Synchrones Mittelwertbilden verstehen

Tragbare Auswuchtmaschine, Schwingungsanalysator

Geräte

Portabler Balancer & Schwingungsanalysator Balanset-1A

Teile

Optischer Sensor (Laser-Tachometer)

Komplettes Schwingungsdiagnose- und Auswuchtset von Vibromera, inklusive vier Schwingungssensoren mit Kabeln, einem Signalschnittstellenmodul, einem Lasertachometer mit Magnetfuß, einer digitalen Waage, einem USB-Kabel und einem Tragekoffer. Das System ist für das Auswuchten von Rotoren im Feld und die Zustandsüberwachung an Industrieanlagen konzipiert.

Geräte

Magnetischer Ständer Größe-60-kgf

Teile

Dynamischer Balancer "Balanset-1A" OEM

Definition: Was ist synchrone Mittelwertbildung?

Synchrone Mittelwertbildung (auch Zeitbereichsmittelung oder Signalmittelung genannt) ist eine Signalverarbeitungstechnik in Schwingungsanalyse das periodische, drehzahlsynchrone Vibration Das Verfahren unterdrückt Rauschen und asynchrone Schwingungen und erfasst dabei gleichzeitig die Komponenten. Es funktioniert durch wiederholtes Abtasten der Schwingungen über viele Wellenumdrehungen (ausgelöst durch ein einmal pro Umdrehung erzeugtes Tachometersignal) und anschließendes Mitteln der entsprechenden Punkte in jeder Umdrehung. Periodische Komponenten, die sich in jeder Umdrehung identisch wiederholen, werden durch die Mittelwertbildung verstärkt, während Rauschen und nicht-synchrone Komponenten sich gegenseitig aufheben. Dadurch wird das Signal-Rausch-Verhältnis deutlich verbessert.

Die synchrone Mittelwertbildung ist besonders leistungsfähig bei der Diagnose von Getriebeproblemen (Isolation der einzelnen Eingriffseigenschaften der Zahnräder) und kann subtile periodische Muster aufdecken, die im Rauschen verborgen sind und in herkömmlichen Verfahren unsichtbar blieben. Zeitwellenformen oder FFT-Spektren.

Wie die synchrone Mittelwertbildung funktioniert

Der Prozess

Triggersignal: Einmal pro Umdrehung erfolgender Impuls von Drehzahlmesser oder Schlüsselphasengeber definiert den Beginn jeder Umdrehung
Datensegmentierung: Das Vibrationssignal wird in gleich lange Segmente unterteilt, eines pro Umdrehung.
Ausrichtung: Alle Segmente sind auf den Triggerimpuls ausgerichtet (gleicher Startpunkt).
Punktweise Mittelwertbildung: Die entsprechenden Punkte in jedem Segment wurden zusammen gemittelt.
Ergebnis: Einzelne gemittelte Wellenform, die eine Umdrehung darstellt
Rauschunterdrückung: Zufällige Komponenten heben sich auf; periodische Komponenten verstärken sich.

Mathematische Grundlagen

Periodische Signale addieren sich kohärent (phasengleich).
Zufälliges Rauschen summiert sich inkohärent (hebt sich statistisch auf).
Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses ∝ √N, wobei N = Anzahl der Mittelungen
Beispiel: 100 Mittelungen verbessern das Signal-Rausch-Verhältnis um das Zehnfache (20 dB).

Anwendungen

1. Getriebediagnose

Häufigste und leistungsstärkste Anwendung:

Zahneingriffsisolierung

Mittelwert synchron mit dem betreffenden Zahnrad
Verbessert das Maschenmuster des Zahnrads.
Unterdrückt andere Zahnräder und Lager
Zeigt individuelle Zahndefekte auf

Analyse jedes einzelnen Zahnes

Die gemittelte Wellenform zeigt deutlich den Eingriff jedes einzelnen Zahns.
Ein beschädigter Zahn äußert sich als Abweichung im Muster
Kann feststellen, welcher Zahn genau beschädigt ist.
Schweregradbeurteilung anhand der Abweichungsgröße

2. Verbesserung der Lageranalyse

Durchschnitt über den Zeitraum des Außenrings für die Isolierung von Außenringdefekten
Verstärkt periodische Stöße durch Lagerdefekte
Verringert die Überlagerung durch andere Vibrationsquellen
Besonders nützlich in lauten Umgebungen

3. Torsionsschwingung

Verbesserung der mit der Rotation synchronen Torsionskomponenten
Unterdrücken von seitlichen Vibrationen und Geräuschen
Torsionsresonanzen und Anregung aufdecken

4. Ausbalancieren

Verbessern Amplitude und Phase Messgenauigkeit
Insbesondere in lauten Umgebungen
Zuverlässiger Einflusskoeffizient Bestimmung

