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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Durchführung der Analyse
von harmonischen Schwingungen und insbesondere eine Einrichtung, mit der die Ursache
für anomale Schwingungen aufgefunden werden kann, die in einem Maschinensystem auftreten,
dessen Betrieb von Schwingungen begleitet wird; in einer solchen Einrichtung werden
die harmonischen Schwingungen ausgeblendet bzw. aussortiert bzw. extrahiert.
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In Maschinen, wie beispielsweise Rotationsmaschinensystemen, treten
oft während ihrer Drehung verschiedene Schwingungen in axialer, radialer und Drehrichtung
auf1 die das Rotationssystem in unerwünschte, anomale Zustände bringen. Zur Feststellung
solcher anomale Schwingungen sind bisher verschiedene Verfahren zur Überwachung
und/oder uir Voraussage solcher anomaler Zustände verwendet worden. Bei einem herkömmlichen
Verfahren werden die Beschleunigung,die Geschwindigkeit und die Verschiebung der
Schwingung unter Verwendung eines Detektors festgestellt, um auf elektrischem Wege
die Wellenform der Schwingung u erhalten. Basierend auf der erhaltenen Wellenform
wird die Diskriminierung der Frequenz und/oder der Amplitude der auftretenden Schwingung
durchgeführt. Bei einem weiteren bekannten Verfahren wird der Signalpegel in einem
bestimmten Frequenzband festgestellt Diese herkömmlichen Verfahren zur Beobachtung
und Voraussage von anomalen Schwingungen sind jedoch im allgemeinen ungeeignet für
die exakte, detaillierte Analyse der Ursache von anomalen Zuständen. Denn da bei
den herkömmlichen Verfahren die Wellenformen der Schwingungen in relativ breiten
Frquenzbändern verarbeitet werden, wird es schwierig, die Einzelheiten der Ursache
von anomalen Schwingungen herauszufinden, die in einem
Rotationsmaschinensystem
auftreten.
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Die vorliegende Erfindung basiert auf der Feststellung der Tatsache,
daß eine bestimmte Ursache für ein anomales Verhalten durch eine bestimmte periodische
Schwingung gekennzeichnet werden kann, die charakteristisch für diese bestimmte
Ursache ist.
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Anomale, in einem Rotationsmaschinensystem erzeugte Schwingungen sind
im wesentlichen auf Defekte und Störungen von Einzelteilen zurückzuführen, wie beispielsweise
auf eine Verformung und/oder Beschädigung eines Lagerteils und/oder eines Übertragungssteils.
Wenn die Drehzahl konstant ist, nehmen dies-e anomalen Schwingungen die Form von
periodischen Schwingungen mit einer bestimmten spezifischen Grundperiode an, die
durch die geometrische Struktur des fraglichen Teils bestimmt wird, wie beispielsweise
eines Lagerteils -oder eines Übertragungsteils. In einigen Fällen können die anomalen
Schwingungen eine Schwingung mit einer einzigen Grundperiode sein, während es sich
in anderen Fällen um zusammengesetzte Schwingungen mit zwei oder mehr verschiedenen
Grundperioden handeln kann.
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Als Beispiel soll ein Kugel- und -Rollenlager genannt werden. In einem
Kugel- und -Rollenlager wird während seines Betriebs unabhängig davon-, ob ein anomaler
Zustand vorliegt oder nicht, eine zusammengesetzte periodische Schwingung erzeugt.
