Fallstudie: Wie synchrone Mittelung einen Ritzelausfall in einem Langsamganggetriebe aufdeckte

In einem großen Papierindustriewerk produzierte ein Langsamganggetriebe mit einem 23-zähnigen Ritzel, das ein 132-zähniges Tellerrad antrieb, Eisenpartikel im Schmieröl. Der Wartungsleiter musste die Kontaminationsquelle identifizieren, bevor die Maschine einen katastrophalen Ausfall erlitt.

Getriebeübersicht

Das Getriebe verfügte über ein 23-zähniges Ritzel auf der Eingangswelle, ein 132-zähniges Tellerrad und ein zweites identisches Tellerrad. Diese waren auf zwei 24-Zoll-Stahlwalzen montiert. Die abgehenden Tellerräder drehten sich mit 52 U/min, während das Ritzel mit 302 U/min rotierte (siehe Abbildung 1).

Abbildung 1. Getriebeübersetzungsverhältnisse

Erste Untersuchung

Die Ölanalyse zeigte Eisenpartikel, doch Vibrationsspektren, die in der Nähe der Lager aufgenommen wurden, wiesen keine Lagertöne auf. Der Verdacht fiel auf die Zahnräder selbst, was eine tiefere Analyse zur Isolierung defekter Komponenten veranlasste.

Synchrone Mittelung: Das Diagnosewerkzeug

Synchrone Mittelung ist zwar seit langem bekannt, wird aber in der industriellen Diagnostik selten eingesetzt. Durch die Synchronisation der Vibrationserfassung mit der Zahnraddrehung mittels eines tachometerbasierten Triggers isoliert man die Vibrationssignatur eines einzelnen Zahnrads und unterdrückt Signale anderer Maschinenelemente.

Wichtige Einstellungen umfassten eine Aufzeichnungslänge, die etwas länger als eine Zahnradumdauerung war, und eine große Anzahl von Mittelungen (in diesem Fall 90) für Klarheit (siehe Abbildung 3).

Abbildung 3. Mittelungseinstellungen

Ergebnisse

Während beide Tellerräder saubere, fehlerfreie Wellenformen zeigten, offenbarte das gemittelte Signal des Ritzels einen ausgeprägten, rauschenden Bereich, in dem die Verzahnung mit dem Tellerrad unregelmäßig war (siehe Abbildung 4).

Abbildung 4. Ritzeldefekt durch Mittelung aufgedeckt

Physische Inspektion

Trotz der Skepsis des Wartungschefs – angesichts der 20-jährigen Betriebsgeschichte des Getriebes – wurde eine Zugangsplatte entfernt. Die Inspektion zeigte einen stark verschlissenen Passfedernut am Ritzelwellen, der es dem Zahnrad erlaubte, sich um etwa einen halben Zahn zu verschieben. Sichtbares Spiel und Abplatzungen an der Ritzelbohrung bestätigten die mechanische Ursache der Kontamination (siehe Abbildungen 5–7).

Abbildung 5. Abplatzungen an der Ritzelbohrung

Abbildung 6. Abriebverschleiß an den Zahnradzähnen

Abbildung 7. Nahaufnahme der beschädigten Zahnkante

Lösung

Der Getriebehersteller bestätigte, dass der Presssitz zwischen Ritzel und Welle zu locker war, ein Zustand, der sich bei der Montage entwickeln kann. Ritzel und Welle wurden sofort ausgetauscht, um einen katastrophalen Ausfall zu verhindern. Der erfolgreiche Eingriff bestätigte den Wert der Schwingungsüberwachung im Werk.

Wesentliche Erkenntnisse

• Synchrone Mittelung ist eine leistungsstarke, aber unterschätzte Technik zur Isolierung zahnradspezifischer Vibrationssignaturen.
• Auch langjährig betriebene Anlagen können latente Defekte bergen, die durch gezielte Analyse sichtbar werden.
• Schnelle Diagnose und Korrekturmaßnahmen können erhebliche Ausfallzeiten und Reparaturkosten einsparen.

Über Azima DLI

Azima DLI ist führend in der prädiktiven Maschinenzustandsüberwachung und -analyse und liefert zuverlässige, skalierbare und kosteneffiziente Wartungsprogramme. Weitere Informationen unter www.azimadli.com.