Vorteile

Rauschunterdrückung

Dramatische Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses
Kann Signale extrahieren, die 20-30 dB unter dem Rauschen liegen.
Ermöglicht Messungen in rauen Umgebungen

Fehleranalyse

Trennt die Signatur einer Komponente von anderen.
Beispiel: Trennung des Ritzeleingriffs vom Zahnradeingriff im Getriebe
Identifiziert, welche Komponente defekt ist

Verbesserte Auflösung

Enthüllt subtile Muster und Mängel
Zeigt Details, die im Rohsignal maskiert sind
Ermöglicht die frühzeitige Fehlererkennung

Anforderungen und Einschränkungen

Anforderungen

Tachometer: Zuverlässiger Auslöser, der einmal pro Umdrehung betätigt wird, unerlässlich
Konstante Geschwindigkeit: Die Geschwindigkeit muss relativ konstant sein (±1-2%)
Ausreichende Mittelwerte: Typischerweise 50-200 Umdrehungen für gute Ergebnisse.
Periodisches Signal: Verbessert nur wirklich periodische Komponenten

Einschränkungen

Unterdrückt nicht-synchrone Verwerfungen: Zufällige Defekte, die meisten Lagerfehler reduzierten
Geschwindigkeitsvariationen: Geschwindigkeitsänderungen während der Mittelwertbildung Unschärfeergebnisse
Zeitaufwand: Es müssen Daten über viele Revolutionen hinweg gesammelt werden.
Nicht in Echtzeit: Nachbearbeitung erforderlich

Vergleich mit anderen Techniken

Synchrone Mittelwertbildung vs. lineare Mittelwertbildung

Synchron: Mittelwerte im Zeitbereich, synchron mit der Rotation, verstärken periodische
Linear: Mittelt FFT-Spektren und reduziert so zufällige Schwankungen in allen Frequenzen.
Anwendungsfälle: Synchron für Zahnräder; linear für allgemeine Spektrumglättung

Synchrone Mittelwertbildung vs. Hüllkurvenanalyse

Synchrone Mittelwertbildung: Zeitbereich, verstärkt periodische Muster
Hüllkurvenanalyse: Frequenzbereich, erkennt wiederholte Stöße
Komplementär: Kann beides für eine umfassende Analyse kombinieren.

Praktische Umsetzung

Aufstellen

Installieren Sie einen Drehzahlmesser mit deutlichem Impuls (einmal pro Umdrehung).
Anzahl der Mittelwerte festlegen (typischerweise 50-200)
Signallänge definieren (1 Umdrehung, 10 Umdrehungen usw.).
Geschwindigkeitsstabilität prüfen

Datenerfassung

Erfassen Sie Schwingungsdaten über einen Mittelungszeitraum
Das Instrument segmentiert und mittelt automatisch.
Anzeige des gemittelten Wellenformverlaufs
Oft wird die FFT des gemittelten Signals (erweitertes Spektrum) berechnet.

Interpretation

Untersuchen Sie die gemittelte Wellenform auf periodische Muster
Achten Sie auf Abweichungen, die auf Mängel hinweisen.
Vergleichen Sie mit bekannten, funktionierenden Signaturen
Quantifizierung des Schweregrades des Defekts anhand der Abweichungsamplitude

Erweiterte Varianten

Getriebesynchrone Mittelwertbildung

Auslöser vom betreffenden Zahnrad (nicht von der Welle)
Zeigt das Maschenmuster für dieses spezifische Zahnrad an
Erfordert einen Encoder oder einen Mehrimpuls-Drehzahlmesser

Mittelwertbildung über mehrere Ordnungen

Durchschnitt mehrerer gleichzeitiger Bestellungen
Trennen Sie die 1×-, 2×- und 3×-Komponenten.
Bietet umfassenden Bestellinhalt

Differenzsignal

Subtrahiere das gemittelte Signal vom Rohsignal
Restwert zeigt an, was entfernt wurde (asynchrone Komponenten).
Nützlich zur Identifizierung von Lagerschäden nach dem Entfernen des Zahneingriffs.

Die synchrone Mittelwertbildung ist eine hochentwickelte Signalverarbeitungstechnik, die die Sichtbarkeit periodischer, drehzahlsynchroner Schwingungsmuster deutlich verbessert und gleichzeitig Rauschen und asynchrone Komponenten unterdrückt. Die Beherrschung der synchronen Mittelwertbildung ermöglicht eine fortschrittliche Getriebediagnose, die frühzeitige Fehlererkennung in geräuschvollen Umgebungen und die Isolierung spezifischer Bauteilsignaturen in komplexen Maschinen.

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Was ist synchrone Mittelwertbildung? Signalverbesserung

Veröffentlicht von admin auf Oktober 31, 2025 Oktober 31, 2025