Tracking-Filter verstehen
Definition: Was ist ein Tracking-Filter?
Tracking-Filter (auch Ordnungsverfolgungsfilter oder Synchronfilter genannt) ist ein schmalbandiger Bandpassfilter in Schwingungsanalyse Instrumente, die ihre Mittenfrequenz automatisch an ein Vielfaches (eine Größenordnung) der Drehzahl der Maschine anpassen. Beispielsweise passt ein “1×-Tracking-Filter” seine Frequenz kontinuierlich an die Drehzahl an, filtert alle anderen Frequenzen heraus und lässt nur die Grundfrequenz (1×) durch. Entsprechend passen 2×- und 3×-Tracking-Filter die Frequenz an die zwei- bzw. dreifache Drehzahl an.
Tracking-Filter sind unverzichtbare Werkzeuge zur Analyse von drehzahlvariablen Anlagen, Anlauf- und Auslaufvorgängen sowie zur Isolierung spezifischer Ordnungskomponenten in Auftragsanalyse. Sie ermöglichen die Messung von Amplitude und Phase von synchronen Komponenten auch bei Änderungen der Maschinengeschwindigkeit.
So funktionieren Tracking-Filter
Grundprinzip
- Geschwindigkeitsreferenz: Tachometer oder Schlüsselphasengeber liefert einen Impuls pro Umdrehung
- Frequenzberechnung: Das Instrument berechnet die momentane Drehzahl aus dem Drehzahlmesser.
- Multiplikation nach der Reihenfolge: Multipliziert die Rotationsfrequenz mit der Ordnungszahl (1, 2, 3 usw.).
- Filterzentrierung: Schmalbandfilter mit Mittenfrequenz der berechneten Frequenz
- Kontinuierliche Anpassung: Bei Geschwindigkeitsänderungen passt sich die Filterfrequenz kontinuierlich an.
- Ausgabe: Gefiltertes Signal, das nur die ausgewählte Ordnungskomponente enthält
Filtereigenschaften
- Bandbreite: Typischerweise ±2-10% der Mittenfrequenz
- Enge: Unterdrückt effektiv benachbarte Frequenzen
- Tracking-Rate: Kann schnell wechselnden Geschwindigkeiten folgen.
- Mehrere Filter: Moderne Instrumente ermöglichen die gleichzeitige Verfolgung mehrerer Aufträge.
Anwendungen
1. Anlauf- und Auslaufanalyse
Hauptanwendungsgebiet für Tracking-Filter:
- Verfolgen Sie 1× Amplitude und Phase in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit während der Transienten
- Erzeugen Bode-Diagramme (Amplitude und Phase vs. Geschwindigkeit)
- Identifizieren kritische Geschwindigkeiten von Amplitudenspitzen
- Messen Dämpfung aus der Resonanzspitzenbreite
- Gleichzeitiges Verfolgen von 2× und 3× zur Identifizierung mehrerer Modi
2. Analyse von Geräten mit variabler Drehzahl
- Auftragsbasierte Messungen trotz Geschwindigkeitsschwankungen beibehalten
- Frequenzumrichtergesteuerte Motoren mit stufenlos variabler Drehzahl
- Windkraftanlagen mit unterschiedlichen Windgeschwindigkeiten
- Prozessanlagen mit lastabhängigen Drehzahländerungen
- Ermöglicht eine konsistente Trenddarstellung unabhängig von Geschwindigkeitsschwankungen.
3. Ausbalancieren
- Verfolge die 1×-Komponente während Bilanzierung Verfahren
- Für eine sauberere Messung Komponenten, die nicht 1× entsprechen, herausfiltern.
- Phasenmessung nur bei 1× Frequenz
- Verbessert die Genauigkeit durch Unterdrückung anderer Vibrationsquellen
4. Auftragsbezogene Analyse
- Einzelne Bestellungen für eine detaillierte Untersuchung isolieren.
- Beispiel: 2× verfolgen, um die Progression der Fehlausrichtung zu überwachen
- Laufrichtung der Schaufeln in Ventilatoren/Pumpen
- Trennen Sie überlappende Frequenzkomponenten
Vorteile von Tracking-Filtern
Geschwindigkeitsunabhängigkeit
- Messungen sind unabhängig von Geschwindigkeitsschwankungen aussagekräftig.