In diesem Fall weist die zusammengesetzte periodische Schwingung mehrere verschiedene
Grundfrequenzen auf, die in eindeutiger Weise durch die Größen der äußeren und inneren
Laufringe und der Kugel, die Zahl der verwendeten Kugeln und die Drehfrequenz bestimmt
werden. Wenn jedoch eine Störung bzw. ein Defekt in den Teilen des Lagers auftritt,
dann wird selbstverständlich eine Schwingung mit größerer Amplitude erzeugt, die
dem Zustand der
Störung entspricht und oebnfalls eine bestimmte,
charakteristische Grundperiode hat. Extrahiert man also nur solche Schwingungen
mit der spezifischen Grundperiode und überprüft die extrahierte Komponente, so wird
es möglich, eine Störung in einem Lagerteil von einer Störung in dem Übertragungsteil
zu unterscheiden. Außerdem wird es für den zuerst erwähnten Fall einer Störung in
dem Lagerteil möglich, die Stelle zu lokalisieren, wo die Störung auftritt, d.h.,
in dem äußeren Laufring, in d-em inneren Laufring oder in den Kugeln. Außerdem kann
auch die genauere Art der Störung festgestellt werden, indem die extrahierte Wellenform
der Schwingung analysiert wird. Es kann nämlich bestimmt werden, ob es sich bei
der Störung um eine Verformung oder um eine örtliche Beschädigung handelt. Auf diese
Weise besteht für solche Schwingungen, die nur eine bestimmte Frequenzkomponente
haben, die Möglichkeit, die Ursache für anomale Schwingungen herauszufinden.
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Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung
für die Analyse von harmonischen Schwingungen vorzuschlagen, welche die Lokalisiserung
der Quelle von anomalen Schwingungen ermöglicht, indem die periodischen Schwingungen,
die charakteristisch für die entsprechende Ursache sind, aus der zusammengesetzten
Schwingungswellenform extrahiert und die extrahierte Komponente ausgewertet werden.
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Zu diesem Zweck wird bei der Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung
ein Kammfilter verwendet, um die spezifische periodische Schwingung zu extrahieren,
die charakteristisch für eine bestimmte Ursache ist. Dieses Kammfilter besteht aus
einer Gruppe von Schmalbandfiltern und ist so aufgebaut, daß es eine solche Gesamtfrequenzkennlinie
hat, auf deren Frequenzachse die Frequenzkennlinien der jeweiligen Bandpaßfilter
in gleichen Intervallen
zugeordnet werden können. Weiterhin ist
das Kammfilter ein digitales Filter, bei dem die Mittenfrequenzintervalle der jeweiligen
Bandpaßfilter beliebig durch Anderung der Frequenz eines Taktimpulses eingestellt
werden können. Dadurch wird es möglich, nur eine bestimmte Frequenzkomponente aus
einer zusammengesetzten Wellenform für periodische Schwingungen in Bezug auf eine
bestimmte Grundperiode Tozu extrahieren, und zwar über den gesamten Frequenzbereich
von l/To bis n/To (wobei n der Zahl der Stufen n der Schmalbandfilter entspricht),
nähmlich für jede Frequenz 1/To, 2/T0, 3/To ...... n/To.
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Die Erfindung schafft also eine Einrichtung für die Analyse von harmonischen
Schwingungen mit einem Detektor, der die während des Betriebes eines Rotationsmaschinensystems
erzeugten mechanischen Schwingungen in entsprechende elektrische Schwingungen umwandelt,
mit einem Kammfilter, der aus dem Ausgangssignal des Detektors, das eine zusammengesetzte
Wellenform von periodischen Schwingungen aufweist, nur die Grundwellenkomponente
einer vorgegebenen Grundfrequenz Fo-und ihre harmonische Wellenkomponente extrahiert,
und mit einem Taktimpulsgenerator zur Erzeugung von Taktimpulsen für die Speisung
des Kammfilters durch einen Taktimpuls mit der Grundfrequenz Fo sowie mit einem
Diskriminator, der in Abhängigkeit von den bestimmten, durch das Kammfilter extrahierten
Signalkomponenten einen anomalen Zustand des Ilotationsinaschinensystem erkennt
und entsprechende Auswertsignale erzeugt.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter
Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Einrichtung zur Analyse von harmonischen Schwingungen
gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 eine
Kurvendarstellung Schwingungspegel/Zeit, die für ein anomales Verhalten in dem äußeren
Laufring eines Kugel- und Rollenlagers, das als zu untersuchendes Objekt ausgewählt
wurde, gemessen und über der Zeit aufgetragen wurde, Fig. 3 eine charakteristische
Frequenz-Kurve, die aus dem zusammengesetzten Schwingungspegel erhalten wurde, wenn
die Taktfrequenzeinstellung automatisch während der Aufzeichnung des Pegels auf
der Frequenzachse übers trichen bzw abgetastet wurde, Fig. 4- ein Blockdiagramm
des bei der Ausführungsform nach Fig. 1 verwendeten Kammfilters, wobei der Aufbau
des Filters im Detail dargestellt ist, und Fig. 5 ein ähnliches Blockdiagramm wie
Fig. 1 einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein Rotationsmaschinen-System,
an dem ein Detektor 2 vorgesehen ist, der mechanische Schwingungen in ein entsprechendes
elektrisches Signal umwandelt.
