Analyse von Wälzlagern: Prinzip und Seltsamkeiten der Signaldemodulation

In diesem Video erklären wir die Demodulation von Vibrationssignalen zur Lageranalyse und erläutern einige merkwürdige Merkmale der Demodulation.

Wir sprechen über die Messung des Lagerzustands. Dies basiert normalerweise auf der Analyse der Fehlerfrequenz. Was ist die Fehlerfrequenz?
Nehmen wir an, es gibt Grübchen am Außenring. Jede Kugel, die durch die Grübchen läuft, verursacht einen kurzen Vibrationsstoß.
Nehmen wir an, es gibt nur einen Riss am Außenring. Entsprechend der Drehzahlfrequenz erhalten wir das Zeitintervall T zwischen den Stößen.
Dies ist die Wiederholungszeit zwischen den Stößen. In unserem Beispiel beträgt T 0,1 Sekunden.
Der Wert gleich eins geteilt durch T ist die Wiederholungsfrequenz der Stöße. Diese Frequenz bezeichnen wir als Fehlerfrequenz. In diesem Beispiel ist es die Außenring-Fehlerfrequenz.

Die Benutzer denken oft, dass der Beschleunigungsmesser die Fehlerfrequenz messen muss, die sehr niedrig sein kann. Absolut nicht, das ist ein großer Fehler. Dieses Spektrum enthält nicht die Fehlerfrequenzspitzen.

Jetzt wissen wir, dass dieses Spektrum kein gutes Werkzeug für die Fehlerfrequenzanalyse ist, da sie im normalen Spektrum nicht sichtbar sind.
Ein viel besseres Werkzeug ist das Demodulationsspektrum, das uns die Fehlerfrequenz zeigt. Zusätzlich werden die Harmonischen aufgrund der Signalverzerrung angezeigt. Es ist keine reine Sinuswelle, deshalb sehen wir Harmonische. Aber das spielt keine Rolle. Wir können die Fehlerfrequenz deutlich sehen.

Beschreiben wir kurz den Demodulationsprozess. Zu Beginn messen wir das Zeitsignal im Hochfrequenzbereich. Normalerweise bei 25 kHz. Sie fragen sich vielleicht, warum? Immerhin ist die Fehlerfrequenz so niedrig. Ja, das stimmt. Aber ich wiederhole noch einmal: Wir messen nicht die Fehlerfrequenz. Wir messen Stöße. Und Stöße enthalten sehr hohe Frequenzen. Normalerweise zwischen 500 Hz und 25 kHz.

Das anfängliche Rohsignal enthält auch die Geschwindigkeitsfrequenz und die Harmonischen. Diese interessieren uns nicht. Deshalb verwenden wir zunächst die Demodulationsfilterung.

Sie können es auf beliebige Frequenzen einstellen, aber der Bandpass von 500 Hz bis 25 kHz funktioniert bei Standardmaschinen immer. Für schwere Maschinen mit niedriger Geschwindigkeit sollten Sie beispielsweise 100 Hz statt 500 Hz verwenden.

Das gefilterte Signal enthält nur Stöße und ist bereit zur Demodulation.
Wenn wir Fehlerfrequenzen im Spektrum sehen möchten, müssen wir jedem Stoß Energie hinzufügen und die Form der Stöße ändern. Die ursprüngliche Form ist zu variabel. Die FFT ist für eine solche Form nicht empfindlich. Und die FFT arbeitet mit Signalenergie, nicht mit den Spitzenwerten.
Dafür verwenden wir den Hüllprozess. Er fügt Energie hinzu und ändert die Form.

Sie können sich die Hüllkurve wie einen einfachen Stromkreis vorstellen. Der Stoß kommt und lädt den Kondensator C auf. Dann wird der Kondensator über den Widerstand R entladen.
Die Entladung dauert viel länger als die Dauer des ursprünglichen Stoßes.
Und jetzt ist es an der Zeit, das Spektrum anzuwenden.
Dieses Spektrum nennen wir Demodulationsspektrum. Wir können die Fehlerfrequenz mit Harmonischen deutlich sehen.

Nehmen wir an, das Lager hat einen Riss am Außenring.

Das Zeitintervall zwischen den Stößen beträgt 0,1 Sekunden und entspricht genau einer Fehlerfrequenz von 10 Hz.

Wir können die 10-Hz-Amplitude und die Harmonischen sehen. Ich definiere den Delta-Cursor von 5 bis 95 Hz, um die RMS-Summe von 10 Hz und allen Harmonischen zu erhalten.
Dieser Delta-RMS-Wert beträgt 0,27 g.

Jetzt erhöhen wir die Anzahl der Risse. Das bedeutet, dass der Lagerzustand schlechter ist. Aber sehen Sie sich den Trend des Delta-Cursors an. Er sollte eindeutig ansteigen. Aber das tut er nicht. Wenn wir diesen Trend analysieren, sagen wir wahrscheinlich, dass der Zustand stabil ist. Ich versuche, dieses seltsame Verhalten zu erklären.

Das erste Hüllkurven-Zeitsignal wurde von einem Lager mit einem Riss genommen. Der Signalbereich reicht von null bis 2,05 g. Das bedeutet, dass der Spitzenwert des Wechselstroms 2,05 g beträgt.
Das zweite Hüllkurvenzeitsignal wurde von einem Lager mit fünfzig Rissen genommen. Der Signalbereich reicht von 1,1 bis 2,2 g. Das bedeutet, dass der Spitzen-AC-Wert nur 1,1 g beträgt.
Das ist weniger als bei einem Riss. Und das ist der Trick. Die zunehmende Anzahl von Rissen kann die Amplituden bei Fehlerfrequenzen und Harmonischen verringern.

Als wir die Fehlerfrequenz und Harmonischen in Demodulationsspektren analysierten, haben wir den DC-Wert in der Nulllinie völlig übersehen. Das war ein Fehler. Der DC-Trend ist ein gutes Werkzeug. Wenn das Demodulationsspektrum die Fehlerfrequenz zeigt, ist das nur der Beweis dafür, dass zum Beispiel etwas am Außenring passiert ist. Aber seine AC-Amplitude ist kein perfektes Werkzeug zur Zustandsbewertung.

Leider entfernen viele Analysatoren mehrere erste Spektrumlinien und setzen sie auf Null. Das ist inakzeptabel. Sie zerstören wichtige Informationen im Spektrum. Natürlich machen Adash-Instrumente das nicht.

Adash-Instrumente bieten sehr gute Tools, um solche Situationen zu vermeiden. Es handelt sich um einen demodulierten Gesamtwert. Es funktioniert ab 0 Hz. Das bedeutet, dass der DC-Teil in die Berechnung einbezogen wird.
Sie können sehen, dass es perfekt funktioniert. Der Lagerzustand wird immer schlechter und die Werte werden immer größer. Und das ist, was wir erwarten.

00:00​ - 05:32​ Erklärung der Demodulation des Vibrationssignals
05:32​ - 09:59​ Seltsame Demodulation eines Lagerfehlers Frequenzen