgt in der Praxis mit Beschleunigungssensoren. Dabei handelt es sich um Sensoren, die die Beschleunigung der Vibrationen erfassen und in ein elektrisches Signal umwandeln. Das Ergebnis ist ein Zeitverlauf oder ein Frequenzspektrum, aus dem der Techniker den Zustand der einzelnen Bauteile ablesen kann.

An dem in einer Industriehalle aufgestellten Kompressor ist ein Beschleunigungssensor installiert, der zur Überwachung der Vibrationen dient.

Moderne Sensoren ermöglichen die Vibrationsmessung in Echtzeit sowie eine Fernüberwachung, sodass Störungen vorhergesagt werden können, bevor es zu einem Stillstand der Maschine kommt. Die Fernüberwachung ist besonders wertvoll bei Kompressoren im Dauerbetrieb oder an schwer zugänglichen Standorten.

Bei der Messung werden zwei grundlegende Parameter beobachtet:

Die Amplitude der Vibrationen gibt die Intensität der Schwingung an. Eine steigende Amplitude signalisiert einen sich verschlechternden Zustand des Bauteils.
Die Frequenz der Vibrationen bestimmt, welches Bauteil das Problem verursacht. Die Frequenzanalyse (FFT, also schnelle Fourier-Transformation) zerlegt das zusammengesetzte Vibrationssignal in einzelne Komponenten.

Neben Beschleunigungssensoren werden auch Schwinggeschwindigkeitssensoren und berührungslose Sensoren zur Erfassung der Wellenposition (Wirbelstromsonden) eingesetzt. Die Wahl des Sensors hängt vom Kompressortyp, dem Frequenzbereich und der geforderten Messgenauigkeit ab.

Profi-Tipp: Platzieren Sie die Sensoren immer so nah wie möglich an den Lagern. Je länger der Übertragungsweg der Vibrationen ist, desto stärker wird das Signal verzerrt und desto geringer wird der diagnostische Wert der Daten.

Die Datenerfassung in Echtzeit ermöglichen Systeme zur kontinuierlichen Überwachung. Diese Systeme erfassen die Vibrationswerte in regelmäßigen Intervallen und alarmieren das Bedienpersonal automatisch bei Überschreitung der eingestellten Grenzwerte. Der Vorteil besteht darin, dass der Techniker den Entwicklungstrend der Vibrationen über die Zeit sieht, nicht nur den momentanen Zustand. Der Trend ist dabei für die Diagnose wertvoller als eine einmalige Messung.

Die Interpretation der gemessenen Werte erfordert eine Referenzbasis. Bei der Inbetriebnahme des Kompressors wird das Ausgangsvibrationsprofil gemessen, der sogenannte Vibrations-Fingerabdruck. Alle nachfolgenden Messungen werden mit diesem Referenzzustand verglichen. Eine Abweichung um einen vorab festgelegten Wert löst einen Alarm oder eine geplante Inspektion aus.

Wie die Vibrationsüberwachung hilft, Störungen vorzubeugen

Der Übergang von reaktiver zu präventiver Instandhaltung ist der Hauptnutzen der Vibrationsdiagnostik. Der reaktive Ansatz bedeutet, den Kompressor erst nach einer Störung zu reparieren. Der präventive Ansatz bedeutet, in dem Moment einzugreifen, in dem die Vibrationen ein sich anbahnendes Problem anzeigen, und die Reparatur ohne ungeplanten Stillstand zu planen.

Das praktische Vorgehen bei der Einführung einer vibrationsbasierten präventiven Instandhaltung sieht wie folgt aus:

Messen Sie das Ausgangsvibrationsprofil eines neuen oder frisch reparierten Kompressors. Dieses Profil dient als Referenzpunkt für alle zukünftigen Messungen.
Legen Sie Alarmgrenzwerte fest. Industriestandards, zum Beispiel ISO 10816, definieren zulässige Vibrationswerte für verschiedene Maschinentypen und Leistungsklassen.
Messen Sie regelmäßig und erfassen Sie Trends. Eine einmalige Messung hat nur begrenzten Wert. Erst eine Reihe von Messungen im Zeitverlauf zeigt, ob sich der Zustand der Maschine verschlechtert.
Verknüpfen Sie Vibrationsdaten mit weiteren Parametern. Lagertemperatur, Öldruck und Energieverbrauch ergänzen das Vibrationsbild um eine Gesamtsicht auf den Zustand des Kompressors.
Planen Sie Reparaturen anhand von Daten, nicht anhand eines Zeitplans. Ein Kompressor mit stabilen Vibrationen benötigt keinen vorzeitigen Lageraustausch. Im Gegensatz dazu braucht eine Maschine mit zunehmender Amplitude einen Eingriff früher, als es der Plan vorschreibt.

Investitionen in Systeme zur Steigerung der Effizienz von Kompressoren amortisieren sich bei Zweischichtbetrieb mit bis zu 6.000 Motorstunden pro Jahr innerhalb von 3 bis 6 Monaten. Die Vibrationsdiagnostik als Bestandteil eines Systems der vorbeugenden Wartung trägt zu dieser Amortisation bei, indem sie die Kosten für ungeplante Reparaturen senkt und die Lebensdauer von Bauteilen verlängert.

