Tracking-Filter verstehen
A Trackingfilter — auch als Order-Tracking-Filter oder synchroner Filter bezeichnet — ist ein schmaler Bandpassfilter verwendet in Schwingungsanalyse Instrumente, die ihre Mittenfrequenz automatisch verschieben, um einem gewählten Vielfachen – oder einer Ordnung – der Drehzahl der Maschine zu folgen. Ein „1×-Tracking-Filter“ beispielsweise stellt sich kontinuierlich auf die Drehfrequenz ein, filtert alles andere aus und lässt nur die Grundkomponente 1× durch; ein 2×- oder 3×-Filter folgt auf dieselbe Weise der doppelten bzw. dreifachen Drehfrequenz. Da der Filter der Drehzahl folgt, anstatt auf einer festen Frequenz zu verharren, kann er die Amplitude und Phase einer Synchronkomponente, selbst während die Maschine beschleunigt oder ausrollt. Daher sind Nachführfilter für Anlagen mit variabler Drehzahl, beim Anlaufen und Ausrollen Transienten sowie zur Isolierung einzelner Bestellkomponenten innerhalb von Ordnungsanalyse.
1. Wie ein Tracking-Filter funktioniert
Das Grundprinzip
- Drehzahlreferenz: A Drehzahlmesser oder Keyphasor liefert einen Impuls pro Umdrehung.
- Frequenzberechnung: Das Gerät ermittelt die momentane Drehfrequenz anhand des Zeitabstands dieser Impulse.
- Ordnungsmultiplikation: Es multipliziert diese Frequenz mit der gewählten Ordnungszahl – 1, 2, 3 und so weiter.
- Zentrierung des Filters: Ein schmalbandiger Bandpassfilter ist auf die resultierende Frequenz zentriert.
- Stufenlose Einstellung: Wenn sich die Geschwindigkeit ändert, passt sich die Mittenfrequenz des Filters nahtlos daran an.
- Ausgabe: ein sauberes, gefiltertes Signal, das nur die ausgewählte Ordnung enthält.
Der entscheidende Trick besteht darin, dass der Filter an den Drehzahlmesser gekoppelt ist, sodass er stets weiß, an welcher Stelle auf der Frequenzachse sich die gesuchte Frequenz gerade befindet – etwas, das ein festes Filter bei einer Maschine mit variabler Drehzahl niemals leisten kann.
Filtereigenschaften
- Bandbreite: in der Regel ±2–10 % der Mittenfrequenz.
- Enge: blendet benachbarte Frequenzen wirksam aus.
- Verfolgungsrate: in der Lage, sich schnell ändernden Geschwindigkeiten anzupassen.
- Mehrere Filter: moderne Systeme können mehrere Ordnungen gleichzeitig verfolgen.
2. Anwendungen
1. Analyse des Anfahrens und Auslaufens
Dies ist die Hauptanwendung. Während die Maschine ihren Drehzahlbereich durchläuft oder ausrollt, verfolgt ein Nachführfilter kontinuierlich die 1×-Komponente:
- Verfolgen Sie die Amplitude und Phase der 1×-Komponente im Verhältnis zur Geschwindigkeit während des transienten Zustands – dieselben Daten, die während eines Anlauf.
- Erzeugen Bode-Diagramme der Amplitude und Phase in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit.
- Identifizieren kritische Drehzahlen aus den Amplitudenspitzen.
- Schätzung Dämpfung aus der Breite jedes Resonanzpeaks.
- Verfolgen Sie 2× und 3× gleichzeitig, um mehrere Modi aufzudecken.
2. Geräte mit variabler Drehzahl
- Behalten Sie die ordnungsbezogenen Messungen trotz einer sich ständig ändernden Geschwindigkeit bei.
- Frequenzumrichtergesteuerte Motoren, deren Drehzahl sich je nach Prozess ändert.
- Windkraftanlagen, die auf böigen Wind reagieren.
- Anlagen, deren Drehzahl sich mit der Last ändert.
- Ein gleichmäßiger Verlauf unabhängig von Geschwindigkeitsschwankungen, da sich alles auf Ordnungen und nicht auf feste Frequenzen bezieht.
3. Ausbalancieren
- Verfolgen Sie die 1×-Komponente während des gesamten Auswuchten Verfahren.
- Filtern Sie Inhalte heraus, die nicht der 1×-Komponente entsprechen, für eine sauberere Messung.
- Führen Sie die Phasenmessung ausschließlich bei der 1×-Frequenz durch.
- Verbessern Sie die Genauigkeit, indem Sie irrelevante Schwingungsquellen ausschließen.
4. Ordnungsspezifische Analyse
- Isolieren Sie eine bestimmte Ordnung für eine eingehende Untersuchung.
- Verfolgen Sie den Verlauf von Fehlausrichtung.
- Folgen Sie der Schaufelpass Ordnung bei Ventilatoren und Pumpen.
- Trenne Frequenzanteile, die sich sonst überlappen würden.
3. Vorteile von Tracking-Filtern
Geschwindigkeitsunabhängigkeit
- Die Messwerte behalten ihre Aussagekraft, unabhängig davon, wie stark die Geschwindigkeit schwankt.
- Daten aus verschiedenen Geschwindigkeiten können auf derselben Ordnungs-Basis verglichen werden.
- Unverzichtbar für jede Maschine, die keine konstante Drehzahl hält.
Komponentenisolierung
- Trennt eine Ordnung von jeder anderen vorhandenen Frequenz.
- Liefert klarere Signale als ein Vollspektrum FFT.
- Verbessert das Signal-Rausch-Verhältnis für die betreffende Ordnung.