- Vergleichen Sie Daten unterschiedlicher Geschwindigkeiten auf derselben Basis (Reihenfolge).
- Unverzichtbar für Geräte ohne konstante Drehzahl
Komponentenisolierung
- Trennt die spezifische Ordnung von allen anderen Frequenzen
- Sauberere Signale als bei der Vollspektrum-FFT
- Besseres Signal-Rausch-Verhältnis für Ordnungskomponenten
- Ermöglicht präzise Amplituden- und Phasenmessung
Transientenanalyse
- Komponenten der Schienenführung bei Geschwindigkeitsänderungen
- Kontinuierliche Messung während der Beschleunigung/Verzögerung
- Es ist kein stationärer Zustand erforderlich
- Zeigt geschwindigkeitsabhängiges Verhalten
Einschränkungen und Überlegungen
Benötigt Drehzahlmesser
- Genaue Geschwindigkeitsreferenz unerlässlich
- Die Qualität des Drehzahlmessersignals beeinflusst die Filterleistung
- Kann nicht an Geräten ohne Drehzahlvorgabe verwendet werden.
- Der Impuls einmal pro Umdrehung muss zuverlässig sein.
Nur Spuren synchroner Komponenten
- Nicht-synchrone Fehler werden nicht erfasst (die meisten Lagerdefekte).
- Elektrische Frequenzen werden nicht erfasst
- Zufällige Vibrationen herausgefiltert
- Für eine vollständige Diagnose müssen ergänzende Analysen herangezogen werden.
Kompromisse bei der Filterbandbreite
- Schmalfilter: Bessere Unterdrückung benachbarter Frequenzen, aber langsamere Reaktion auf Geschwindigkeitsänderungen
- Breitfilter: Schnellere Ortung, kann aber nahegelegene Komponenten einbeziehen
- Optimal: Typischerweise 5-10% Bandbreite für die meisten Anwendungen
Tracking-Filter vs. FFT
| Besonderheit | FFT-Analyse | Tracking-Filter |
|---|---|---|
| Geschwindigkeitsanforderung | Funktioniert bei jeder Geschwindigkeit | Benötigt Drehzahlmesser |
| Geschwindigkeitsvariation | Erfordert eine gleichmäßige Geschwindigkeit | Bewältigt unterschiedliche Geschwindigkeiten |
| Information | Volles Spektrum, alle Frequenzen | Nur Einzelbestellung |
| Nicht-synchrone Verwerfungen | Erkennt alle Fehler | Fehlt nicht-synchrone |
| Transientenanalyse | Schwierig | Exzellent |
| Am besten geeignet für | Allgemeine Diagnostik, stationärer Zustand | Analyse der kritischen Drehzahl, variable Drehzahl |
Moderne Implementierungen
Digitale Tracking-Filter
- Softwarebasierte Filter in modernen Analysatoren
- Mehrere gleichzeitige Bestellungen (1×, 2×, 3× gleichzeitig)
- Einstellbare Bandbreite
- Echtzeitanzeige während Übergangsvorgängen
Auftragsanalyse-Integration
- Tracking-Filter als Grundlage für eine umfassende Auftragsanalyse
- Vollständiges Ordnungsspektrum extrahiert (alle Ordnungen gleichzeitig)
- Farbkarten zur Darstellung von Ordnung vs. Geschwindigkeit
- Automatisierte Erkennung kritischer Geschwindigkeiten anhand von Auftragsverfolgungsdaten
Tracking-Filter sind spezialisierte, aber leistungsstarke Werkzeuge in der Schwingungsanalyse, insbesondere für die Rotordynamik und drehzahlvariable Maschinen. Indem sie den Fokus trotz Drehzahländerungen auf bestimmte Schwingungsordnungen beibehalten, ermöglichen Tracking-Filter die Analyse von Transienten und die drehzahlunabhängige Überwachung von Bauteilen, was mit Standard-FFT-Verfahren nicht möglich wäre. Daher sind sie unerlässlich für die Identifizierung kritischer Drehzahlen und die fortgeschrittene Maschinendiagnostik.
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