Hülkurvenspektrum
1.1. Zusammenhang Zeitsignal - Frequenzsignal
Mit allen Condition Monitoring Sensoren von Balluff können Zeitbereichauswertungen wie RMS, Peak, Magnitude, Kurtosis... ausgewertet werden.
Folgende Darstellung zeigt ein Schwingungssignal mit 1Hz Schwingfrequenz und einer Amplitude von 3.
Wenn aus der Zeitbereichauswertung durch die FFT ein Spektrum (Frequenzsignalauswertung) gebildet wird, sieht das Signal wie unten aus.
Und hier liegt der Unterschied zwischen den BCM Varianten. Die Spektrumsauswertung kann nur der BCM0003.
Hir liegt ein Darstellungsfehler vor. Die Amplitude sollte auch 3 betragen.
Hier nochmal zusmmengefasst in einer Darstellung:
1.2. Spektrum einer Schwingung
Im letzten Kapitel wurde der Zusammenhang zwischen einem Zeitsignal und einem daurauf folgenden Frequenzsignal anhand eines Signal dargestellt.
Jedoch ist es in der Praxis weitaus komplexer und das Zeitsignal hat bereits einen Anteil von ganz vielen Signalen (rotes Signal in der Darstellung).
Die im roten Signal beinhalteten Frequenzen sind mit den unterschiedlichen Anteilen in blau, lila und grün dargestellt.
Ein Zusammenhang ergibt sich wenn auf der rechten Seite die "Frequenz Domain" angeschaut wird.
Die Amplitudengröße der Frequnenzen, sowie deren einzelen Frequenz sind gut zu erkennen, was im Zeitbereich etwas schwierig ist. Zudem ist super zu erkennen wie viele unterschiedliche Frequenzen in einem Signal binhaltet sind.
Es wird ein Beispiel mit zwei Frequenzsignalen betrachtet. Diese beiden Frequenzen kann man im Zeitsignal auch gut erkennen (nächstes Bild).
Es wurden diese Frequenzen zur Veanschaulichung und Vereinfachung genommen.
- Signal = 1Hz und eine Amplitude von 3
- Signal = 16Hz und eine Amplitude von 1
Die Amplituden und ihre Höhen sind ganz gut zu erkennen. Die einzelnen Frequenzen können aus der Zeitbereichsdarstellung nicht gut entnommen werden.
Wird jetzt nicht mehr das Zeit- sondern das Frequenzsignal betrachtet, erkennt man sehr gut die einzelnen Frequenzen mit den Amplituden der Signale.
Hier nochmal zusmmengefasst in einer Darstellung:
2. Warum braucht man das Hüllkurvenspektrum?
Durch das Hüllkurvenspektrum werden weitere Frequenzen "sichtbar gemacht", die bei einer reinen FFT nicht zu erkennen sind. Um die weiteren Freqeunzen analysieren zu können wird bei der Hüllkurvenanalyse die Hüllkurve um das Zeitsignal gelegt und erst anschließend die Fourier Transformation durgeführt.
Wenn bei einer Welle eine Unwucht oder auch Resonanzschwingungen des ganzen Systems auf der zu analysierenden Schwingung liegen, hat die Hüllkurvenanalyse darin Ihren Vorteil, diese "auszublenden". Deshalb findet Sie guten Gebrauch in der Überwachung von Wälzlagern.
2.1. Lager-/ Zahnscheibenschaden erkennen
Diese Stoßimpluse und somit deren Frequenz sind abhängig von der Drehfrequenz des Lagers. Demzufolge verändert sich die Freqeunz der Stoßimpulse bei Veränderung der Drehfrequenz des Lagers.
3.1. Hochpassfilter und mathematische Operationen
Das Zeitsignal, welches auch weitere Maschinengeräusche, unwuchten und Störsignale beninahlten kann, muss zu allererst gefiltert (Hochpassfilter oder Bandpassfilter) und durch mathematische Operationen aufbereitet werden.
