Mit Ultraschall das hören, was man misst

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Technische Nutzung des Ultraschalls

Da Ultraschall für das menschliche Ohr nicht hörbar ist, wird eine Signalverarbeitung benötigt, um das Nichthörbare hörbar zu machen. Das wird durch die sogenannte Überlagerung erreicht. Ein weiterer Vorteil: Systeme wie Ultraschall oder auch die Thermografie bieten eine augenblickliche Datenreaktionszeit. Grundsätzlich kann Ultraschall in drei Arten genutzt werden: erstens zur direkten Überwachung eines Bereichs, um schwer aufspürbare Probleme zu entdecken, zweitens für eine Routine zur Datensammlung von dB-Werten und drittens für eine Routine zur Datensammlung von dB-Werten und Zeitsignalen.

Folgende Beispiele machen die unterschiedlichen Ansätze klar. Die Nutzung von Ultraschall zur direkten Überwachung: Es gibt viele Bereiche, in denen die Fehler selbst zu orten sind und deshalb das Sammeln von dB-Werten wenig oder keinen Sinn macht. Das gilt beispielsweise für Druckluftleckagen, Dampfleckagen, Vakuumleckagen, die Inspektion von Wärmetauschern, Dichtheitstests, Koronaentladung, Kriechströme und Lichtbögen (auch in Kategorie 3), das Testen von Kondensatableitern (auch in Kategorie 3) und die grundsätzliche Identifikation von Defekten an rotierenden Teilen.

Das Beobachten der Entwicklung der Dezibel(dB)-Werte: Das ist der klassische Anwendungsbereich für Lager. Er ist besonders wichtig, wenn mit der Ultraschallüberwachung eine Schmierungsstrategie verbunden ist. Allerdings kommt es hier immer wieder zu Missverständnissen. Zu dem Zeitpunkt, als dieser Fachbericht erstellt wurde, gab es beispielsweise eine Lehrpräsentation im Internet mit der Aussage, dass eine Erhöhung um 12 dB von 60 auf 72 dB ein Anstieg von 20 Prozent sei. Richtig wäre aber, dass es sich um eine Erhöhung um den Faktor vier handelt.

Das Speichern und Vergleichen der dB-Werte und der Zeitsignale: Dies ist eine Annäherung an eine Datensammlung, wie bei der Vibrationsüberwachung. Die Differenz ist der Anwendungsbereich: Orten von Koronaentladung, Lichtbögen und Kriechströmen, Testen von Dampfklappen, Überwachung des Zustands eines Lagers, Analyse des Schaltgetriebes oder die vorbeugende Analyse von Rotationsdefekten.

Vorteile gegenüber anderen Systemen

Wenn mit Vibration beispielsweise eine Kupplung überprüft wird, müssen Vibrationsmessungen an beiden Seiten durchgeführt werden – sowohl radial als auch axial. Anschliessend lässt sich über einen angeschlossenen Computer das Problem suchen. Falsch ausgerichtete Kupplungen erzeugen Hitze. Diese Hitze entsteht durch Reibung. Um diese mithilfe von Thermografie sichtbar zu machen, muss man die Kupplung sehen können – das ist in den meisten Fällen aber nicht leicht. Mit einem Ultraschallsystem kann man Reibung hören, also beispielsweise auch die falsch ausgerichtete Kupplung. Alles, was zu tun ist: Den Ultraschallsensor so positionieren, dass ein guter «Luftweg» zur Kupplung besteht – ein flexibler Sensor ist dabei sehr hilfreich. Es sind keine Routen, keine Trends und keine Analysen notwendig, die Reibung kann man hören – die Kompression der Spindel, die periodisch durch die falsche Ausrichtung erzeugt wird.

Ein anderes Beispiel ist ein weicher Sockel. Den kann man natürlich mit Vibrationsanalysen ebenfalls finden. Das bedeutet aber relativ viel Aufwand. Mit Ultraschall lässt sich hingegen direkt am Motor oder am Schaltgetriebe das Klappern vernehmen – das Anschlagen oben und unten bei Bewegung –, das periodisch hervorgerufen wird, wenn sich etwas gelöst hat.

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