-
Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erkennen
von Schäden
an einer Arbeitsmaschine.
-
Viele
Arbeitsmaschinen, insbesondere Baumaschinen wie Fugenschneider,
Bodentrennschleifmaschinen, Hämmer,
Vibrationsplatten, Vibrationswalzen, Stampfer etc. erfahren durch
Prozesskräfte eine
Anregung ihrer Struktur. Derartige Baumaschinen weisen häufig Antriebe
auf, die starke Schwingungen erzeugen, welche dann die Struktur
der Maschine belasten. Insbesondere bei Vibrationsmaschinen wie
Vibrationsplatten und -walzen oder Stampfern sind derartige Schwingungen
erwünscht
und entsprechen dem Zweck des Geräts. Aufgrund der Stärke der
meist schwingungsbehafteten Prozesskräfte können nach einer gewissen Betriebszeit Schäden in der
Struktur auftreten, die erhebliche weitere Schäden nach sich ziehen oder zumindest
ein unerwünschtes
Unterbrechen des Arbeitsbetriebs bewirken können. Es ist daher wünschenswert,
während
des Maschinenbetriebs bereits auftretende Schädigungen von Bauteilen zu erkennen
und den Bediener davon zu informieren. Durch eine derartige rechtzeitige
Fehlererkennung könnte
verhindert werden, dass durch kleine Primärfehler bzw. -schäden größere Folgeschäden verursacht
werden.
-
Dementsprechend
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein
Verfahren anzugeben, mit denen möglichst
frühzeitig
eine beginnende Schädigung
von Bauteilen erkannt und dem Benutzer angezeigt werden kann.
-
Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Vorrichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 18 gelöst.
-
Eine
als Schadensdiagnose-Vorrichtung dienende Vorrichtung zum Erkennen
eines Schadens an einer durch einen Schwingungserreger mit einer
vorbekannten Erregerfrequenz angeregten Arbeitsmaschine weist auf:
eine Detektionseinrichtung zum Erfassen von wenigstens einer mechanischen
Größe für wenigstens
eine Komponente der Arbeitsmaschine und zum Erstellen eines aktuellen
Frequenzspektrums aufgrund der erfassten mechanischen Größe, eine
Speichereinrichtung zum Speichern eines vorbekannten Frequenzspektrums,
das für
die vorbekannte Erregerfrequenz und entsprechend der mechanischen
Größe für die Komponenten
der Arbeitsmaschine vorab erstellt wurde, sowie eine Vergleichseinrichtung
zum Vergleichen des aktuellen Frequenzspektrums mit dem vorbekannten
Frequenzspektrum, Feststellen einer z. B. über eine vorgegebene Toleranz
hinausgehenden Abweichung zwischen dem aktuellen Frequenzspektrum
und dem vorbekannten Frequenzspektrum und zum Erzeugen eines entsprechenden
Abweichungssignals.
-
Die
Vorrichtung ist dementsprechend geeignet, das Frequenzverhalten
von wenigstens einer bestimmten mechanischen Größe zu erfassen und in Form
eines aktuellen Frequenzspektrums zu dokumentieren. Zu diesem Zweck
wird eine geeignete mechanische Größe für eine Komponente der Arbeitsmaschine
ausgewählt.
Die Komponente kann z. B. ein einzelnes Bauteil, eine Gruppe von
mehreren Bauelementen, eine Struktur oder mehrere miteinander starr
oder beweglich gekoppelte Bauelemente sein.
-
Diese
Komponente weist ein bestimmtes Frequenzverhalten in Antwort auf
die anregende, vorbekannte Schwingung des Schwingungserregers auf.
Dieses vorbekannte Antwortverhalten wird in der Speichereinrichtung
in Form eines vorbekannten Frequenzspektrums gespeichert. Das vorbekannte Frequenzspektrum
kann z. B. beim Hersteller der Maschine rechnerisch oder experimentell
ermittelt werden und repräsentiert
das im Normalfall zu beobachtende Antwortverhalten der betreffenden
Komponente für
die durch den Schwingungserreger generierte anregende Schwingung.
