DD209690B5 - Messeinrichtung zur Analyse von Impulsfolgefrequenzen von Maschinen - Google Patents

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung zur Analyse von Impulsfolgefrequenzen von Maschinen nach dem Oberbegriff des

Die genaue Kenntnis des Amplitudenfrequenzspektrums der Stoßimpulsfolge erlaubt also wesentlich genauere Rückschlüsse auf Ort und Grad der entstandenen Schädigung als die oben beschriebene einfache Amplitudenmessung. In der Meßpraxis läßt es sich nicht vermeiden, daß jeder einzelne Stoßimpuls höherfrequente Resonanzschwingungen im mechanischen Übertragungsweg anregt Dies betrifft sowohl die Übertragungsstrecke innerhalb des Lagers von der Schadensstelle, die den Stoß verursacht, bis zum Ankopplungsort des Schwingungsaufnehmers, als auch den Schwingungsaufnehmer selbst mit inneren Resonanzen, die in seinem mechanischen Aufbau begründet sind. Das empfangene elektrische Signal bildet deshalb den mechanischen Stoßimpuls nicht mehr proportional ab. An dessen Stelle tritt ein „Wellenpaket" mit relativ hoher Schwingungsfrequenz auf, dessen Hüllkurve noch die Parameter des mechanischen Stoßvorganges enthält. Aufgrund dieser Signalverfälschung gelingt es mittels eines nachgeschalteten Frequenzanalysators praktisch nicht mehr, die interessierenden Stoßimpuls-Folgefrequenzen und deren Harmonische nachzuweisen. Aus der CH 512 737 ist eine Schwingungsmeß- und Überwachungseinrichtung bekannt, bei der ein Schwingungsaufnehmer ein elektrisches Signal abgibt, dessen Frequenz bzw. Amplitude ausgewertet wird. Hierbei wird das Signal über eine Filteranordnung geführt, wobei das elektrische Signal in mehrere sich nicht überlappende Frequenzbänder aufgeteilt und diese separat einer Anzeigeeinrichtung zugeführt werden. Diese Einrichtung besitzt einen relativ aufwendigen Schaltungsaufbau, mit dem das zu messende Signal in unterschiedliche Frequenzbänder aufgeteilt wird, um verschiedene Schwingungsquellen voneinander zu unterscheiden und unabhängig voneinander zu überwachen. Hierbei sind jedoch in den unterschiedlichen Frequenzsignalen vorhandene Störfrequenzen nicht von den ursächlich zu messenden Frequenzen zu unterscheiden, so daß die an den einzelnen Ausgängen anliegenden, unterschiedlichen Frequenzsignale sowohl Informationsinhalte über die tatsächlich zu messenden Größen als auch über Störgrößen enthalten.

Aus A. Haug, Elektronisches Messen mechanischer Größen, Carl Hanser Verlag München 1969, Seite 94/95, ist es allgemein bekannt, Meßgleichrichter zur Demodulation von Signalen einzusetzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßeinrichtung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, mit der in einfacher Weise die einen Lagerschaden charakterisierenden Stoßimpulsfolgefrequenzen im wesentlichen fehlerfrei analysiert werden können. Insbesondere soll mit einfachen Mitteln eine bekannte Meßkette zur Erfassung und Frequenzanalyse mechanischer Schwingungen so erweitert werden, daß die einen Lagerschaden charakterisierenden Stoßimpulsfolgefrequenzen und deren Harmonische über eine Frequenzanalyse gemessen werden können, wobei auch das kennzeichnende Frequenzspektrum bei kleinen und bei kombinierten Schäden darstellbar ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Meßeinrichtung mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Dadurch, daß zwischen dem Breitbandverstärker und der Frequenzanalysiereinrichtung ein Demodulator eingefügt ist, ist es vorteilhaft möglich, den zeitlichen Verlauf des elektrischen Signals einer Stoßimpulsfolge so zu beeinflussen, daß die Impulsfolgefrequenzen bei einer nachfolgenden Frequenzanalyse deutlich hervortreten. Insgesamt ist somit eine Meßeinrichtung geschaffen, mit der die nichtlineare Amplitudenkennlinie mechanischer Stoßimpulse ausgewertet werden kann. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß durch die erfindungsgemäße Auswertung der nichtlinearen Amplitudenkennlinie die tatsächlichen von einer Schädigung des Wälzlagers herrührenden mechanischen Stoßimpulse von Resonanzschwingungen im mechanischen Übertragungsweg der Stoßimpulse im Bauteil bzw. im Schwingungsaufnehmer unterschieden werden können.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß zusätzlich zwischen dem Breitbandverstärker und dem Demodulator ein Hochpaßfilter geschaltet ist, dessen Grenzfrequenz mindestens höher gewählt werden sollte als die zu analysierende Impulsfrequenz. Es ist insbesondere vorteilhaft, die Grenzfrequenz so einzustellen, daß sie noch höher liegt als die wesentlichen Harmonischen der Impulsfrequenz. Der Hochpaßfilter kann in vorteilhafterweise auch als untrennbarer Bestandteil des Breitbandverstärkers ausgeführt sein.