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Mit dem Begriff "Rotationsmaschinen-System" sollen alle Systeme umfaßt
werden, bei denen zu überwachende Drehbewegungen auftreten.
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Das von dem Detektor erhaltene elektrische Signal wird bei Bedarf
in einen Signalprozessor 3 eingeführt, um das Signal nach verschiedenen Verfahren
zu überarbeiten, beispielsweise durch Integration, Differentiation, Bandbegrenzung
oder
Pegelregelung. Das Ausgangssignal des Prozessors 3 wird einem Kammfilter 4 zugeführt,
das aus einer Gruppe von Schmalbandfiltern zusammengesetzt ist. Die jeweiligen,
das Kammfilter bildenden Schmalbandfilter werden so aufgebaut, daß eine solche Gesamtfrequenzkennlinie
erhalten wird, auf deren Frequenz-Achse die Frequenzkennlinien der jeweiligen Filter
in gleichen Intervallen zugeordnet werden können. Es ist also möglich, von einer
zusammengesetzten Wellenform für periodische Schwingungen in einer bestimmten Grund
periode To (Frequenz 1/To) nur eine bestimmte Frequenzkomponente und ihr geradzahliges
Vielfaches zu extrahieren. Mit anderen Worten kann eine bestimmte Frequenz aus jeder
Frequenz in der Reihenfolge 1/To, 2/To, 3/To ....... n/To extrahiert bzw. ausgesondert
werden. Die auf diese Weise von dem Kammfilter 4 gewonnene periodische Wellenform
wird dann durch einen Tiefpaß 5 bis zu einer beliebigen, gewünschten harmonischen
Welle bandbegrenzt. Ein Taktimpusgenerator 6 erzeugt durch Einstellung der Grund-Periodendauer
oder der Grundfrequenz fo (=1/To) der zu gewinnenden periodischen Schwingungen einen
Taktimpuls mit vorgegebener Pulsfrequenz. Der Taktimpuls treibt das Kammfilter 4
und den Tiefpaß 5, so daß sie die Extraktion und die Bandbegrenzung der gewünschten
periodischen Wellenform durchführen. Zu diesem Zeitpunkt bestimmt die Pulsfrequenz
des Taktimpulses das Mittenfrequenzintervall der Gruppe von Schmalbandfiltern des
Kammfilters 4.
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Das Ausgangssignal des Tiefpasses 5 kann nach verschiedenen Verfahren
für die Analyse eingesetzt werden.
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Die Bedienungsperson kann beispielsweise durch Beobachtung der Wellenform
unter Vermendung eines Oscilloskops 7 den Grund für die Schwingungen mit einer bestimmten,
ungewöhnlichen Grundfrequenz bestimmen, d.h., sie kann feststellen, ob diese Schwingung
durch einen örtlichen Schaden bzw. Defekt oder durch Formfehler oder Verformen
verursacht
werden. In dem zuerst erwähnten Fall hat die Schwingung die Form einer Stoßwelle,
während bei dem zuletzt erwähnten Fall die Schwingungen relativ weich sind. Außerdem
kann durch Diskriminieren der Amplituden unter Verwendung eines Amplituden-Diskrimininators
8 das Auftreten eines anomalen Zustandes festgestellt und ein entsprechendes Vorwarnsignal
durch eine Alarmeinrichtung 9 abgegeben werden. In diesem Fall wird die Alarmeinrichtung
9 erregt, wenn die Amplitude einen vorher eingestellten Wert übersteigt.