-
Die
Begriffe „Frequenzverhalten” bzw. „Frequenzspektrum” können jeweils
das Amplitudenspektrum betreffen. Alternativ kann darunter auch das
Phasenspektrum oder eine Kombination von Amplituden- und Phasenspektrum
verstanden werden. Der Begriff „Frequenzspektrum” soll insofern
einen Oberbegriff darstellen.
-
Der
Schwingungserreger kann z. B. ein Schlagwerk in einem Hammer, ein
Antrieb für
einen Stampfer zur Bodenverdichtung oder ein durch eine oder mehrere
rotierende Unwuchtwellen gebildeter Schwingungserreger in einer
Vibrationsplatte oder -walze sein. Aufgrund der im Betrieb meist
konstanten Drehzahl des Antriebs ergibt sich, dass auch die Erreger-
bzw. Anregungsfrequenz des Schwingungserregers konstant ist und
einer vorbekannten Frequenz entspricht.
-
Die
Vorrichtung weist schließlich
die Vergleichseinrichtung auf, durch die das aktuelle Frequenzspektrum
mit dem vorbekannten Frequenzspektrum verglichen werden kann. Stellt
die Vergleichseinrichtung fest, dass die beiden Frequenzspektren
voneinander abweichen, wird dies als Hinweis darauf genommen, dass
sich die Frequenzeigenschaften der überwachten Komponente geändert haben.
Dies wiederum wird als Zeichen dafür gewertet, dass sich die Struktur
der Kom ponente geändert haben
muss, was insbesondere durch eine Schädigung der Komponente erfolgt
sein kann.
-
Wie
oben bereits erwähnt,
kann das Frequenzspektrum das Amplitudenspektrum und/oder das Phasenspektrum
betreffen. Dementsprechend ist es bei der hier beschriebenen Auswertung
der Frequenzspektren möglich,
die Auswertung von Amplitudenspektren und Phasenspektren alternativ
oder ergänzend
zueinander durchzuführen.
Eine Auswertung des Phasenspektrums zusätzlich zum Amplitudenspektrum
kann sich aus technischer Sicht anbieten, um die Eigenfrequenzen
bzw. Resonanzüberhöhung besser
und robuster zu detektieren.
-
Für die Analyse
der Antriebselemente, wie z. B. dem Motor oder einem Schwingungserreger,
werden deren Spektren und Amplitudenabweichungen sowie relative
Verschiebungen analysiert. Daraus lassen sich Rückschlüsse über mögliche Schädigungen ziehen.
-
Das
von der Vergleichseinrichtung in diesem Fall erzeugte Abweichungssignal
kann an eine Anzeigeeinrichtung geliefert werden, um ein Signal,
z. B. für
den Bediener, auszugeben. Der Bediener erhält dann die Information, dass
eine Strukturveränderung
der Arbeitsmaschine aufgetreten ist, die möglicherweise auf einen Fehler
oder Schaden zurückzuführen ist.
Je nach Ausgestaltung der Schadensdiagnose-Vorrichtung kann dem
Bediener in diesem Zusammenhang konkret mitgeteilt werden, welche Komponente
vermutlich geschädigt
ist und welche Maßnahmen,
z. B. Reparaturmaßnahmen,
eingeleitet werden sollten.
-
Ergänzend oder
alternativ können
die Auswerteergebnisse, nämlich
insbesondere das Abweichungssignal, zu einer zentralen Stelle per
Funkübertragung übermittelt
werden. Diese zentrale Stelle, z. B. ein Rechner auf einer Baustelle,
kann auf diese Weise die Signale von mehreren Arbeitsmaschinen empfangen,
auswerten, speichern und verwalten. An der zentralen Stelle kann
auf diese Weise festgestellt und dokumentiert werden, ob eine jeweilige
Arbeitsmaschine voll funktionsfähig
oder bereits geschädigt ist.
-
Durch
die Vergleichseinrichtung kann wenigstens eine Eigenfrequenz in
dem aktuellen und in dem vorbekannten Frequenzspektrum identifizierbar sein.