Die frühzeitige Erkennung von Problemen hat direkte wirtschaftliche Auswirkungen. Der Austausch eines Lagers zum geplanten Zeitpunkt kostet nur einen Bruchteil der Kosten im Vergleich zu einem Ausfall, bei dem die Welle oder das Gehäuse des Kompressors beschädigt wird. Ein ungeplanter Stillstand stoppt zudem die Produktion, was die Kosten weiter vervielfacht. Kompressoren mit Frequenzumrichter reduzieren die Anzahl der Start-Stopp-Zyklen, wodurch die Betriebsstabilität erhöht und der Wartungsbedarf gesenkt wird. Vibrationsdiagnostik und die richtige Wahl der Kompressortechnologie ergänzen sich somit gegenseitig.

Eine korrekte Diagnostik des Kompressors umfasst die Vibrationsanalyse als eines der Schlüsselwerkzeuge zur Aufrechterhaltung eines effizienten Betriebs.

Häufige Fehler bei der Vibrationsüberwachung und wie man sie vermeidet

Der häufigste Fehler in der Vibrationsdiagnostik ist die Konzentration nur auf Symptome anstatt auf Ursachen. Eine falsche Interpretation von Vibrationen führt zum unnötigen Austausch funktionsfähiger Bauteile und zu unnötigen Kosten. Ein Techniker, der erhöhte Vibrationen am Lager feststellt, muss zunächst herausfinden, ob die Ursache Lagerverschleiß oder eine Rotorunwucht ist, die die Belastung gerade auf dieses Lager überträgt.

Weitere häufige Fehler sind:

Verwechslung von Vibrationen mit Geräuschen. Geräusch ist die akustische Erscheinungsform von Vibrationen, doch seine Intensität entspricht nicht der Schwere des mechanischen Problems. Ein leiser Kompressor kann kritische Vibrationen auf Frequenzen außerhalb des hörbaren Bereichs aufweisen.
Messung unter ungeeigneten Bedingungen. Vibrationen von umliegenden Maschinen, Stöße aus der Produktion oder eine instabile Stromversorgung verfälschen die gemessenen Daten. Die Messung sollte unter ruhigen Bedingungen ohne äußere Störungen erfolgen, damit die Daten möglichst genau sind.
Überwachung nur eines Parameters. Die Vibrationsamplitude ohne Frequenzanalyse sagt nicht aus, welches Bauteil problematisch ist. Umgekehrt zeigt ein Frequenzspektrum ohne Verfolgung des Amplitudentrends nicht, ob sich der Zustand verschlechtert.
Vernachlässigung von Umgebungs- und Konstruktionseinflüssen. Die Vibrationsdiagnostik deckt nicht nur den inneren Zustand der Maschine auf, sondern auch externe Einflüsse auf die Konstruktion und den Boden, die die Lebensdauer des Kompressors beeinflussen. Eine ungeeignete Aufstellung oder fehlende Dämpfungselemente verursachen Vibrationen auch bei einer ansonsten einwandfrei gewarteten Maschine.
Fehlende Referenzmessung. Ohne ein anfängliches Vibrationsprofil lässt sich nicht beurteilen, ob die gemessenen Werte normal oder alarmierend sind.

Profi-Tipp: Vergleichen Sie Vibrationsdaten immer mit der Lagertemperatur und dem Öldruck. Die Kombination dieser drei Parameter ergibt ein zuverlässigeres Bild vom Zustand des Kompressors als jeder Parameter für sich allein.

Ein Gesamtüberblick über den Zustand der Maschine ist Voraussetzung für eine korrekte Diagnostik. Vibrationen sind eines der Diagnosewerkzeuge, nicht das einzige. Techniker, die die häufigsten Fehler im Betrieb kennen und ihnen aktiv vorbeugen, erzielen eine deutlich geringere Ausfallrate ihrer Kompressoren.

Wichtigste Erkenntnisse

Die regelmäßige Überwachung der Kompressorvibrationen mittels Vibrationsdiagnostik ist die zuverlässigste Methode, um ungeplante Ausfälle zu vermeiden, Reparaturkosten zu senken und die Lebensdauer der Anlage zu verlängern.

Punkt	Details
Vibrationssignaturen der Bauteile	Jedes Bauteil hat ein einzigartiges Vibrationsprofil, dessen Veränderung auf eine konkrete Störung hinweist.
Diagnose ohne Demontage	Die Schwingungsdiagnose deckt Störungen auf, ohne die Produktion zu stoppen, gemäß Industriestandards.
Referenzmessung als Grundlage	Das anfängliche Schwingungsprofil beim Start ist für die korrekte Auswertung aller weiteren Messungen unerlässlich.
Datenverknüpfung für Genauigkeit	Kombinieren Sie Schwingungsdaten mit Lagertemperatur und Öldruck für eine zuverlässige Diagnose.
Wirtschaftliche Rentabilität	Vorbeugende Wartung auf Basis von Schwingungsmessungen senkt die Reparaturkosten und verkürzt die Stillstandszeiten.