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Als weitere Möglichkeit der Verwendung des Ausgangssignals für die
Analyse steht der Einsatz eines Quadrat-Detektors 10 zur Verfügung. Nimmt man an,
daß die Grundfrequenz der extrahierten Frequenz gleich fo, die obere Grenzordnung
gleich M und die Amplitude bei der Ordnung n gleich Cn ist, dann können die periodischen
Wellen dargestellt werden durch
Deshalb wird durch den Quadratdetektor 10 eine Potenz bzw. eine Leistung von
erhalten. Die Bedienungsperson kann den Wert der dann erhaltenen Leistung auf einem
Leistungspegelmesser 11 ablesen.
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Außerdem kann die Änderung des Pegels von bestimmten periodischen
Schwingungen mit der Zeit mittels einer Aufzeichnungseinrichtung 12 aufgezeichnet
werden. Fig.
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2 zeigt ein Beispiel für solche Schwingungspegel-Kurven, die von der
Aufzeichnungseinrichtung 12 aufgezeichnet werden, wenn der äußere Laufring eines
Kugel- und -rollenlagers ein anomales Verhalten hat. Fig. 3 stellt ein Beispiel
für aufgezeichnete Kurven bezüglich des Pegels einer zusammengesetzten periodischen
Schwingung dar.
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Die Aufzeichnung wurde durchgeführt, indem selbsttätig
die
Frequenzeinstellung des Taktimpulsgenerators 6 überstrichen bzw. abgetastet wurde.
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Wie-sich aus der obigen Erläuterung ergibt,- ermöglicht die Einrichtung
für die Analyse von harmonischen Schwingungen nach der vorliegenden Erfindung die
exaktere und sehr detaillierte Analyse eines auftretenden Schwingungsphänomens.
Deshalb können mit der Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung weitere detaillierte
Analysen von Schwingungen durchgeführt werden, was mit den bekannten Einrichtungen
nicht möglich war. Außerdem können die auftretenden Schwingungen leicht überwacht
und anomale Schwingungen vorausgesagt werden.
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Fig. 4 zeigt ein Beispiel für den Aufbau des Kammfilters 4, das den
wesentlichen Teil der Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung darstellt.
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Wie bereits oben erwähnt wurde, besteht das Kammfilter 4 aus einer
Baugruppe, die aus Schmalbandfiltern zusammengesetzt ist, wobei die Mittenfrequenzen
in gleichen Intervallen zugeordnet sind. Das Kammfilter 4 ist ein digitales Filter,
bei dem das Mittenfrequenzintervall durch Änderung der Pulsrate der von dem Taktimpulsgenerator
6 erzeugten Impulse beliebig eingestellt werden kann. Für die gezeigte Ausführungsform
ist die Übertragungs- bzw. Transferfunktion des digitalen Filters, das als die Basis
des Kammfilters dient, ausgedruckt in der Z-Transformation: H(Z) = A (1 + Z-N) /
(1 - 4Z-N)² Dabei sind A und a Konstanten für die Bestimmung der Filterkennlinie,
und Z-N eine komplexe Variable für den Fall, daß die Verzögerungsschaltung D aus
N Stufen von Verzögerungselementen besteht.
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Da die im allgemeinen komplexe Variable Z ausgedrückt werden kann
durch Z = ej#T, wird Z-N dargestellt durch e-jN#T., Die Winkelfrequenz #o ist #o
= 2#fo Ist nun fo = NT und T die Verzögerungszeit pro Stufe der N Stufen der Verzögerungselemente,
dann wird die oben erwähnte Transferfunktion auch eine Frequenzfunktion der Eigen-
bzw. Grundfrequenz fo. Wenn also eine Verzögerungsschaltung D, die aus N Stufen
von Verzögerungs elementen besteht, durch die Treiberfrequenz Nfo erregt wird, wie
es in Fig. 4 dargestellt ist, dann kann ein Kammfilter realisiert werden, welches
die obige Transfer- bzw. Übergangs-Funktion erfüllt.