Des weiteren kann durch die Vergleichseinrichtung die identifizierte
Eigenfrequenz des aktuellen Frequenzspektrums mit der identifizierten
Eigenfrequenz des vorbekannten Frequenzspektrums vergleichbar sein,
um die Abweichung zwischen dem aktuellen und dem vorbekannten Frequenzspektrum festzustellen.
-
Das
bedeutet, dass nicht etwa ständig
die gesamten Frequenzspektren miteinander verglichen werden müssen. Vielmehr
genügt
es, einzelne charakteristische Werte, nämlich die betreffenden Eigenfrequenzen
zu überwachen.
Dabei wird überprüft, ob sich
eine für
ein bestimmtes Bauteil (Komponente) vorbekannte Eigenfrequenz im
Lauf des Betriebs ändert.
Eine derartige Änderung
der Eigenfrequenz während
des Betriebs wird als Indiz dafür
gewertet, dass sich die Struktur der betreffenden Komponente geändert hat,
was auf einen Fehler bzw. eine Schädigung schließen lassen
könnte.
-
Dementsprechend
kann die Eigenfrequenz in Form einer Resonanzüberhöhung in dem aktuellen und in
dem vorbekannten Frequenzspektrum definiert werden. Die Resonanzüberhöhung und
die damit bei bestimmten Frequenzen erhöhten Amplituden ermöglichen
es, die Eigenfrequenz jeweils relativ präzise zu bestimmen und gegebenenfalls
ihre Veränderung
zu überwachen.
-
Das
vorbekannte Frequenzspektrum lässt sich
aus der insbesondere beim Hersteller der Arbeitsmaschine vorliegenden
Kenntnis ableiten, welche Eigenfrequenzen mit welchen Bauteilen
korrespondieren. Diese Kenntnisse lassen sich vorab z. B. durch
experimentelle oder analytische Modalanalyse ermitteln. Dementsprechend
lässt sich
ableiten, welches Bauteil im Falle einer Änderung der Eigenfrequenz von
einer Eigenschaftsänderung
betroffen ist.
-
Mechanische
Bauelemente bzw. aus mehreren Bauteilen aufgebaute Maschinen besitzen
für das mechanische
System typische Eigenfrequenzen. Die Lage der Eigenfrequenzen wird
dabei von den mechanischen Eigenschaften (Masseverteilung, Dämpfungseigenschaften,
elastische Eigenschaften) charakterisiert. Man kann grob zwischen
modalen Eigenfrequenzen (Eigenschwingungsformen, die ein Bauteil
für sich
allein bei Anregung zeigt) und Systemeigenfrequenzen aufgrund einer
mechanischen Kopplung von mehreren Bauteilen unterscheiden. Dabei charakterisieren
tiefere Eigenfrequenzen eher Starrkörperbewegungen, also Eigenfrequenzen
aufgrund der Kopplung von Bauteilen, die über Feder-/Dämpferelemente
gekoppelt sind, während
höhere
Eigenfrequenzen eher den Strukturmoden der Bauteile zugeordnet werden
können.
-
Bei
einer Baumaschine wirken prozessbedingt Wechselkräfte mit
großer
Amplitude ein. Dementsprechend wird auch bei einer Anregung mit
nahezu konstanter Frequenz, z. B. durch einen Schwingungserreger,
das gesamte Frequenzspektrum angeregt. Mit Hilfe der Schadensdiagnose-Vorrichtung ist
es möglich,
eine typische mechanische Größe, z. B.
eine Beschleunigung, an einer geeigneten Stelle zu messen und die
Eigenfrequenzen durch die entsprechenden Resonanzüberhöhungen im
Bereich dieser Eigenfrequenzen aus dem Amplitudenspektrum abzulesen.
-
Die
durch die Vergleichseinrichtung zu identifizierende Eigenfrequenz
kann bereits vorgegeben sein, weil dem Hersteller der Arbeitsmaschine
die charakteristischen Eigenfrequenzen der zu überwachenden Komponenten bekannt
sind. Diese Eigenfrequenz kann dementsprechend einer bestimmten Komponente
der Arbeitsmaschine zugeordnet werden.
