FTF verstehen – Fundamentale Zugfrequenz

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Portabler Balancer & Schwingungsanalysator Balanset-1A

$2,336.95 Ursprünglicher Preis war: $2,336.95$2,011.55Aktueller Preis ist: $2,011.55.

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Schwingungssensor

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Optischer Sensor (Laser-Tachometer)

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Balanset-4

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Magnetischer Ständer Größe-60-kgf

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Reflektierendes Band

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Dynamischer Balancer "Balanset-1A" OEM

$2,052.96 Ursprünglicher Preis war: $2,052.96$1,774.90Aktueller Preis ist: $1,774.90.

Definition: Was ist FTF?

FTF (Fundamental Train Frequency, auch Käfigfrequenz oder Halterfrequenz genannt) ist eine der vier Grundfrequenzen Lagerfehlerfrequenzen, die die Rotationsgeschwindigkeit des Lagerkäfigs (auch Trennelement oder Halter genannt) darstellt, der die Wälzkörper in Position hält und ihren Abstand aufrechterhält. Der Käfig umkreist das Lager, nimmt die Wälzkörper mit und vollendet eine Umdrehung in der Zeit, die alle Wälzkörper benötigen, um das Lager einmal zu umrunden.

FTF ist die niedrigste der vier Lagerfrequenzen und liegt typischerweise zwischen 0,35× und 0,48× Wellendrehzahl (subsynchron). Obwohl sie am seltensten zur Defekterkennung verwendet wird (Käfigdefekte sind selten), spielt FTF eine wichtige Rolle als Modulationsfrequenz, die Seitenbänder um andere Lagerfehlerfrequenzen, insbesondere BSF.

Mathematische Berechnung

Formel

FTF wird anhand der Lagergeometrie und der Wellendrehzahl berechnet:

• FTF = (n / 2) × [1 – (Bd/Pd) × cos β]

Variablen

• n = Wellendrehfrequenz (Hz) oder Geschwindigkeit (RPM/60)
• Bd = Kugel- bzw. Rollendurchmesser
• Pd = Teilkreisdurchmesser (Durchmesser des Kreises durch die Mittelpunkte der Wälzkörper)
• β = Kontaktwinkel

Vereinfachte Form

Für Null-Kontaktwinkellager (β = 0°):

• FTF ≈ (n / 2) × [1 – Bd/Pd]
• Für typische Lager mit Bd/Pd ≈ 0,2 ergibt sich FTF ≈ 0,4 × n
• Faustregel: FTF typischerweise 0,4× Wellendrehzahl (40% der Wellenfrequenz)

Typischer Bereich

• FTF typischerweise 0,35–0,48 × Wellengeschwindigkeit, abhängig von der Lagergeometrie
• Beispiel: 1800 U/min (30 Hz) → FTF ≈ 12 Hz (0,4× Wellendrehzahl)
• Immer untersynchron (weniger als 1× Laufgeschwindigkeit)
• Niedrigste der vier Lagerfrequenzen

Physikalische Bedeutung

Käfigbewegung

Die Drehung des Käfigs wird durch die Wälzkörper bestimmt:

• Wälzkörper rollen (kein Schlupf) zwischen Innen- und Außenringen
• Der Käfig bewegt sich mit der Durchschnittsgeschwindigkeit der Wälzkörpermitten
• Die Geschwindigkeit liegt ungefähr in der Mitte zwischen dem stationären Außenring (0) und dem rotierenden Innenring (Wellengeschwindigkeit).
• Daher dreht sich der Käfig mit ungefähr 40% der Wellengeschwindigkeit

Funktion des Käfigs

• Abstand: Sorgt für einen gleichmäßigen Abstand zwischen den Wälzkörpern
• Anleitung: Hält die Wälzkörper auf der richtigen Umlaufbahn
• Schmierung: Kann bei der Verteilung des Schmiermittels helfen
• Verhindert Kontakt: Verhindert, dass sich die Wälzkörper gegenseitig berühren

Wenn FTF in Schwingungsspektren erscheint

Direkte Käfigdefekte

Primäre FTF-Spitzen treten auf, wenn der Käfig selbst defekt ist:

• Zerbrochener Käfig: Gebrochene oder gerissene Käfigstruktur
• Abgenutzte Taschen: Zu großes Spiel zwischen Käfig und Wälzkörpern
• Käfigreibung: Käfig berührt Laufringe oder Dichtungen
• Frequenz: Direkte FTF-Spitze mit Harmonischen
• Seltenheit: Nur Käfigdefekte sind selten (< 5% Ausfälle)

Als Seitenbandmodulation (häufiger)

FTF tritt häufiger als Seitenbandabstand um BSF auf:

• Bei Wälzkörperdefekt (BSF aktiv)
• Die Aufprallstärke eines defekten Balls variiert während der Umlaufbahn
• Variationen treten bei der Käfigumlauffrequenz (FTF) auf
• Erzeugt Seitenbänder: BSF ± FTF, BSF ± 2×FTF, BSF ± 3×FTF
• Diagnosemuster für Wälzkörperdefekte

Instabilität des Lagers

• In der Nähe des FTF können subsynchrone Schwingungen aufgrund lagerbedingter Instabilität auftreten
• Kann auf eine unzureichende Vorspannung oder Probleme mit dem Lagerspiel hinweisen
• Unterscheidbar von Käfigdefekten durch unterschiedliche Merkmale (kontinuierlich vs. stoßend)

Käfigdefektdiagnose

Symptome von Käfigproblemen

• Peak bei FTF-Frequenz in Schwingungsspektrum
• Oberwellen bei 2×FTF, 3×FTF usw.
• Oft unregelmäßige oder variable Amplitude
• Kann von hörbaren Geräuschen (Klicken oder Rasseln) begleitet sein
• Manchmal in der Zeitwellenform als periodische Stöße sichtbar

Ursachen für Käfigdefekte

• Unsachgemäße Schmierung: Unzureichende Schmierung führt zu Käfigverschleiß
• Hochgeschwindigkeitsbetrieb: Übermäßige Fliehkräfte auf den Käfig
• Kontamination: Partikel, die das Käfigmaterial oder die Taschen beschädigen
• Überhitzung: Thermische Verformung oder Erweichung des Käfigmaterials
• Ermüdung: Hochzyklische Ermüdung in dünnen Käfigabschnitten
• Installationsschäden: Käfig bei der Montage verbogen oder beschädigt

Praktische Bedeutung

Als diagnostischer Marker

Der primäre diagnostische Wert von FTF liegt im Seitenbandabstand:

• 1× Seitenbänder: Anzeige von Innenringdefekten (Modulation durch Wellendrehung)
• FTF-Seitenbänder: Anzeige von Wälzkörperdefekten (Modulation durch Käfigumlaufbewegung)
• Mustererkennung: Der Seitenbandabstand identifiziert sofort die Art des Defekts
• Erweiterte Diagnose: Das Verständnis von FTF ermöglicht die richtige Interpretation komplexer Lagerspektren

In der automatisierten Diagnose

• Moderne Schwingungsanalysatoren berechnen alle vier Frequenzen automatisch
• Software identifiziert Spitzen bei BPFO, BPFI, BSF, FTF
• Automatische Seitenbanderkennung mit FTF und 1× als Suchkriterien
• Schweregrad wird anhand der Amplitude und des harmonischen Inhalts beurteilt

Beziehung zu anderen Lagerfrequenzen

Frequenzhierarchie

Die vier Lagerfrequenzen in der Größenordnung:

• Niedrigste: FTF (0,4× Wellengeschwindigkeit)
• Niedrig-Mittel: BSF (2-3× Wellengeschwindigkeit)
• Medium: BPFO (3-5× Wellengeschwindigkeit)
• Höchste: BPFI (5-7× Wellengeschwindigkeit)

Mathematische Beziehungen

• Alle vier Frequenzen hängen von der Lagergeometrie ab
• Die Kenntnis einer Frequenz und eines Lagertyps ermöglicht die Berechnung anderer
• Die Verhältnisse zwischen den Frequenzen bleiben für ein gegebenes Lagermodell konstant
• Bietet eine Querverifizierung der Diagnose

Die FTF ist zwar die niedrigste und am wenigsten direkt beobachtete Lagerfehlerfrequenz, spielt aber eine entscheidende Rolle bei der Lagerdiagnose. Ihre Funktion als Modulationsfrequenz für Wälzkörperdefekte und ihr potenzieller Hinweis auf Käfigprobleme machen das Verständnis der FTF für eine vollständige und genaue Beurteilung des Lagerzustands unerlässlich.

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