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Das in Fig. 4 dargestellte Kammfilter enthält einen Momentanwertspeicher
s, der eine Abtastung der analogen Signale von dem vorgeschalteten Signalprozessor
3 unter der Steuerung von Signalen mit der Frequenz Nfo von einer Takttreiberstufe
CD durchführt. Das Ausgangssignal von dem Momentanwertspeicher s wird einer Konstantschaltung
A zugeführt, um die Kennlinie des Kammfilters so zu bestimmen, daß eine Transferkennlinie
von 1:1 gewährleistet ist. Das Ausgangssignal der Konstantschaltung A wird an einen
Eingang eines Addiergliedes AD1 angelegt, dessen anderer Eingang als weiteres Signal
das mit «, multiplizierte Ausgangssignal der Verzögerungsschaltung D empfängt. Die
beiden Eingangssignale werden in dem Addierglied AD1 addiert. Jedes der in Fig.
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4 gezeigten Addierglieder ADi, AD2 und AD3 kann unter Verwendung von
üblichen Operationsverstärkern hergestellt werden. Bei dieser Ausführungsform wird
die Verzögerungs schaltung D durch die als Eimerketten-Schaltung bezeichnete ladungsgekoppelte
Einrichtung gebildet, die wegen der englischen Bezeichnung "Bucket Brigade device"
im folgenden auch als BBD bezeichnet werden soll. Dabei wird N = 256 gesetzt. Diese
BBD wird durch Taktimpulse mit der Frequenz Nfo von der Taktimpulstreiberstufe CD
gespeist.
Die Taktimpulstreiberstufe CD empfängt von dem Taktimpulsgenerator
6 (siehe Fig. 1) einen Taktimpuls mit der bestimmten Frequenz fo und erzeugt einen
Treiberimpuls mit der Frequenz der empfangenen Frequenz, multipliziert mit N, d.h.,
mit der Frequenz Nfo. Wie bereits oben erwähnt wurde, ist die bestimmte Frequenz
fo die Frequenz einer periodischen Schwingung, die charakterisiticch für eine bestimmte
Ursache eines anomalen Verhaltens des zu messenden Objektes ist. Deshalb ändert
sich also die bestimmte Frequenz für verschiedene zu messende Objekt;e. Da bei der
gezeigten Ausführungsform die BBD aus N= 256 Stufen von Verzögerungselemente besteht,
ist selbstverständlich die Frequenz des von der Taktimpulstreiberstufe CD abgegebenen
Treiberimpulses 256 fo. Für die Speisung der BBD können verschiedene Verfahren eingesetzt
werden. Ein Beispiel ist ein Verfahren, bei dem Impulse mit zwei Phasen verwendet
werden, die Jeweils um 1800 voneinander verschoben sind.
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Da solche BBD's zum Stand der Technik gehören, sollen sie nicht näher
beschrieben werden.
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Wie sich aus der obigen Beschreibung und dem in Fig. 4 zu erkennenden
Schaltungsaufbau ergibt, wird es möglich, aus dem von dem Kammfilter 4 kommenden
Ausgangssignal, d.h., aus dem Ausgangssignal, das von dem in Fig. 4 dargestellten
Addierglied AD3 geliefert wird, die Signalkomponente zu extrahieren, die sich nur
auf die von dem Taktimpulsgenerator 6 eingestellte Frequenz bezieht, d.h., die Frequenz
der periodischen Schwingung, die für eine bestimmte Ursache einer Störung eines
zu messenden Objektes charakteristisch ist. Damit können also die Ursachen für eine
auftretende, anomale Schwingung im Detail analysiert werden.
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Obwohl das Kammfilter bei der Ausführungsformform nach Fig. 4 einen
Momentanwertspeicher s enthält, ist ein
solcher Momentanwertspeicher
nicht immer erforderlich.
