DD209690A1 - Schaltungsanordnung zur analyse von impulsfolgen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Analyse von Impulsfolgen als eine Aufgabenstellung der technischen Diagnose an Bauteilen von Maschinen, insbesondere an Wälzlagern. Die Erfindung löst die Aufgabe, die für bestimmte Schäden charakteristische Impulsfolgefrequenzen einfach und sicher zu ermitteln. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung besteht aus einer Kombination an sich bekannter Baugruppen. Hierzu wird an dem Messobjekt ein Schwingungsaufnehmer (1) befestigt, dessen Ausgang über einen Breitbandverstärker (2) mit dem Eingang einer Frequenzanalysiereinrichtung (4) verbunden ist. Der Ausgang der Frequenzanalysiereinrichtung (4) ist an den Eingang eines Ausgabegerätes (5) geschaltet, wobei zwischen dem Breitbandverstärker (2) und der Frequenzanalysiereinrichtung ein Demodulator (3) eingefügt ist.

Description

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Dr.-Ing. Fritz Jasohinski Dresden, den 08·09·1982

Dr.-Ing· Winfried Zippe

Titel der Erfindung

Schaltungsanordnung zur Analyse von Impulsfolgen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Sohaltungsanordnung zur Analyse von Impulsfolgen als eine Aufgabenstellung der technischen Diagnose an Bauteilen von Maschinen) insbesondere an Wälzlagern*

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Es ist bekannt, daß bei dem überrollen von Sohadsteilen z, B· in der Laufbahn von Wälzkörpern mechanische Stoßimpulse entstehen· Diese Stoßimpulse sind am Lager außen meßbar, wobei das Meßergebnis auf den Grad der Schädigung sohließen läßt* In bekannten Anordnungen wird entweder die Amplitude oder die Amplitudendichte dieser Stoßimpulse als Meßgröße genutzt, so beispielsweise bei dem Stoßimpulsmeßgerät 43 A der schwedischen Firma SPM Instrument AB oder bei der Messung des Kurtosisfaktors, der in der DE-OS 26 10 551 näher erläutert ist· Weiter ist bekannt, daß die Stoßimpulse sich in charakteristischen, von Konstruktionsdaten und Bewegungsfrequenzen der betrachteten Maschine abhängigen zeitlichen Abständen wiederholen.

Diese Stoßimpulsfolgefrequenzen können naoh bekannten Formeln feereohnet werden· So gibt Palmgreen (Palmgreea, A.i Grundlagen der Wälsslagerteohnik, 3* Auflage Stuttgart 1964) für Wälalager bei rotierendem Innenring und feststehenden Außenring folgende Stoßimpulsfrequenzen f_g an:

fte einen Defekt am Außenring

für einen Defekt am Innenring

_ψ β " · f ( 1 + D oos(W)

^fs,i ^β 2 3

für einen Defekt am Wälzkörper

.p d . f ( 1 - 22 cos^X. )

¹S₉W ~ 5 ^Q

Hierbei gilt s « Ansah! der Wälzkörper einer Reihe f s Umlauffrequenz des Innenrings D s Durchmesser der Wälzkörper d β Durohmesser des Wälzkörpermittenkreises οέ s Berührungswinkel .

Die genaue Kenntnis des Amplltudenfrequenzspektrums der Stoßimpulsfolge erlaubt also wesentlich genauere Büoksohlüsse auf Ort und Grad der entstandenen Schädigung als die oben beschriebene einfache Amplitudenmessung»

In der Meßpraxis läßt es sioh nicht vermeiden, daß jeder einzelne Stoßimpuls höherfrequente Besonanzschwingungen im mechanischen Übertragungsweg anregt· Dies betrifft sowohl die Übertragungsstrecke innerhalb des Lagers von der Sohadensstelle , die den Stoß verursacht, bis zum Ankopplungsort des Schwingungsaufnehmer©, als auch den Schwingungsaufnehmer selbst mit inneren Resonanzenj die in seinem mechanischen Aufbau begründet sind. Das empfangene elektrische Signal bildet deshalb den meohanl- söhen Stoßimpuls nicht mehr proportional ab· An dessen Stelle tritt ®in "Wellenpaket" mit relatiT hoher Sohwingungsfrequeng aufj dessen Hüllkurve noch die Parameter des mechanischen StoßTorganges enthält·

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Aufgrund dieser Signalverfälschung gelingt es mittels eines nachgeschalteten Frequenzanalysator praktisch nicht mehr, die interessierenden Stoßimpuls-Folgefrequenzen und deren Harmonische nachzuweisen· Die Frequenzanalyse als ein fundamentales Verfahren zur detaillierten Ursachenforschung an den Stoßsignalen kann damit nioht angewendet werdem·

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, mit einfachen Mitteln vorhandene Meßketten zur Erfassung und Frequenzanalyse mechanischer Schwingungen so zu erweitern, daß die einen Lagerschaden charakterisierenden Stoßimpulsfrequenzen und deren Harmonische über eine Frequenzanalyse gemessen werden können· Die vorgeschlagene Schaltung soll das kennzeichnende Frequenzspektrum auch bei kleinen und bei kombinierten Sohäden darstellen können«

