Was ist die Zahneingriffsfrequenz? Getriebediagnose • Tragbarer Auswuchtapparat, Schwingungsanalysator "Balanset" zum dynamischen Auswuchten von Brechern, Ventilatoren, Mulchern, Schnecken an Mähdreschern, Wellen, Zentrifugen, Turbinen und vielen anderen Rotoren Was ist die Zahneingriffsfrequenz? Getriebediagnose • Tragbarer Auswuchtapparat, Schwingungsanalysator "Balanset" zum dynamischen Auswuchten von Brechern, Ventilatoren, Mulchern, Schnecken an Mähdreschern, Wellen, Zentrifugen, Turbinen und vielen anderen Rotoren

Was ist die Zahneingriffsfrequenz? Getriebediagnose

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Verständnis der Zahneingriffsfrequenz

Definition: Was ist die Zahneingriffsfrequenz?

Zahneingriffsfrequenz (GMF, auch Zahneingriffsfrequenz oder Zahneingriffsfrequenz genannt) ist die Vibration Frequenz, die durch den Eingriff der Zahnräder beim Ein- und Ausrücken während der Zahnradrotation entsteht. Sie wird berechnet, indem die Anzahl der Zähne eines Zahnrads mit seiner Drehzahl multipliziert wird (GMF = Anzahl der Zähne × U/min / 60). GMF stellt die Geschwindigkeit dar, mit der die Zähne ineinander greifen, und ist typischerweise die dominierende Frequenz in Getriebeschwingungsspektren.

Das Verständnis und die Überwachung von GMF ist für die Getriebediagnose von grundlegender Bedeutung, da die Amplitude, Obertöne, Und Seitenbänder des GMF-Peaks liefern detaillierte Informationen über den Zustand des Getriebes, einschließlich Verschleiß, Fehlausrichtung, Zahndefekten und ausreichender Schmierung.

Berechnung der Zahneingriffsfrequenz

Grundformel

GMF kann aus beiden Zahnrädern eines Zahnradpaars berechnet werden:

  • GMF = NRitzel × U/minRitzel / 60 (mit Ritzel)
  • GMF = NGang × U/minGang / 60 (mit Ausrüstung)
  • Beide Methoden führen zum gleichen Ergebnis (müssen, da Zähne ineinander greifen)

Beispielberechnungen

Beispiel 1: Einfaches Getriebe

  • Eingang (Ritzel): 20 Zähne bei 1800 U/min
  • Abtrieb (Getriebe): 60 Zähne bei 600 U/min
  • GMF = 20 × 1800 / 60 = 600 Hz
  • Verifizierung: 60 × 600 / 60 = 600 Hz ✓

Beispiel 2: Mehrstufiges Getriebe

  • Erste Stufe: 18 Zähne bei 3600 U/min → GMF₁ = 1080 Hz
  • Zweite Stufe: 25 Zähne bei 1200 U/min → GMF₂ = 500 Hz
  • Dritte Stufe: 30 Zähne bei 400 U/min → GMF₃ = 200 Hz
  • Spektrum: Zeigt Spitzen bei allen drei Frequenzen sowie Harmonische und Seitenbänder

GMF in Schwingungsspektren

Normales (gesundes) Getriebe

  • GMF-Spitze: Klarer Peak bei berechneter Frequenz
  • Amplitude: Mäßig, über die Zeit hinweg konstant
  • Obertöne: 2×GMF und 3×GMF können vorhanden sein, aber mit geringer Amplitude (< 25% von GMF)
  • Seitenbänder: Minimal oder nicht vorhanden
  • Wellengeschwindigkeiten: 1× Spitzen für Eingangs- und Ausgangswellen niedriger als GMF

Abnormale Signaturen weisen auf Probleme hin

Hohe GMF-Amplitude

  • Ursache: Allgemeiner Zahnradverschleiß, Fehlausrichtung, hohe Belastungen
  • Indikator: GMF-Amplitude nimmt mit der Zeit zu
  • Aktion: Erhöhen Sie die Überwachungshäufigkeit, planen Sie Inspektionen

Mehrere GMF-Harmonische

  • Ursache: Zahnradzahndefekte, starker Verschleiß, schlechtes Kontaktmuster
  • Muster: 2×GMF, 3×GMF, 4×GMF mit signifikanten Amplituden
  • Schwere: Mehr Oberwellen = schwerwiegenderer Zustand

Seitenbänder um GMF

Seitenbänder sind Modulationen des GMF durch die Wellengeschwindigkeiten:

