Beitrag 15

Häufige Schäden an rotierenden Maschinen auf Schiffen

Jörg Dethloff
DDC Rostock

  1. Motor Querstrahlruder
  2. Wellengenerator auf einem Fährschiff
  3. Klimalüfter auf einem Kreuzfahrtschiff
  4. Lärmursachen in Passagierkabinen
  5. Resonanzen an drehzahlstabilen Antrieben
  6. Zusammenfassung


Bei der Konstruktion und dem Bau von Schiffen werden sehr hohe Anstrengungen unternommen, die Hauptmaschinenanlage und dem dazugehörigen Antriebsstrang schwingungstechnisch "ruhig" zu gestalten. Leider ist zu erkennen, dass viele Nebenaggregate nicht mit dieser Sorgfalt eingebaut werden.

Mit der Maschinendiagnose verbinden die meisten Techniker die Lagerdiagnose. Sicherlich ist die rechtzeitige Erkennung von Lagerschäden eine wichtige Sache. Hierzu vielleicht einige Beispiele:


1. Motor Querstrahlruder

Auf einem Kreuzfahrtschiff wurden beim Auslaufen des Bugstrahlruders Geräusche wahrgenommen. Unsicherheit bestand darin, wer der Verursacher dafür ist. Mit einer einfachen Schwingungsmessung (Dauer ca. 15 Minuten) konnte ein Lagerschaden am Motor identifiziert werden.

Bild 1.1 Messpunkte am Bugstrahlruder


Bild 1.2 Übersichtsgrafik zu den Messstellen am Bugstrahlruder


Bild 1.3 Schwingungsspektrum am Motor mit den Schadensfrequenzen des Außenringes des Lagers

Bild 1.4 Stillstandsmarken am Außenring des LagersBild 1.5 Defekte Wälzkörper

Dieses Lager konnte bei einer geplanten Werftliegezeit gewechselt werden. Auf eine Revision des Getriebes wurde verzichtet.


2. Wellengenerator auf einem Fährschiff

An einem Wellengenerator wurde vermutet, dass ein Lagerschaden vorliegt. Die Schwingungsmessungen bestätigten den Verdacht.
Die Demontage des Lagers brachte ein weiteres Problem hervor. Die Maschine wurde vermutlich mit einem Hochdruckreiniger gesäubert. Das dadurch in das Lager eingetretene Wasser führte zur Unbrauchbarkeit des Schmiermittels.


Bild 2.1 Übersichtsgrafik zu den Messstellen am Wellengenerator


Bild 2.2: Trendverlauf der wälzlagerrelevanten Schwingungen am Wellengenerator vom 9.3 2001 bis 23.7.2002


Bild 2.3: Vergleich der Schwingungsspektren am Wellengenerator 1 vom 9.3 2001 bis 23.7.2002


Bild 2.4 Schwingungsspektrum an einem Wellengenerator mit den Schadensfrequenzen des Außenringes 6338

Bild 2.5 Außenring des Lagers 6338Bild 2.6 Wälzkörper des Lagers


3. Klimalüfter auf einem Kreuzfahrtschiff

Ein Klimalüfter verursachte im Passagierbereich erhöhte Lärmbelastungen. Da zuvor die Lager gewechselt wurden, sollte nun der Lüfter ausgewuchtet werden.
Eine Schwingungsmessung zeigte aber, dass die Geräusche aus einem Lagerschaden herrührten. Ein sofortiger Lagerwechsel erbrachte die gewünschte Geräuschreduzierung.

Bild 3.1 Klimalüfter auf einem Kreuzfahrtschiff


Bild 3.2 Schwingungsspektrum an der Lagerwelle mit den Schadensfrequenzen des Außenringes SKF 2308


Bild 3.3 Vergleich der Schwingungsspektren vor und nach dem Lagerwechsel

Bild 3.4 Lagerschaden infolge Montagefehler


4. Lärmursachen in Passagierkabinen

Die Erkennung von Lagerschäden machen meistens nur 10-20% des Arbeitaufwandes bei der Maschinendiagnose aus. Viel wichtiger ist die Erkennung von unzulässigen Unwuchten und Ausrichtungsfehlern. Diese zusätzlichen Lagerkräfte können die Lagerlebensdauer erheblich reduzieren. 20 % zusätzliche Lagerlast verringern die Lagerlebensdauer auf etwa die Hälfte.

Viele moderne Antriebe sind heute frequenzgeregelt. Das heißt, die Maschinen laufen in einem weiten Drehzahlbereich. Hierbei besteht die Gefahr, dass die Maschinendrehzahl mit einem Resonanzgebiet zusammenfällt. Ist das der Fall, sind durch die starken Schwingungen Rissbildungen im Fundament die Folge.
Auch werden diese Schwingungen bis in die umliegenden Kabinen übertragen. Eine unnötige Lärmbelästigung und ggf. Reklamationen sind die Folge.
Um dies zu vermeiden sind Bandsperren in der Frequenzregelung vorzusehen.


Bild 4.1 Schallspektrum in einer Passagierkabine


Bild 4.2 Schwingungsspektrum am Fußboden der Kabine 7158


Bild 4.3 Schwingungsspektrum am Klimalüfter

Bild 4.4 Klimalüfter auf einem KreuzfahrtschiffBild 4.5 Risse im Motorrahmen


5. Resonanzen an drehzahlstabilen Antrieben

In welchem Frequenzbereich Resonanzen auftreten und wie stark die Resonanzüberhöhungen ausgeprägt sind, hängt sehr von den konkreten Einbauverhältnissen der Maschine ab. So weisen scheinbar gleiche Maschinen infolge kleinster Unterschiede im Fundament oft erhebliche Unterschiede im Schwingungsverhalten auf. Da jede Maschinenstruktur Resonanz- und Anti-resonanzgebiete aufweist, ist es wichtig, ob die Vielfachen der Maschinendrehzahl mit Resonanzgebieten zusammentreffen oder nicht. Im Vorliegenden Beispiel fällt die Motordrehzahl (ca. 1200 U/min) am Bugstrahlruder mit einem Resonanzgebiet zusammen. Das Heckstahlruder hat fast die gleichen schwingungstechnischen Eigenschaften, wie das Bugstrahlruder. Da aber die Drehzahl ca. 1800 U/min beträgt, spielt das Resonanzgebiet beim Betrieb keine Rolle.
Derartige Untersuchungen lassen sich schon in der Bauphase des Schiffes durchführen. Sie ersparen unter Umständen aufwendige Korrekturmaßnahmen während des Schiffsbetriebes.

Bild 5.1 Übertragungsfunktion an einem Heckstrahlruder mit einer Resonanz im Bereich der Maschinendrehzahl

Bild 5.2 Übertragungsfunktion an einem Heckstrahlruder mit einer Resonanz im großen Abstand zur Maschinendrehzahl

Bild 5.3 "Unglückliche" Schwingungsdämpfung an einem Bugstrahlrudermotor


6. Zusammenfassung

Mit relativ einfachen Mitteln lässt sich in kurzer Zeit überprüfen, ob Lagerschäden in einer Maschine vorhanden sind. Resonanzüberlagerungen der Maschinendrehzahl, Unwuchten und Ausrichtungsfehler sind aus Erfahrung die häufigsten Ursachen für frühzeitige Maschinenausfälle. Gerade bei Schiffsneubauten sollte überprüft werden, ob die wichtigen Maschinen nicht in kritischen Drehzahlbereichen betrieben werden. Solange das Schiff noch auf der Werft ist, lassen sich Korrekturen noch "preiswert" durchführen.