Diagnose von Getriebedefekten

1. Die Schwingungssignatur von Zahnrädern

Zahnräder sind eine grundlegende Komponente der Kraftübertragung in Industriemaschinen. Das Ineinandergreifen der Zähne ist ein naturgemäß lauter und vibrierender Prozess. Intakte Zahnräder erzeugen ein sehr deutliches und stabiles Vibrationssignal. Abweichungen davon sind ein deutlicher Hinweis auf Verschleiß oder Beschädigung.

Schwingungsanalyse ist eine äußerst effektive Methode, um Getriebedefekte in einem sehr frühen Stadium zu erkennen, lange bevor sie zu einem katastrophalen Ausfall eines Getriebes führen können.

2. Zahnradeingriffsfrequenz (GMF)

Die wichtigste Frequenz bei der Getriebeanalyse ist die Zahneingriffsfrequenz (GMF)Dies ist die Rate, mit der die Zähne der Zahnräder ineinander greifen.

GMF = Anzahl der Zähne eines Zahnrads × Drehzahl dieses Zahnrads

In einem gesunden Getriebe FFT-Spektrum wird einen klaren Höhepunkt bei der GMF zeigen, oft mit ein paar kleinen Obertöne (2xGMF, 3xGMF). Die Amplitude dieser GMF-Spitze ist ein Indikator für die Belastung der Zahnräder. Eine hohe GMF-Spitze allein ist nicht unbedingt ein Zeichen für einen Fehler, sondern eher für eine hohe Belastung. Der Schlüssel zur Diagnose liegt in der Betrachtung der Frequenzen um die GMF-Spitze.

3. Verwenden Seitenbänder zur Fehlerdiagnose

Seitenbänder sind das leistungsstärkste Werkzeug zur Diagnose spezifischer Getriebeprobleme. Es handelt sich um kleine Spitzen, die auf beiden Seiten des GMF und seiner Harmonischen auftreten. Der Abstand der Seitenbänder zeigt an, bei welcher Welle das Problem auftritt.

• Abgenutztes oder exzentrisches Zahnrad: Wenn ein Zahnrad verschlissen, exzentrisch oder herstellungsbedingt defekt ist, moduliert es die GMF bei der Drehzahl. Dadurch entstehen Seitenbänder um die GMF-Spitze, die im Abstand von Laufgeschwindigkeit (1X) der Welle dieses bestimmten Zahnrads. Wenn beispielsweise die GMF-Spitze Seitenbänder aufweist, die im Abstand zur Eingangswellendrehzahl liegen, liegt der Fehler am Eingangszahnrad.
• Zahnverschleiß: Allgemeiner Zahnverschleiß wird häufig durch einen Anstieg der Amplitude des GMF und seiner Harmonischen angezeigt, begleitet von 1X-Seitenbändern vom entsprechenden Zahnrad.
• Gebrochener oder abgebrochener Zahn: Ein einzelner gerissener oder gebrochener Zahn erzeugt eine starke Schwingungsspitze bei der einfachen Laufgeschwindigkeit des Zahnrads, oft mit vielen Oberwellen. Es entstehen außerdem Seitenbänder um den GMF, die im Abstand zur Laufgeschwindigkeit des Zahnrads angeordnet sind. Die Zeitwellenform ist auch hier sehr nützlich, da es bei jedem Versuch des abgebrochenen Zahns, ineinanderzugreifen, einen deutlichen, periodischen Aufprall zeigt.
• Fehlausrichtung der Zahnräder: Eine Zahnradfehlstellung weist häufig eine hohe 2X GMF-Harmonische auf, die manchmal größer ist als die primäre GMF-Spitze. Sie wird außerdem von Seitenbändern begleitet, die im Abstand zur Laufgeschwindigkeit liegen.

4. Spezialisierte Analysetechniken

Da Getriebeschwingungen komplex sein können, kommen häufig spezielle Techniken zum Einsatz:

• Zeitwellenformanalyse: Unverzichtbar zum Erkennen von Zahnbrüchen, die sich durch wiederholte, scharfe Stöße bemerkbar machen.
• Cepstrum-Analyse: Eine Technik, die verwendet wird, um Seitenbandfamilien deutlicher zu identifizieren, die in einem Standard-FFT-Spektrum möglicherweise schwer zu erkennen sind.

5. Stadien des Getriebeausfalls

Mithilfe einer Schwingungsanalyse kann der Verlauf eines Getriebeausfalls in mehreren Phasen verfolgt werden:

1. Stufe 1 (Früh): Um den GMF herum treten kleine Seitenbänder auf. Der Gesamtschwingungspegel ändert sich möglicherweise nicht.
2. Stufe 2 (mittelschwer): Die Amplitude der Seitenbänder nimmt zu und es können Harmonische des GMF mit ihren eigenen Seitenbändern auftreten.
3. Stufe 3 (schwer): Der GMF und seine Harmonischen können viele große Seitenbänder aufweisen. Die 1X-Frequenz des Problemgeräts kann ansteigen. Der Rauschpegel des Spektrums nimmt zu.
4. Stufe 4 (Katastrophal): Die GMF kann verschwinden und durch eine laute, zufällige Vibrationssignatur ersetzt werden, wenn die Zähne schwer beschädigt oder zerstört werden.

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