Das Bild zeeigt das Signal vor dem Filtervorgang.
Anschließend erhält man ein Signal, dass das "Takten des Lagerschadens" aufzeigt. Durch den Filter wurde die Resonanzfrequenz nicht ausgewertet. Dieses Beispiel zeigt einen Schaden im Außnring des Wälzlagers.
3.2. Gleichrichtung des Rohsignals und Bildung der Hüllkurve
Das erhaltene Signal des Lagers muss nun gleichgerichtet werden um eine angemessene Hüllkurve aus diesem Signal zu erhalten.
Die Grafik zeigt ein gleichgerichtetes Signal mit einer Hüllkurve umliegend.
3.3. FFT der Hüllkurve
Bei einer FFT einer modulierten Schwingung wird lediglich die Trägerfreqeunz und deren Seitenbänder im Abstand der Modulationsfreqeunz angezeigt. So in der nächsten Grafik zu sehen.
Wenn die FFT beim Hüllkurvensignal angewendet wird, sieht man in der nächsten Grafik keine Trägerfreqeunz. Es wird lediglich die Modulationsfrequenz der Hüllkurve direkt ermittelt. So wird die Frequenz der Stoßimpulse bei einer Hüllkurvenanalyse ermittelt.
4.1. Generelle Einstellungen
In den Hüllkurven-Konfigrutionen können für die Hüllkurvenanalyse folgende Einstellungen vorgenommen werden.
Die Datenpunkte eines Spektrums sind konstant bei 1714 Datenpunkte pro Spektrum.
Im unteren Bild sieht man die Verwendung eines Filters. Dieser wurde bereits in vorherigen Kapiteln angesprochen. Da ein Hochpassfilter bei der Hüllkurvenanalyse am meisten Sinn macht, kann die untere Bandgrenze auf minimal 1000Hz eingestellt werden.
Bei der Auswahl des Spektrumbereichs kommt es auf die Spektrumsauflösung an, welche man erreichen möchte. Zudem kommt es auf die Geschwindigkeit an (Siehe Tabelle oben).
Mit der Mittlung können mehrere Spektren zusammen gemittelt werden um Ausschläge oder einmal vorkommende Ereignise zu unterdrücken. Im unten gezeigten Bild sind es 8 Spektren die gemittelt werden.
Durch die Mittlung von 8 in diesem Beispiel wird dementsprechend die Erfassungszeit erhöht. Dadurch das 8 Spektren gemittelt werden, wird die Erfassungszeit der oben gezeigten Tabelle von 286ms bei 6000Hz Spektrumsbereich mal 8 genommen.
Die Spektrumsauflösung bleibt gleich.
In den Bandmoduseinstellungen wird zwischen zwei Einstellungen unterschieden.
Mehr dazu in den nächsten Kapiteln.
4.2. Multiplikatoren für die Drehgeschwindigkeit
Multiplikatoren für die Drehgeschwindigkeit sind dafür zu verwenden, wenn die Drehfrequenz der zu überwachenden Achse (Lager) sich verändert.
Durch den Faktor passen sich die Bandgrenzen immer an die aktuell anstehende Drehzahl an.
Die Berechnung hierzu ist Faktro x Drehfrequenz = Schadfrequnezbereich.
Die Faktoren werden von den Lagerherstellern ermittelt und sind dort zu erhalten.
Die Drehzahl muss über einen der drei Wege dem Sensor bereit gestellt werden.
- Pin 2 Eingang durch ein Taktsignal eines externen Sensors
- Prozessdaten Ausgang
- Statische Eingabe der Parameterdaten
4.3. Absolute Bandgrenzen
Die absoluten Bandgrenzen können verwenet werden, wenn die Schadfrequenz bekannt ist. So zum Beispiel bei Eletromotoren bei denen die Freqeunz der Netzspannung bei 50Hz (60Hz USA) liegt und sich somit nicht verändert.