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Außerdem ist die oben beschriebene Transfer funktion nur ein Beispiel
für mehrere andere, ebenfalls mögliche Transferfunktionen; die Zahl der Ordnungen
N (256) sowie der Nullpunkt können bei Bedarf in geeigneter Weise für den jeweils
angestrebten Zweck ausgewählt werden.
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Wie oben erwähnt wurde, wird der Tiefpaß 5 für die Bandbegrenzung
der von dem Kammfilter 4 extrahierten periodischen Wellenform auf die gewünschte
harmonische Welle verwendet. Deshalb ist im Prinzip der Tiefpaß nicht immer für
die Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung erforderlich. Um jedoch sehr präzise
Messungen mit der Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung durchführen zu können,
sollte ein solcher Tiefpaß eingesetzt werden.
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In diesem Sinne soll im folgenden der Tiefpaß 5 kurz erläutert werden.
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Der Tiefpaß 5 wird durch Verwendung von mehrstufigen Verzögerungselementen
(beispielsweise ladungsgekoppelten Einrichtungen = charged coupled devices CCD)
gebildet, wobei die Mittenabgriffe in der Weise ausgelegt sind, daß das Ausgangssignal
jedes Abgriffs mit einem Gewichtsfaktor multipliziert wird, der dem Impuls-Ansprechvermögen
des Tiefpasses mit steiler Bruch-Kennlinie (steep breaking characteristic) entspricht.
Dann werden alle Ausgangssignale zusammenaddiert. Ein solcher Aufbau eines Tiefpasses
ist bereits vorgeschlagen worden. Da das Impuls-Ansprechvermögen symmetrisch vorher
und nachher in Bezug auf den Mittenabgriff gegeben wird, hat er eine lineare Phasenkennlinie,
die gewährleistet, daß der Tiefpass innerhalb des Durchlaßbandes der Signalkomponente
nie irgend eine Verzerrung der Wellenform aufprägt. Es wird also möglich, die Wellenform
der gewünschten periodischen Schwingung ohne Verzerrung zu extrahieren. Durch Beobachtung
der Wellenform, die auf die oben
beschriebene Weise extrahiert
wurde, kann also die Bedienungsperson die -Ursache für anomale Schwingungen sehr
exakt lokalisieren. Bei den Impulsen für die Speisung des Tiefpasses kann es sich
um solche Impulse handeln, welche die gleiche Frequenz wie der Impuls haben, der
für die Speisung des Kammfilters venendet wird. In diesem Fall wird die Ordnung
der Bandbegrenzung durch die Frequenz bestimmt. Die Ordnung der Bandbegrenzung kann
jedoch je nach Bedarf festgelegt werden, indem für den Tiefpaß Treiberimpulse mit
einer Frequenz eingesetzt werden, die sich von der Frequenz der Treiberimpulse für
das Kammfilter unterscheidet. Nimmt man beispielsweise an, daß der Tiefpaß 5 durch
einen Treiberimpuls mit einer Frequenz angetrieben wird, die gleich der Fraqeunz
des Treiberimpulses für das- Kammfilter ist, d.h., mit der Frequenz Nfo,und wenn
die maximale Ordnung des Bandes des Tiefpasses die Ordnung M ist, dann kann die
Ordnung des Tiefpasses bis auf einen Wert der Ordnung M/2 begrenzt werden, indem
als Treiberimpuls für den Tiefpaß ein Impuls mit einer Frequenz verwendet wird,
die halb so groß wie die oben erwähnte Frequenz Nfo ist.