-
Durch
die Vergleichseinrichtung kann nicht nur eine Änderung der Eigenfrequenz festgestellt werden,
sondern auch, ob sich die Eigenfrequenz des aktuellen Frequenzspektrums
gegenüber
der vorgegebenen Eigenfrequenz des vorbekannten Frequenzspektrums
erhöht
oder verringert hat. Aus der Richtung, in welche sich die Eigenfrequenzen
verschieben, also ob sich die Eigenfrequenzen vergrößert oder
verringert haben, lassen sich gegebenenfalls Aussagen darüber ableiten,
welcher Art die Eigenschaftsänderung
ist.
-
Selbstverständlich können durch
die Vergleichseinrichtung auch mehrere vorgegebene Eigenfrequenzen
jeweils überwacht
werden.
-
Ebenso
ist es möglich,
dass die mehreren vorgegebenen Eigenfrequenzen jeweiligen Komponenten
der Arbeitsmaschine oder Eigenschaften von wenigstens einer Komponente
zugeordnet sind. Das bedeutet, dass die Schadensdiagnose-Vorrichtung mehrere
Komponenten überwachen
kann oder auch mehrere Eigenschaften (Eigenfrequenzen) einer bestimmten
Komponente überwachen
kann.
-
Die
mechanische Größe kann
eine schwingungsbehaftete Größe, insbesondere
eine Beschleunigung, eine Geschwindigkeit, ein Weg oder eine Relativposition
sein. Desweiteren kann die mechanische Größe eine absolute Größe bezüglich einem absoluten
Bezugssystem, wie z. B. dem Erdkoordinatensystem, oder eine relative
Größe in Form
eines Relativverhaltens zwischen zwei oder mehreren Bauelementen
der Arbeitsmaschine sein. So ist z. B. möglich, das Schwingungsverhalten
eines Bauelements relativ zur Umgebung (absolutes Koordinatensystem)
festzustellen. Ebenso kann das Schwingungs- bzw. Bewegungsverhalten
von zwei Komponenten relativ zueinander überwacht werden.
-
Wenn
die mechanische Größe eine
Beschleunigung ist, kann es zweckmäßig sein, dass die Detektionseinrichtung
einen Beschleunigungssensor aufweist.
-
Das
Frequenzspektrum kann z. B. durch ein Amplitudenspektrum dargestellt
werden, welches das Schwingungsverhalten eines Bauelements charakterisiert.
Das Frequenzspektrum kann daher einem Amplitudenspektrum von wenigstens
der Komponente entsprechen, an der ein entsprechender Sensor der
Detektionseinrichtung vorgesehen ist. Das Amplitudenspektrum repräsentiert
das Antwortverhalten der Komponente aufgrund der anregenden Schwingung.
-
Dementsprechend
kann das Amplitudenspektrum aufgrund eines Beschleunigungssignals
erzeugt werden, das von dem Beschleunigungssensor stammt.
-
Ergänzend oder
alternativ zu dem Amplitudenspektrum kann das Frequenzspektrum auch durch
ein Phasenspektrum bzw. eine Kombination aus Phasenspektrum und
Amplitudenspektrum dargestellt werden, um das Schwingungsverhalten
eines Bauelements zu charakterisieren. Dadurch lassen sich die Resonanzüberhöhungen bzw.
Eigenfrequenzen zuverlässig
erkennen.
-
Die
Detektionseinrichtung kann mehrere Sensoren aufweisen, die an verschiedenen
Orten der Arbeitsmaschine und/oder an verschiedenen Orten einer
Komponente der Arbeitsmaschine angeordnet sind. Somit kann die Detektionseinrichtung
und damit die gesamte Schadensdiagnose-Vorrichtung alle wesentlichen
Komponenten der Arbeitsmaschine überwachen.
Der Fachmann wird ohne Weiteres geeignete Stellen in der Arbeitsmaschine
identifizieren, die für
eine Überwachung
besonders zweckmäßig sind.
-
Der
Sensor kann – wie
bereits gesagt – ein Beschleunigungssensor
sein. Andere Sensoren können
ein Wegsensor, ein akustischer Sensor, ein Mikrofon, ein Dehnungssensor
oder ein Dehnungsmessstreifen-Sensor sein. Ebenso sind optische,
kapazitive oder induktive Sensoren möglich, mit denen z. B. Relativbewegungen
zwischen einzelnen Komponenten detektiert werden können.