  • Ritzelseitenbänder: GMF ± Eingangswellendrehzahl → weist auf Ritzeldefekte hin
  • Getriebeseitenbänder: GMF ± Abtriebswellendrehzahl → weist auf Getriebedefekte hin
  • Mehrere Seitenbänder: GMF ± n×(Wellendrehzahl) wobei n = 1, 2, 3… → spezifische Zahndefekte
  • Asymmetrische Seitenbänder: Stärker auf einer Seite weist auf exzentrisches Getriebe oder ungleiche Zahnteilung hin

Diagnostische Interpretation

Beurteilung des Getriebezustands

Zustand GMF-Amplitude Obertöne Seitenbänder
Neu/Gut Niedrig, stabil Minimal (< 25% von GMF) Fehlend oder sehr klein
Normale Abnutzung Moderater, schrittweiser Anstieg 2×GMF vorhanden, aber niedrig Kleine Seitenbänder können auftreten
Mäßige Abnutzung Hoher, anhaltender Anstieg 2×, 3×GMF sichtbar Klare Seitenbänder ± Wellenfrequenzen
Starke Abnutzung/Beschädigung Sehr hoch Mehrere Harmonische (4×, 5×+) Mehrere Seitenbandfamilien
Lokalisierter Defekt Mäßig Gegenwärtig Starke, regelmäßig verteilte Seitenbänder

Spezifische Fehlersignaturen

Zahnradfehlstellung

  • Hohe 2×GMF- und 3×GMF-Harmonische
  • Axiale Vibrationen können erhöht sein
  • Verbessert durch Korrektur der Gangausrichtung

Exzentergetriebe

  • Starke Seitenbänder bei ±1× Wellendrehzahl des Exzentergetriebes
  • Der Zahnkontakt variiert einmal pro Umdrehung
  • Möglicherweise ist eine Amplitudenmodulation in der Zeitwellenform zu sehen

Gebrochener oder gerissener Zahn

  • Seitenbänder mit hoher Amplitude bei Wellendrehzahlabstand
  • Ein Schlag pro Umdrehung des defekten Zahnrads
  • Kann impulsive Ereignisse in der Zeitwellenform zeigen
  • Schnelles Amplitudenwachstum

Unzureichende Schmierung

  • Erhöhte GMF-Amplitude durch erhöhte Reibung
  • Zunahme hochfrequenter Geräusche
  • Temperaturanstieg im Getriebe

GMF und Strukturresonanz

GMF fällt oft in einen Bereich, der strukturelle Resonanzen anregt:

  • Typisches GMF: 200-2000 Hz für Industriegetriebe
  • Rahmen-Eigenfrequenzen: Oft 50–500 Hz
  • Passend dazu: GMF oder Oberwellen können Rahmen- oder Gehäuseresonanzen anregen
  • Ergebnis: Lautes Getriebeheulen, übermäßige Gehäusevibration
  • Lösung: Gehäuse versteifen, Dämpfung hinzufügen, Zahnradzähnezahl ändern (verändert GMF)

Überwachungsstrategie

Basislinienfestlegung

  • Zeichnen Sie die GMF-Amplitude auf, wenn das Getriebe neu oder frisch überholt ist
  • Dokumentieren Sie normale harmonische und Seitenbandpegel
  • Legen Sie Alarmgrenzen fest (normalerweise das 2- bis 3-fache des Basiswerts).

Trendparameter

  • GMF-Amplitude: Primärer Indikator für den Gesamtzustand des Getriebes
  • Harmonische Verhältnisse: 2×GMF/GMF, 3×GMF/GMF-Anstieg zeigt Verschlechterung an
  • Seitenbandenergie: Summe der Seitenbandamplituden
  • Hochfrequenzinhalt: Breitbandenergie im Bereich von 5–50 kHz (Beschaffenheit der Zahnradoberfläche)

Alarmstufen

  • Alarm: GMF-Amplitude 2× Basislinie
  • Alarm: GMF-Amplitude 4× Basislinie oder schnelle Erhöhung
  • Kritisch: Mehrere starke Harmonische, ausgedehnte Seitenbänder oder 10-fache Grundlinie

Die Zahneingriffsfrequenz ist die Grundlage für die Überwachung und Diagnose des Getriebezustands. Das Verständnis der GMF-Berechnung, der Unterscheidung normaler und abnormaler Spektralmuster sowie der diagnostischen Bedeutung von Oberwellen und Seitenbändern ermöglicht die effektive Erkennung von Getriebeproblemen lange vor einem katastrophalen Ausfall. Dies ermöglicht eine geplante Wartung und verhindert kostspielige Produktionsausfälle.

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