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Die Einrichtung nach der vorliegenden ErCindung kann-fur die Analyse
von solchen Objekten eingesetzt werden, die zusammengesetzte harmonische Schwingungen
liefern. Wenn jedoch das Objekt beispielsweise ein Rotationsmaschinensystem ist,
ändert sich üblicherweise die quenz des Systems mit einer Änderung der Rotationsbelastung
und/oder der Betriebsbedingungen. Unter diesen Bedingungen wird auch die Grundfrequenz-
der harmonischen Schwingung einer Änderung proportional zu der Rotationsfrequenz
unterworfen. Dadurch besteht j-edoch die Möglichkeit, daß einige harmonische Wellen
höherer Ordnung von der Mittenfrequenz des Schmalbandfilters des Kammfilters abweichen
und deshalb die harmonischen Wellen stark verändert oder sogar "zerstört" werden,
so daß sie sich nicht mehr verarbeiten lassen. In einem
solchen
Fall wird die präzise Auswertung der auftretenden Schwingungen schwierig Dieses
Problem kann durch Verwendung einer zweiten, in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform
der Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung vermieden werden In Fig 5 bezeichnen
die Bezugszeichen 1 bis 6 die gleichen Bauelemente wie die bei der ersten Ausführungsform
nach Fig. 1. Weiterhin ist bei dieser Ausführungsform ein Detektor 13 für die Feststellung
der Rotationsfrequenz, d.h. der Drehzahl, der Rotationsmaschine vorgesehen. Die
Anschlüsse (s. Fig.5)eines Synchronbetrieb-Umschalters 14 sind mit den Bezugszeichen
15 bis 17 versehen. 18 ist sein gemeinsamer Anschluß. Wenn die Schwingungs-Wellenform,
die von dem Vibrationsdetektor 14 erhalten wird, ein Signal enthält, das Informationen
über die Rotationsfrequenz der Rotationsmaschine aufweist, wird die Wellenform durch
den Signalprozessor 3 und den Anschluß 15 des Umschalters i4 einem F/V-Umwandler
20 zugeführt, also einer Einrichtung, die eine der Frequenz entsprechende Spannung
erzeugt Wenn die Wellenform kein solches Signal für die Rotationsfrequenz erhält,
wird der Umschalter 14 zu dem Anschluß 16 umgestellt, so daß ein von dem Detektor
13 kommendes Signal für die Rotationsfrequenz (beispielsweise ein Impuls pro Umdrehung)
durch den gemeinsamen Anschluß 18 den F/V-Umwandler 20 zugeführt werden kann Wenn
die Rotationsfrequenz der Rotationsmaschine 1 ausreichend stabil ist und keine Synchronisation
benötigt wird, wird der Umschalter 14 zu dem Anschluß 17 umgestellt. Dadurch wird
durch den gemeinsamen Anschluß 18 dem F/V Umwandler 20 ein stabiles Frequenzsignal
zugeführt, das von einem Bezugsoszillator 19 abgegeben wird. Eine Einstelleinrichtung
21 kann einen bestimmten Betriebszustand (beispielsweise 1800 U/min) einstellen,
so daß das Ausgangssignal des F/V Umwandlers 20 solange eine bestimmte, konstante
Gleichspannung
ist, wie die Rotationsmaschine im normalen Betriebszustand stabil läuft.Wenn der
Betrieb instabil wird, wird das AusgangssignaL des F/V Umwandlers 20 durch eine
Signalspannung gebildet, die proportional zu der Änderung der Rotationsfrequenz
höher oder niedriger als die oben erwähnte Gleichspannung ist.
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Dieses Signal von dem F/V Umwandler 20 wird mit einer Gleichspannung
von einer Frequenzeinstelleinrichtung 23 in einer Multipliziereinrichtung 22 multipliziert;
das Produkt dieser Multiplikation, d.h. eine variable Gleichspannung wird einem
V/F-Umwandler 24 zugeführt, also einer Schaltungseinrichtung, die aus einem Spannungssignal
ein entsprechendes Frequenzsignal erzeugt Wenn die Rotationsmaschine stabil läuft
oder wenn der Umschalter auf den Anschluß 17 eingestellt ist, erscheint die oben
erwähnte konstante Gleichspannung an dem Ausgang des F/V Umwandlers 20. An dem Ausgang
des Multipliziergliedes 22 wird eine bestimmte, konstante Gleichspannung erhalten,
die durch die dann eingestellte Frequenz bestimmt wird; die konstante Gleichspannung
wird dem V/F-Umwandler 24 zugeführt.