- Ermöglicht eine präzise Amplituden- und Phasenmessung dieser Größenordnung. Dieser synchrone Fokus ist konzeptionell verwandt mit synchrone Mittelwertbildung, das ebenfalls den Drehzahlmesser nutzt, um geschwindigkeitsabhängige Komponenten aus dem Rauschen herauszufiltern.
Transiente Analyse
- Folgt den Komponenten auch bei Geschwindigkeitsänderungen.
- Ermöglicht eine kontinuierliche Messung während der Beschleunigung und Verzögerung.
- Es ist kein stationärer Zustand erforderlich.
- Zeigt ein geschwindigkeitsabhängiges Verhalten auf, das bei einer statischen Messung übersehen würde.
4. Einschränkungen und zu beachtende Punkte
Dazu ist ein Drehzahlmesser erforderlich
- Eine genaue Geschwindigkeitsangabe ist zwingend erforderlich.
- Die Qualität des Drehzahlsignals schränkt die Filterleistung direkt ein.
- Es darf nicht an Geräten ohne Drehzahlreferenz verwendet werden.
- Der einmal pro Umdrehung erzeugte Impuls muss zuverlässig sein, sonst kommt es zu Abweichungen bei der Spurführung.
Es erfasst nur synchrone Komponenten
- Asynchrone Fehler werden nicht erfasst – darunter die meisten Lagerdefekte, die Folgendes produzieren asynchrone Schwingung.
- Die Frequenzen der Stromleitungen werden nicht erfasst.
- Zufällige Schwingungen und Breitbandschwingungen werden herausgefiltert.
- Für eine vollständige Diagnose sind ergänzende Untersuchungen erforderlich.
Abwägungen bei der Filterbandbreite
- Enger Filter: bessere Unterdrückung benachbarter Frequenzen, reagiert jedoch langsamer auf Geschwindigkeitsänderungen.
- Breiter Filter: schnellere Nachführung, kann jedoch in der Nähe befindliche Komponenten erfassen.
- Optimal: Eine Bandbreite von 5–10 % eignet sich für die meisten Anwendungen und sorgt für ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Selektivität und Nachführgeschwindigkeit.
5. Tracking-Filter im Vergleich zur FFT
Ein Tracking-Filter und eine FFT ergänzen sich eher, als dass sie miteinander konkurrieren. Die FFT zeigt das gesamte Spektrum bei konstanter Geschwindigkeit an; das Tracking-Filter verfolgt eine einzelne Frequenz bei wechselnder Geschwindigkeit. Die Tabelle fasst zusammen, wo die jeweiligen Stärken liegen.
| Besonderheit | FFT-Analyse | Tracking-Filter |
|---|---|---|
| Geschwindigkeitsanforderung | Funktioniert bei jeder Geschwindigkeit | Erfordert einen Drehzahlmesser |
| Variation der Geschwindigkeit | Erfordert eine konstante Drehzahl | Bewältigt veränderliche Drehzahlen |
| Informationen | Volles Spektrum, alle Frequenzen | Nur erste Ordnung |
| Asynchrone Fehler | Erkennt alle Fehler | Übersieht nicht-synchrone (Fehler) |
| Transiente Analyse | Schwierig | Ausgezeichnet |
| Am besten geeignet für | Allgemeine Diagnostik, stationärer Zustand | Analyse der kritischen Drehzahl, variable Drehzahl |
6. Moderne Umsetzungen
Digitale Tracking-Filter
- In der Software moderner Analysegeräte implementiert.
- Verfolgen mehrere Ordnungen gleichzeitig – 1×, 2×, 3× parallel.
- Bieten eine anpassbare Bandbreite.
- Anzeige in Echtzeit während Transienten.
Integration mit der Auftragsanalyse
- Tracking-Filter bilden die Grundlage für eine umfassende Auftragsanalyse.
- Es wird das gesamte Auftragsspektrum extrahiert, d. h. alle Aufträge zusammen.
- Die Ergebnisse werden als Farbkarten dargestellt, die die Ordnung in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit zeigen und in engem Zusammenhang mit der Wasserfall und Kaskade Anzeigen.
- Kritische Geschwindigkeiten lassen sich automatisch aus den Auftragsverfolgungsdaten ermitteln.
7. Tracking-Filter beim Feldauswuchten
Bei einem tragbaren Messgerät sorgt der Tracking-Filter dafür, dass die Auswuchtmessung zuverlässig bleibt, wenn die Drehzahl nicht vollkommen konstant ist. Indem er nur die 1. Ordnung durchlässt und alles andere... liefert der Software einen sauberen Amplituden- und Phasenvektor als Ausgangsbasis. Der Balanset-1A nutzt genau diesen Ansatz: Der Drehzahlimpuls bestimmt die Laufgeschwindigkeit, die synchrone 1×-Komponente wird bei Betriebsdrehzahl an den Maschinenlagern extrahiert, und der daraus resultierende Vektor steuert die Berechnungen für Prüfgewicht und Korrektur – und ermittelt anschließend die Restschwingung nach der Korrektur. Der Tracking-Filter ist der stille Mechanismus, der dafür sorgt, dass diese Werte auch an realen, leicht unruhig laufenden Maschinen reproduzierbar sind.
Tracking-Filter sind spezialisierte, aber leistungsstarke Werkzeuge, insbesondere für die Rotordynamik und Anlagen mit variabler Drehzahl. Indem sie ihren Fokus auf eine ausgewählte Ordnung richten, während sich die Drehzahl ändert, ermöglichen sie eine Transientenanalyse und eine drehzahlunabhängige Überwachung, die herkömmliche FFT-Verfahren nicht bieten können – und genau deshalb spielen sie nach wie vor eine zentrale Rolle bei der Ermittlung kritischer Drehzahlen und in der fortschrittlichen Maschinendiagnostik.
