Frequenz in der Schwingungsanalyse verstehen

Definition: Was ist Schwingungsfrequenz?

Frequenz ist ein Maß dafür, wie oft ein sich wiederholendes Ereignis in einer bestimmten Zeiteinheit auftritt. In der Schwingungsanalyse quantifiziert es, „wie schnell“ ein Objekt schwingt oder vibriert. Es ist der wichtigste Parameter zur Diagnose der Grundursache eines Maschinenproblems. Während die Amplitude die *Stärke* einer Schwingung angibt, verrät uns die Frequenz die *Quelle*.

Die diagnostische Kraft der Frequenz

Das Kernprinzip der Schwingungsdiagnose besteht darin, dass verschiedene mechanische und elektrische Komponenten bei Ausfall Vibrationen mit bestimmten, vorhersehbaren Frequenzen erzeugen. Durch die Identifizierung der Frequenzen in der Schwingungssignatur einer Maschine kann ein Analytiker die genaue Komponente lokalisieren, die das Problem verursacht. Dies ist vergleichbar mit der Art und Weise, wie ein Arzt mit einem Stethoskop auf bestimmte Geräusche achtet, die auf verschiedene Erkrankungen hinweisen.

Jeder potenzielle Fehler hat eine charakteristische Frequenzsignatur:

• Ein Problem mit der gesamten rotierenden Baugruppe, wie Unwucht, wird bei der Rotationsfrequenz der Welle (1x Laufgeschwindigkeit) angezeigt.
• Ein Problem im Zusammenhang mit der Ausrichtung zwischen zwei Wellen, wie Fehlausrichtung, erscheint typischerweise bei der doppelten Laufgeschwindigkeit (2x).
• Ein Defekt an einem Wälzkörper Lager erzeugt Frequenzen basierend auf seiner genauen Geometrie und der Wellengeschwindigkeit.
• Probleme mit Getriebe erzeugt Signale mit der Zahnradeingriffsfrequenz (GMF), die sich aus der Anzahl der Zähne multipliziert mit der Geschwindigkeit des Zahnrads ergibt.

Frequenzeinheiten

Die Frequenz wird in mehreren verschiedenen Einheiten ausgedrückt und es ist wichtig, mit allen vertraut zu sein:

1. Hertz (Hz)

Dies ist die internationale Standardeinheit (SI) für die Frequenz. Ein Hertz entspricht einem Zyklus pro Sekunde. Dies ist die am häufigsten verwendete Einheit in technischen und wissenschaftlichen Kontexten.

2. Zyklen pro Minute (CPM)

CPM wird häufig in der industriellen Instandhaltung verwendet, da es sich direkt auf die Drehzahl von Maschinen bezieht, die üblicherweise in Umdrehungen pro Minute (U/min) gemessen wird. Da eine Minute 60 Sekunden hat, ist die Umrechnung einfach:

CPM = Hz × 60

Beispielsweise entspricht eine Vibration bei 30 Hz 1.800 CPM.

3. Bestellungen

Ordnungen sind Vielfache der primären Laufgeschwindigkeit der Maschine. Die Laufgeschwindigkeit selbst ist die 1. Ordnung. Eine Schwingung bei doppelter Laufgeschwindigkeit ist die 2. Ordnung, bei dreifacher Geschwindigkeit die 3. Ordnung usw. Dies ist besonders nützlich für die Analyse von Maschinen mit wechselnder Geschwindigkeit, da die Ordnungen auch dann konstant bleiben, wenn sich die absolute Frequenz in Hz oder CPM ändert. Beispielsweise liegt eine Unwucht immer in der 1. Ordnung, unabhängig von der Maschinengeschwindigkeit.

Wie wird die Frequenz bestimmt?

Die in einem Vibrationssignal vorhandenen Frequenzen werden mithilfe eines Schnelle Fourier-Transformation (FFT)Ein Beschleunigungsmesser erfasst ein Rohsignal in Zeitform, und der FFT-Algorithmus verarbeitet dieses Signal, um ein Frequenzspektrum zu erstellen. Dieses Spektrum ist ein Diagramm, das alle einzelnen Frequenzen, aus denen die komplexe Schwingung besteht, deutlich darstellt. So kann der Analytiker die Spitzen identifizieren und sie potenziellen Fehlerquellen zuordnen.

Die Beziehung zwischen Frequenz, Geschwindigkeit und Beschleunigung

Bei einem gegebenen Schwingungsenergieniveau hängen die Amplituden von Verschiebung, Geschwindigkeit und Beschleunigung stark von der Frequenz ab. Aus diesem Grund werden für unterschiedliche Frequenzbereiche unterschiedliche Maßeinheiten bevorzugt:

• Niedrige Frequenzen: Der Hubraum ist am höchsten.
• Mittlere Frequenzen: Die Geschwindigkeit ist am höchsten.
• Hohe Frequenzen: Die Beschleunigung ist am höchsten.

Das Verständnis der Frequenz ist der Schlüssel zur Erschließung des Diagnosepotenzials der Schwingungsanalyse und zur Umwandlung von Rohdaten in umsetzbare Wartungsinformationen.

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