Ferner ist eine Meßeinrichtung bevorzugt, bei der ein Tiefpaß zwischen dem Demodulator und der Frequenzanalysiereinrichtung eingefügt ist. Die Grenzfrequenz dieses Tiefpasses sollte hierbei höher liegen als die höchste zu messende Harmonische der Impulsfolgefrequenz.

Darüber hinaus ist gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung vorgesehen, den Demodulator als Analog-Digital-Wandler auszugestalten, wobei in dessen Ausgangssignal das Vorzeichenbit weggelassen ist oder dessen Ausgangssignal bei einem der beiden logischen Zustände des Vorzeichenbits auf Null gesetzt wird.

Ausführungsbeispiel

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 nachgeschaltetes 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, indem die unwesentlichen höherfrequenten Anteile im Meßsignal 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 (z. B. Drucker, Schreiber, Sichtgerät) sein; vorteilhafterweise läßt sich aber auch ein Gerät zur Selektion spezieller Diagnosekennwerte aus dem Amplitudenfrequenzspektrum der Analysiereinrichtung 4 einsetzen. Diese Diagnosekennwerte erlauben einen 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 Frequenzanalysiereinrichtung 4 bezeichnet. T_s ist die Periodendauer der Stoßimpuls-Folgefrequenz f_s.

Claims (4)

1. Meßeinrichtung zur Analyse von Impulsfolgefrequenzen von Maschinen, insbesondere an Wälzlagern, bestehend aus einem an dem Meßobjekt befestigten Schwingungsaufnehmer, dessen Ausgang über einen Breitbandverstärker mit dem Eingang einer Frequenzanalysiereinrichtung verbunden ist, deren Ausgang an den Eingang eines Ausgabegerätes geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Breitbandverstärker (2) und der Frequenzanalysiereinrichtung (4) ein Demodulator (3) eingefügt ist.

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Breitbandverstärker (2) und dem Demodulator (3) ein Hochpaßfilter (6) geschaltet ist, dessen Grenzfrequenz oberhalb der zu analysierenden Pulsfolgefrequenz liegt.

3. Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Demodulator (3) und der Frequenzanalysiereinrichtung (4) ein Tiefpaßfilter (7) eingefügt ist.

4. Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch 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 Vorzeichenbits auf Null gesetzt wird.

Anspruchs 1.

Es ist bekannt, daß bei dem Überrollen von Schadstellen, zum Beispiel in der Laufbahn von Wälzkörpern, mechanische Stoßimpulse entstehen. Diese Stoßimpulse sind am Lager außen meßbar, wobei das Meßergebnis auf den Grad der Schädigung schließen läßt. Bei bekannten Anordnungen wird entweder die Amplitude oder die Amplitudendichte dieser Stoßimpulse als Meßgröße genutzt (Stoßimpulsmeßgerät 43 A, Firma SPM Instrument AB).

Weiterhin ist bekannt, daß die Stoßimpulse sich in charakteristischen, von Konstruktionsdaten und Bewegungsfrequenzen der betrachteten Maschine abhängigen zeitlichen Abständen wiederholen. Diese Stoßimpulsfolgefrequenzen können nach bekannten Formeln berechnet werden. So gibt Palmgreen (Palmgreen, A.: Grundlagen der Wälzlagertechnik, 3. Auflage Stuttgart 1964) für Wälzlager bei rotierendem Innenring und feststehendem Außenring folgende Stoßimpulsfrequenzen f_s an:

für einen Defekt am Außenring
D Λ

für einen Defekt am Innenring

für einen Defekt am Wälzkörper

fs.*= J₅-/[l—cos² a

Hierbei gilt:

ζ = Anzahl der Wälzkörper einer Reihe

f = Umlauffrequenz des Innenrings

D = Durchmesser der Wälzkörper

d = Durchmesser des Wälzkörpermittenkreises

« = Berührungswinkel