Maschinenschutz: Installation der Vibrationssonde und Einrichtung der Schleife

Ein Leitfaden für Servicetechniker zu Bently Nevada Näherungssondensystemen – mit Erläuterungen zur Einstellung der Spaltspannung, 4–20 mA Schleifen-Konfiguration und Fehlerdiagnose bei rotierenden Maschinen.

Warum Maschinenschutz ein dediziertes System benötigt

Prozessleitsysteme überwachen Durchfluss und Druck. Sie reagieren auf Prozessstörungen. Maschinenschutzsysteme reagieren auf mechanische Ausfälle, bevor Schäden entstehen. Verstehen Sie zunächst den Unterschied. DCS- und SPS-Plattformen scannen zu langsam für den Maschinenschutz. Sie teilen Stromversorgung und Kommunikation mit nicht-kritischen Systemen. Ein Vibrations-Notstopp muss innerhalb von 50 Millisekunden ausgeführt werden. Nur ein dediziertes System kann diese Geschwindigkeit garantieren.

Bently Nevada 3500 und Woodward 9905 sind die am weitesten verbreiteten Plattformen. Beide akzeptieren Näherungssondeneingänge für radiale Vibration, axiale Schubkraft und Differenzausdehnung. Eine präzise Sondenmontage und Spaltspannungseinstellung sind die Grundlage für zuverlässigen Schutz. Ein Fehler von 0,5 V DC bei der Spaltspannung kann die Messung um 25 Mikrometer verschieben.

Spaltspannung der Näherungssonde

Eine Näherungssonde misst die Wellenverschiebung mittels Wirbelstrominduktion. Die Sonde enthält eine Spule, die mit 2 MHz angesteuert wird. Bei einem leitfähigen Ziel reduzieren Wirbelströme die Spulenimpedanz. Der Sondentreiber wandelt dies in eine DC-Spannung um, die proportional zum Spaltabstand ist.

Stellen Sie den Spalt in der Mitte des linearen Bereichs ein. Bently Nevada 3300 8 mm Sonden haben einen linearen Bereich von 8 mm. Die Nennausgabe bei Nullspalt beträgt -24 V DC. Die optimale Spaltspannung liegt bei -12 V DC, was gleichen Spielraum für Wellenbewegungen in beide Richtungen bietet. Überprüfen Sie immer die Sondennummer vor der Spalteinstellung.

Schritt-für-Schritt Sondenmontage

Schritt 1: Widerstand und Isolierung der Sonde prüfen. Messen Sie den Spulenwiderstand mit einem Vierleitermessgerät. Bently Nevada 3300 8 mm Sonden zeigen bei 20 °C etwa 6,8 Ohm. Messen Sie die Isolationswiderstände mit einem 500 V Megohmmeter. Dieser muss über 50 MΩ liegen.

Schritt 2: Sonde mit korrektem Drehmoment montieren. Verwenden Sie eine Kupferscheibe für elektrische Kontinuität. Zu festes Anziehen kann den Keramikisolator beschädigen. Zu lockeres Anziehen führt zu Lockerung durch Vibration.

Schritt 3: Spaltspannung einstellen. Legen Sie -24 V DC am Proximitor an. Lösen Sie die Kontermutter. Stellen Sie ein, bis der Spalt -12 V DC anzeigt. Ziehen Sie die Kontermutter an, ohne die Sonde zu drehen. Überprüfen Sie die Spannung erneut. Sie darf sich nicht um mehr als 0,05 V verschieben.

Schritt 4: Linearen Bereich überprüfen. Drücken Sie die Welle in 0,25 mm Schritten. Die Spannung sollte linear abnehmen. Der gemessene Skalierungsfaktor muss innerhalb von ±5 % des Zertifikats liegen.

Schritt 5: Verlängerungskabel in separatem Rohr verlegen. Schirmen Sie nur am Proximitor-Ende ab. Eine Erdung an beiden Enden erzeugt Erdschleifen.

Konfiguration des Vibrationssenders

Stellen Sie Alarmgrenzwerte gemäß API 670 ein. Setzen Sie die Warnung auf 50 % des Abschaltwerts. Konfigurieren Sie eine 3-Sekunden-Warnverzögerung und eine 1-Sekunden-Abschaltverzögerung. Skalieren Sie den 4–20 mA Ausgang: 4 mA entsprechen 0 Mikrometer, 20 mA dem Abschaltwert. Programmieren Sie den analogen DCS-Eingang mit derselben Skalierung. Eine Abweichung verursacht einen konstanten Offset-Fehler.

Führen Sie das 4–20 mA Signal über ein verdrilltes, geschirmtes Kabel. Speisen Sie die Schleife mit 24 V DC und mindestens 30 mA pro Sender. Bei Kabellängen über 500 Meter verwenden Sie eine 36 V DC Versorgung, um Spannungsabfall auszugleichen.

Fehlerbehebung bei häufigen Problemen

Spaltspannung außerhalb des Bereichs: Ein Wert außerhalb von -4 V bis -20 V weist auf Sondenkontakt, Sondenverlust oder Kurzschluss hin. Sondenkontakt bedeutet, dass die Welle die Sonde berührt – sofort abschalten. Sondenverlust zeigt -24 V; prüfen Sie die Verlängerungskabelkontinuität.

Störungen am 4–20 mA Signal: Eine 50-Hz-Sinuswelle zeigt Netzfrequenzstörungen – überprüfen Sie die Schirmerdung. Eine Sägezahnwelle bei Frequenz des Frequenzumrichters weist auf elektromagnetische Störungen hin – Kabel umverlegen oder Ferritkerne installieren.

Überprüfung des Abschaltrelais: Injizieren Sie ein Signal mit einem Bently Nevada 130773-1 Generator während der jährlichen Prüfung. Der Abschaltvorgang muss innerhalb von ±5 % des Sollwerts erfolgen. Bei Ausfall prüfen Sie die Spannungsversorgung des Racks. Ersetzen Sie sie, wenn die Spannung unter Last unter 20 V DC fällt.

Fazit und Handlungsempfehlungen

Maschinenschutz spart Millionen an vermiedenen Schäden, aber nur bei korrekter Sondenmontage. Verwenden Sie ein kalibriertes Voltmeter zur Spalteinstellung. Überprüfen Sie den Skalierungsfaktor der Sonde. Verlegen Sie Kabel getrennt von der Stromversorgung. Testen Sie die Abschaltrelais jährlich. Halten Sie für jede kritische Maschine eine Ersatzsonde bereit. Vibrationen geben keine Warnungen – seien Sie beim ersten Mal bereit.