Schwingungsdiagnose in der Praxis: was ich über die Jahre bei Kompressoren gelernt habe

Zdeněk teilt hier seine Sichtweise.

In den Jahren der Arbeit mit Industriekompressoren habe ich festgestellt, dass der größte Fehler weder ein schlechter Sensor noch eine schlechte Software ist. Der größte Fehler ist, mit dem Messen aufzuhören, sobald der Kompressor „gut läuft“. Genau dann wird nämlich die Referenzbasis aufgebaut, ohne die alle späteren Messungen nur Zahlen ohne Kontext sind.

Die Schwingungsdiagnose hat mir mehrmals die Produktion gerettet. Ich erinnere mich konkret an einen Fall, bei dem die Frequenzanalyse eine steigende Amplitude bei der Frequenz zeigte, die dem Außenring des Lagers entspricht. Der Kompressor funktionierte normal, das Geräusch war wie immer. Ohne Schwingungsmessung hätten wir das Lager erst bei einer Havarie ausgetauscht, wahrscheinlich mit einer Beschädigung der Welle.

Ich empfehle jedem Unternehmen, die Vibrationsüberwachung als Bestandteil des Standardbetriebsprotokolls einzuführen, nicht als Instrument für Krisensituationen. Systeme zur kontinuierlichen Überwachung mit automatischen Alarmen sind heute auch für mittelständische Unternehmen verfügbar, und ihre Anschaffungskosten sind ein Bruchteil der Kosten eines einzigen ungeplanten Ausfalls.

Moderne Technologien wie drahtlose Beschleunigungssensoren und Cloud-Plattformen zur Datenerfassung senken den Betreuungsaufwand erheblich. Der Techniker muss nicht bei jeder Messung physisch anwesend sein. Die Daten kommen automatisch an, und der Trend wird fortlaufend ausgewertet. Das ist genau der Wandel von der reaktiven zur prädiktiven Instandhaltung, über den in der Branche seit Jahren gesprochen wird, der aber erst jetzt für gewöhnliche Betriebe zugänglich wird.

— Zdeněk

Technische Grundlagen für den korrekten Betrieb des Kompressors

Die Vibrationsdiagnostik ist nur ein Teil der gesamten Pflege des Kompressors. Ebenso wichtig ist die richtige Druckluftverteilung und eine hochwertige Luftaufbereitung vor dem Eintritt in das pneumatische System.

Kompresory-vzduchotechnika bietet ein komplettes Sortiment zur Aufbereitung der Druckluft, einschließlich Filtern, Reglern und Schmierstoffgebern für den korrekten Betrieb pneumatischer Systeme. Für anspruchsvollere Anwendungen stehen Metall-Aufbereitungseinheiten bis 18 bar zur Verfügung. Das Team von Kompresory-vzduchotechnika bietet technische Beratung bei der Auswahl der Ausrüstung sowie bei der Lösung konkreter Betriebsprobleme. Ein richtig ausgelegtes und gewartetes Druckluftsystem reduziert die in die Rohrleitungen übertragenen Vibrationen und verlängert die Lebensdauer der gesamten Installation.

Häufig gestellte Fragen

Was ist die Vibrationsdiagnostik eines Kompressors?

Die Vibrationsdiagnostik ist eine zerlegungsfreie Methode zur Messung und Analyse der Vibrationen eines Kompressors im laufenden Betrieb. Sie ermöglicht die Lokalisierung von Defekten an Bauteilen, wie Lagern oder dem Rotor, ohne die Produktion zu unterbrechen.

Wie oft sollten die Vibrationen eines Kompressors gemessen werden?

Die Messhäufigkeit hängt von der Betriebsintensität und der Kritikalität der Anlage ab. Bei Kompressoren im Dauerbetrieb wird eine kontinuierliche Überwachung empfohlen, bei weniger ausgelasteten Maschinen monatliche oder vierteljährliche Messungen mit Trendvergleich.

Welche Sensoren werden zur Messung von Vibrationen verwendet?

Am häufigsten werden Beschleunigungssensoren eingesetzt, die die Schwingbeschleunigung messen. Für eine präzise Diagnose von Lagern werden sie durch Temperatursensoren ergänzt, in manchen Anwendungen auch durch berührungslose Wellenpositionssonden.

Woran erkennt man, dass die Vibrationen des Kompressors alarmierend sind?

Alarmierend sind Vibrationen, deren Amplitude den Referenzwert aus der Erstmessung oder die in der Norm ISO 10816 definierten Grenzwerte überschreitet. Entscheidend ist der Trend: eine im Laufe der Zeit zunehmende Amplitude ist immer ein Warnsignal.

Kann die Schwingungsdiagnose auch Probleme außerhalb des Kompressors selbst aufdecken?

Ja. Die Schwingungsdiagnose deckt auch Umgebungseinflüsse auf, wie eine ungeeignete Aufstellung des Kompressors oder fehlende Dämpfungsunterlagen, die selbst bei einer ansonsten einwandfrei gewarteten Maschine Vibrationen verursachen.