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Wenn die Änderung der Rotationsfrequenz indem angegeben wird und die
oben erwähnte konstante Spannung Vo ist, dann wird das Ausgangssignal des F/V Umwandlers
20 (1+d/100)Vo. Wenn die Gleichspannung von der Frequenzeinstelleinrichtung 23 den
Wert VF hat, dann wird an dem Ausgang des Multipliziergliedes 22 eine Spannung erhalten,
die proportional zu (1+d/100) VF ist, so daß der V/F-Umwandler 24 einen Taktimpuls
erzeugt, dessen Frequenz proportional zu (i+d/iOO) VF ist.
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Da der V/F-Umwandler 24 so ausgelegt ist, daß-er Taktimpulse erzeugt,
deren Frequenz K mal so groß wie die Grundtaktfrequenz fo des Kammfilters 4 ist,
wird der
Taktimpuls durch einen 1/K Frequenzteiler 25 geteilt,
um so die Grundtaktfrequenz fo zu bilden. Diese Treibertaktimpulse werden durch
ein Bezugssignal gesteuert, das von dem Bezugsoszillator 19 abgegeben und durch
einen Zähler festgestellt wird. Die gezählten Taktimpulse werden als Mittenfrequenzintervalle
des Kammfilters 4 angezeigt. Auch der Taktimpuls von dem V/F-Umwandler 24 wird durch
einen Frequenzteiler 27 frequenzgeteilt, dessen Frequenzteilungsverhältnis durch
ein Signal von einer Einstelleinrichtung 28 begrenzter Ordnung eingestellt wird.
Die geteilten Taktimpulse werden als Treibertaktimpulse für den Tiefpaß 5 verwendet.
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Bei der oben beschriebenen, zweiten Ausführungsform der Einrichtung
nach der vorliegenden Erfindung wird das Kammfilter 4 durch Taktimpulse erregt,
deren Frequenz proportional zu der Änderung der Rotationsfrequenz während des Betriebs
variabel ist. Deshalb können Abweichungen der harmonischen Wellen höherer Ordnung
einer zu analysierenden Schwingungswellenform von der oben erwähnten Mittenfrequenz
der Schmalbandfilter eliminiert und immer stabile Wellenformen erhalten werden.
Darüberhinaus können periodische Wellenformen mit verschiedenen Begrenzungsordnungen
erhalten werden, indem das Frequenzteilungsverhältnis des Frequenzteilers 27 geändert
wird. Nimmt man an, daß das Frequenzteilungsverhältnis 1/R ist, so ist der Grundtaktimpuls
für den Tiefpaß 5 K/R der Frequenz des Grundtaktimpulses für das Kammfilter 4, und
die Begrenzungsordnung wird MK/R.
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Deshalb wird also die Begrenzungsordnung durch Variation des Teilungsverhältnisses
1/R geändert.
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Aus der obigen Beschreibung ergibt sich also, daß die Einrichtung
für die Analyse von harmonischen Schwingungen nach der vorliegenden Erfindung im
Vergleich mit den herkömmlichen Einrichtungen bemerkenswerte Vorteile bietet.
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Mit der Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung können die Wellenformen
von harmonischen Schwingungen mit bestimmter Periode ohne Verzerrung der Wellenform
aus einer zusammengesetzten oder rauschüberlagerten Wellenform von harmonischen
Schwingungen extrahiert und der weiteren Auswertung zugeführt werden. Dadurch wird
es einfach, die Ursache für verschiedene Störungen zu lokalisieren, die beim Betrieb
einer Maschine auftreten und von Schwingungen begleitet sind; außerdem kann in bestimmten
Fällen sogar der beschädigte Bauteil der Maschine festgestellt und die Art und die
Größe des anomalen Verhaltens der Maschine beurteilt werden. Die Einrichtung nach
der vorliegenden Erfindung kann also für die Diagnose, die Beobachtung oder Überwachung
und-die Voraussage von Funktionsstörungen bei vielen Arten von Maschinen eingesetzt
werden.