-
Die
Anzeigeeinrichtung kann ein akustisches und/oder optisches Signal
erzeugen, um den Bediener über
einen Schadensfall bzw. zumindest über eine Änderung der Schwingungseigenschaften
der überwachten
Komponente zu informieren. Je nach Aufwand kann dem Bediener zusätzlich ein
Vorschlag für
eine Gegenmaßnahme
angezeigt werden. Stellt z. B. die Schadensdiagnose-Vorrichtung
fest, dass ein Gummipuffer in einer Vibrationsplatte geänderte Eigenschaften
aufweist, was durch eine Schädigung
z. B. durch Rissbildung erklärt
werden könnte, könnte dem
Bediener empfohlen werden, den betreffenden Gummipuffer auszutauschen.
Hier zu könnte die
Anzeigeeinrichtung zudem präzise
Informationen geben, welcher der z. B. vier Gummipuffer der Vibrationsplatte
gewechselt werden sollte.
-
Ein
Verfahren zum Erkennen eines Schadens an einer durch einen Schwingungserreger
mit einer vorbekannten Erregerfrequenz angeregten Arbeitsmaschine
weist die Schritte auf:
- – Erfassen von wenigstens einer
schwingungsbehafteten mechanischen Größe für wenigstens eine Komponente
der Arbeitsmaschine;
- – Erstellen
eines aktuellen Frequenzspektrums aufgrund der erfassten mechanischen
Größe;
- – Vergleichen
des aktuellen Frequenzspektrums mit einem vorab ermittelten und
gespeicherten, vorbekannten Frequenzspektrum; und
- – Erzeugen
eines Signals, wenn durch das Vergleichen eine z. B. über eine
vorgegebene Toleranz hinausgehende Abweichung zwischen dem aktuellen
Frequenzspektrum und dem vorbekannten Frequenzspektrum festgestellt
wurde.
-
Es
ist dabei nicht erforderlich, dass ein Frequenzspektrum vollständig verglichen
werden muss. Unter Umständen
kann es ausreichen, wenn die Frequenzspektren wenigstens in Teilbereichen
miteinander verglichen werden.
-
Es
kann zweckmäßig sein,
die Frequenzen der anregenden Kräfte,
also z. B. die Unwuchtkräfte eines
Schwingungserregers, und ihre Harmonischen für die Erkennung von Strukturschäden nicht
zu berücksichtigen.
-
Der
Vergleich eines aktuellen Frequenzspektrums mit einem vorbekannten
Frequenzspektrum kann auch dadurch durchgeführt werden, dass die relativen
Resonanzüberhöhungen zueinander
innerhalb eines Frequenzspektrums bestimmt werden und anschließend mit
denen des Vergleichs-Frequenzspektrums verglichen werden. Durch
die Abweichungen der Resonanzüberhöhungen lassen
sich Rückschlüsse auf
Schäden
in der Struktur ziehen.
-
Diese
und weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend
anhand eines Beispiels unter Zuhilfenahme der begleitenden Figuren näher erläutert. Es
zeigen:
-
1 in
schematischer Seitenansicht eine Vibrationsplatte mit Beschleunigungssensor;
-
2 einen
schematischen Aufbau einer Schadensdiagnose-Vorrichtung; und
-
3 ein
Beispiel für
ein von einem Beschleunigungssensor detektiertes Amplitudenspektrum.
-
1 zeigt
eine Arbeitsmaschine in Form einer Baumaschine, nämlich eine
Vibrationsplatte. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann jedoch
auch bei vielen anderen Arten von Arbeitsmaschinen bzw. Baumaschinen
eingesetzt werden, um eine Schädigung
von mechanischen Bauelementen rechtzeitig diagnostizieren zu können.
-
Die
Vibrationsplatte weist eine Obermasse 1 auf, die mit einer
Untermasse 2 über
Feder-Dämpferelemente 3 relativ
zueinander beweglich gekoppelt ist. Zu der Obermasse 1 gehört unter
anderem ein Antriebsmotor 4 und eine Deichsel 5, über die
ein Bediener die Vibrationsplatte manuell führen kann. Die Untermasse 2 weist
eine Bodenkontaktplatte 6 zur Verdichtung des Bodens und
einen die Bodenkontaktplatte 6 beaufschlagenden Schwingungserreger 7 auf,
der durch den Antriebsmotor 4 angetrieben wird. Der Schwingungserreger 7 kann
z. B. aus zwei zueinander gegenläufig
formschlüssig
rotierenden Unwuchtwellen bestehen, die eine gerichtete Schwingung
erzeugen. Es sind aber auch andere Möglichkeiten der Schwingungserregung
bekannt.
-
Die
Feder-Dämpferelemente 3 werden
bei vielen Vibrationsplatten durch Gummipuffer gebildet, die die
Obermasse 1 mit der Untermasse 2 verbinden. Gerade
diese Gummipuffer unterliegen einem hohen Verschleiß und können zu
Rissbildung und nachfolgend schneller Zerstörung neigen.
-
Eine
derartige Vibrationsplatte ist in vielfältigen Ausführungsformen bekannt. So gibt
es auch Vibrationsplatten, die keine Deichsel 5 zur manuellen Führung aufweisen,
sondern mit einer Fernbedienung ausgestattet sind.
-
Auf
der erfindungsgemäßen Vibrationsplatte ist
an der Obermasse ein Beschleunigungssensor 8 vorgesehen,
der die an der Obermasse 1 wirkenden Beschleunigungen erfasst
und dementsprechend ein Beschleunigungssignal 9 während des
Betriebes der Vibrationsplatte erzeugt.
-
2 zeigt
einen schematischen Aufbau der Schadensdiagnose-Vorrichtung.
-
Die
Obermasse 1 und der Beschleunigungssensor 8 sind
auch in 2 dargestellt. Das von dem Beschleunigungssensor 8 generierte
Beschleunigungssignal 9 wird zu einer Detektionseinrichtung 10 geführt, die
das Beschleunigungssignal 9 mittels geeigneter Datenübertragungs-
und Aufzeichnungsverfahren speichert. Der Beschleunigungssensor 8 und die
Leitung für
das Beschleunigungssignal 9 wird als zu der Detektionseinrichtung 10 zugehörig angesehen.
Die Detektionseinrichtung 10 generiert auf dieser Basis
ein aktuelles Frequenz- bzw. Amplitudenspektrum.
-
Weiterhin
ist eine Speichereinrichtung 11 vorgesehen, in der ein
vorbekanntes Frequenz- bzw. Amplitudenspektrum für die Obermasse 1 hinterlegt ist.
Dieses Amplitudenspektrum wurde vorher, z. B. beim Hersteller, experimentell
oder rechnerisch ermittelt. Es ist nicht zwingend erforderlich,
das gesamte Amplitudenspektrum zu speichern. Vielmehr kann es genügen, lediglich
charakteristische Werte, nämlich
insbesondere Eigenfrequenzen und entsprechende Resonanzüberhöhungen zu
speichern.
-
Die
Detektionseinrichtung 10 und die Speichereinrichtung 11 sind
mit einer Vergleichseinrichtung 12 gekoppelt, in der die
Frequenzspektren aus der Detektionseinrichtung 10 und aus
der Speichereinrichtung 11 verglichen werden. Sofern lediglich charakteristische
Werte (Eigenfrequenzen) verglichen werden sollen, kann die Vergleichseinrichtung entsprechend
ausgebildet sein.
-
Wenn
die Vergleichseinrichtung 12 feststellt, dass das von der
Detektionseinrichtung 10 gemessene tatsächliche Frequenzspektrum (bzw.
einzelne Eigenfrequenzen) von dem in der Speichereinrichtung 11 gespeicherten
vorbekannten Frequenzspektrum abweicht, kann über eine Anzeigeeinrichtung 13 eine entsprechende
Information an den Bediener gegeben werden.
-
3 zeigt
beispielhaft das Amplitudenspektrum eines von dem Beschleunigungssensor 8 ermittelten
Beschleunigungssignals 9 auf der Obermasse 1 der
Vibrationsplatte während
eines Verdichtungsvorgangs.
-
In
dem Amplitudenspektrum ist eine Eigenfrequenz f1 bei
einem Wert von etwa 6 Hz eingezeichnet. Weitere, nicht benannte
Resonanzüberhöhungen lassen
sich bei 9 Hz, 12 Hz, 28 Hz und 55 Hz ablesen. Dazu ergeben sich
noch weitere höherfrequente
Resonanzüberhöhungen.
-
Die
Eigenfrequenz f1 charakterisiert eine Eigenform,
bei der die Obermasse 1 gegen die Untermasse 2 schwingt.
Kommt es nun, z. B. durch irreversible Gefügeverformung, z. B. in Folge
von Aufwärm- und
Abkühlvorgängen in
den elastischen Puffern der Feder-Dämpferelemente 3, zu
einer Erhöhung
der Steifigkeit der Puffer, so verschiebt sich die Eigenfrequenz
f1 zu einer Eigenfrequenz f2,
wie durch eingezeichnete Linien in 3 gekennzeichnet.
-
Entsprechend
kann sich die Eigenfrequenz f1 auch zu niedrigeren Eigenfrequenzen
hin verschieben, wenn z. B. die Puffer in den Feder-Dämpferelementen 3 durch
Risse weicher werden.
-
Beim
Auftreten einer Verschiebung der Eigenfrequenz und einer damit detektierten
Eigenschaftsänderung
kann der Maschinenbediener z. B. mittels eines akustischen oder
optischen Signals durch die Anzeigeeinrichtung 13 auf den
Fehlerfall hingewiesen werden. Zudem kann – bei entsprechender Auswertung
der Eigenschaftsänderung – die Art
des Fehlers bzw. der Eigenschaftsänderung angezeigt werden.
-
Die
Fehler- bzw. Schadensinformation kann auch in der Anzeigeeinrichtung 13 gespeichert
und erst später,
z. B. bei einer turnusmäßigen Inspektion, angezeigt
bzw. ausgegeben werden.
-
Selbstverständlich können zusätzlich oder alternativ
zu dem Beschleunigungssensor 8 auch mehrere Messwertaufnehmer
eingesetzt werden, um die Aussagequalität zu erhöhen.
-
Verschiebung
höherfrequenter
Maxima (Resonanzüberhöhungen)
geben Aufschluss über Änderungen
der Eigenmoden der Bauteile, an denen der Aufnehmer angebracht ist.
Sie weisen somit auf Risse oder Änderungen
in der Struktur hin.
-
Ein
bei Vibrationsplatten häufig
auftretendes Problem sind z. B. Risse am Schutzrahmen der Obermasse 1,
die auf diese Weise frühzeitig
detektiert werden können,
um weitere Folgeschäden
zu vermeiden. So können
z. B. derartige Risse bei rechtzeitiger Erkennung durch eine Schweißnaht wieder geschlossen
werden, ohne dass aufwändigere
Restaurierungsmaßnahmen
erforderlich sind.
-
Tiefere
Eigenfrequenzen kennzeichnen eher Starrkörper-Bewegungen, also Eigenfrequenzen
aufgrund der Kopplung von Bauteilen, die über Feder-Dämpferelemente
gekoppelt sind. Wenn sich daher tiefere Eigenfrequenzen an dern,
lässt sich
daraus schließen,
dass die Feder-Dämpferelemente
geschädigt
sind, da sich die gekoppelten Massen (z. B. von Obermasse 1 und
Untermasse 2) im Betrieb nicht ändern.
-
Anstelle
des Beschleunigungssensors 8 lassen sich für die Bestimmung
bzw. Messung des charakteristischen Amplitudenspektrums der Struktur bzw.
des Bauteilverbunds auch andere Sensoren oder Messverfahren einsetzen,
die unmittelbar oder mittelbar die Auswirkung von mechanischen Bewegungen
und Beschleunigungen erfassen. Dazu gehören z. B. Mikrofone, DMS-Sensoren,
Wegaufnehmer etc.