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, den zeitlichen Verlauf des elektrischen Signals einer Stoßimpulsfolge so zu beeinflussen, daß die Impulsfolgefrequenzen bei einer nachfolgenden Frequenzanalyse deutlich hervortreten» Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe duroh eine Schaltungsanordnung zur Analyse von Impulsfolgen gelöst, die aus einem an einem Meßobjekt befestigten Aufnehmer besteht, dessen Ausgang über einen Breitbandverstärker mit dem Eingang einer Analysiereinrichtung verbunden ist, an die nachfolgend ein Ausgabegerät angeschaltet ist, wobei zwischen Breitbandverstärker und Analysiereinrichtung zusätzlich ein Demodulator eingefügt ist· In einer zweckmäßigen Ausgestaltung kann zusätzlich zwischen den Breitbandverstärker und den Demodulator ein Hoohpaßfilter gesohaltet werden, dessen Grenzfrequenz mindestens höher gewählt werden sollte , als die zu analysierende Impulsfrequenz· In der Praxis ist es zweckmäßig, die Grenzfrequenz so einzustellen, daß sie nooh höher liegt als die wesentlichen Harmo-

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nisohen der Impulsfrequenz· Das Hockpaßfilter kann auoh als untrennbarer Bestandteil des Breitbandverstärkers ausgeführt sein»

Eine geeignete, aber nicht in jedem Fall erforderliche Erweiterung der geschilderten Anordnung entsteht duroh das Einfügen eines Tiefpasses zwischen Demodulator und Frequenzanalysier einrichtung ,Die Grenzfrequenz dieses Tiefpasses sollte höher liegen als die höchste zu messende Harmonische der Impulsfolgefrequenz*

In einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist vorgesehen, den Demodulator als Analog-Digital-Wandler auszugestalten, wobei in dessen Ausgangssignal das Vorzeichenbit weggelassen ist oder dessen Ausgangssignal bei einem der beiden logischen Zustand© des Vorzeiohenbits auf Null gesetzt wird·

Ausfüfarungsbeispiei

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben werden· Hierzu zeigt Fig#1 einen an der Lagerschale eines Wälzlagers befestigten Schwingungsaufnehmer 1, dessen elektrisches Ausgangssignal zunächst einem Breitbandverstärker 2 zugeführt und dort für die Weitere Signalverarbeitung geeignet aufbereitet wird· Ein naohgeschaltetes Hochpaßfilter 6 trennt mit dem eigentlichen Stoßvorgang, der im Innern des Wälzlagers entsteht, nicht zusammenhängende sonstigen Maschinenschwingungen ab, die wegen der großen bewegten Massen relativ tieffrequent sind· Hieran schließt ein Demodulator 3 an, dessen wichtigste technische Eigenschaft in bekannter Weise die nichtlineare Amplitudenkennlinie darstellt» Derartige Nichtlinearitäten werden üblicherweise vor Frequenzanalysiereinrichtungen streng vermieden, da sie zu Verfälschungen der Frequenzzusammensetzung des durchlaufenden Signals führen* Im vorliegenden Fall kommt aber gerade dadurch der gewünschte Meßeffekt zustande» Das nachfolgende Tiefpaßfilter 7 schafft günstige Voraussetzungen für die anschließende Frequenzanalyse ₉ indem die unwesentlichen höherfrequenten Anteile im M^3 signal unterdrückt werden und damit die für den Meßeffekt wesentlichen Signalanteile am Eingang der nachgeschalteten Frequenzanalysiereinrichtung 4 in voller Amplitude verfügbar sind. Das Ausgabegerät 5 am Ende der

Meßkette kann ein übliches Registriergerät (ζ·Β· Drucker, Schreiber, Sichtgerät) sein; vorteilhafterweise läßt sich aber auch ein Gerät zur Selektion spezieller Magnosekennwerte aus dem Amplitudenfrequenzspektrum der Analysiereinriohtung 4 einsetzen· Diese Diagnosekennwerte erlauben einen

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unmittelbaren Vergleich mit zulässigen Normalwerten· Fig· 2 zeigt zur näheren Erläuterung der Meßkette einzelne Zeitfunktionen des Meßsignals U· Der Index gibt jeweils die Nummer derjenigen Funktionseinheit nach FIg· 1 an, an deren Ausgang das dargestellte Signal beobachtet werden kann· Mit A(f) ist das Amplitudenfrequenzspektrum am Ausgang der Frequenzanalysiereinriohtung 4 bezeichnet· T₈ ist die Perlodendauer der Stoßimpuls-Folgefrequenz f_.

Claims (4)

Z 433Z4 Z . Erfindungsanspruoh

1. Schaltungsanordnung but Analyse τοπ Impulsfolgen, bestehend aus einem an einem Meßobjekt befestigten Sohwingungsaufnehmehr (1), dessen Ausgang über einen Breitbandverstärker (2) mit dem Eingang einer Frequenzanalysiereinriohtung (4) verbunden ist, deren Ausgang an den Eingang eines Ausgabegerätes (5) geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Breitbandverstärker (2) und der Frequenzanalysiereinrichtung (4) ein Demodulator (3) eingefügt ist·

2« Schaltungsanordnung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Breitbandverstärker (2) und Demodulator (3) ein Hochpaßfilter(6) geschaltet ist, dessen Grenzfrequenz oberhalb der zu analysierenden Impulsfolgefrequenz liegt.

3· Schaltungsanordnung nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen Demodulator (3) und Frequensanalysiereinrichtung (4) ein Tiefpaßfilter (7) eingefügt ist·

4· Schaltungsanordnung nach Punkt 1 bis 3» daduroh gekennzeichnet, daß der Demodulator (3) als Analog-Digital-Wandler ausgeführt ist, in dessen Ausgangssignal das Vorzeichenbit weggelassen ist oder dessen Ausgangssignal bei einem der logischen Zustände des·Vorzeiohenbits auf Null gesetzt ist·

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen