Neue BK Connect-Applets für die Nachbearbeitung

In diesem Artikel werden wir eine mögliche Anwendung untersuchen, bei der der handgehaltene Analysator Typ 2250 zusammen mit einem BK Connect-Applet für die Nachbearbeitung periodischer Einzeluntersuchungen rotierender Maschinen eingesetzt wird. Der Typ 2250 wird als hochgradig mobile Lösung für Messungen im Feld mit einfachen Pass/Fail-Anzeigen verwendet, unterstützt durch das BK Connect-Applet für die nachgelagerte Ordnungsanalyse Typ 8490-G zur detaillierteren Analyse fehlgeschlagener Messungen.

Schwingungsmessungen werden verbreitet zur Zustandsüberwachung rotierender Maschinen eingesetzt. In großen Installationen erfolgt häufig eine permanente und kontinuierliche Überwachung. In Situationen mit räumlich weit verteilten oder mobilen Maschinen können jedoch periodische Schwingungsmessungen mit einem handgehaltenen Schwingungsanalysator praktischer sein. Der Typ 2250 eignet sich ideal für diese Anwendung, um nahezu jede Art von rotierenden Maschinen zu testen, vom Tischventilator bis zum Hubschraubertriebwerk.

Mit dem Modul für die FFT-Analyse BZ-7230 kann der Typ 2250 für einfache Pass- oder Fail-Messungen an rotierenden Maschinen während eines Hochlauf-Tests konfiguriert werden. Es können mehrere Toleranzfenster definiert werden, die jeweils Kriterien für Pegel in einem bestimmten Frequenzbereich angeben, anhand derer während des Hochlauf-Tests effektiv Kriterien für Schwingungen bei unterschiedlichen Maschinendrehzahlen festgelegt werden können. Nach der Einrichtung von Toleranzfenstern für eine bestimmte Maschine und einen bestimmten Test, kann die komplette Konfiguration als Vorlage gespeichert und kennwortgeschützt werden. Die daraus resultierende Vorlage kann für Feldtests sicher an Techniker weitergegeben werden und liefert eindeutige Messergebnisse, ohne dass spezielle Kenntnisse der Schall- und Schwingungsprüfung erforderlich sind.

Ein Hochlauf-Test mit Typ 2250, wie oben beschrieben, liefert schnell und einfach ein Pass- oder Fail-Ergebnis, hat jedoch nicht sehr viel diagnostische Aussagekraft. In Situationen, in denen eine Maschine in einem oder mehreren Toleranzfenstern die Grenzwerte überschreitet, kann eine zusätzliche Analyse mit dem BK Connect-Applet für die nachgelagerte Ordnungsanalyse helfen, die Ursache der Überschreitung zu erkennen und Aussagen hinsichtlich zukünftiger Maßnahmen zu liefern. 

Um unsere Messungen in BK Connect analysieren zu können, müssen wir am Typ 2250 die Signalaufzeichnung aktivieren. Mit der Option für die Signalaufzeichnung BZ-7226 kann der Typ 2250 so konfiguriert werden, dass die gesamte Messung als Wave-Datei mit 24-Bit und 48 kHz aufgezeichnet wird. Die CCLD-Laser-Tachometersonde Typ 2981 kann ebenfalls an Typ 2250 angeschlossen werden, um zusätzlich zur Messung die Drehzahl zu erfassen, mit Anzeige in Echtzeit und automatischer Codierung in die Wave-Datei zur Nachbearbeitung. Mit diesen Ergänzungen kann nun in BK Connect eine Ordnungsanalyse der Messungen durchgeführt werden.

Aber warum sollte man eine Ordnungsanalyse durchführen? Bei der Ordnungsanalyse wird die Messung mit den Umdrehungen, der Drehzahl und den Oberschwingungsordnungen des rotierenden Teils der zu untersuchenden Maschine in Beziehung gesetzt. Mechanische Systeme mit rotierenden Elementen erfahren periodische Anregungskräfte mit einer Grundfrequenz, die der Rotationsfrequenz folgt. Diese Anregungskräfte führen zu entsprechenden periodischen Antwortsignalen, d. h. Signalen, die die Grund- (Rotations-)Frequenz und ihre Oberschwingungen enthalten. Mit den Verfahren zur Ordnungsanalyse können wir diese Oberschwingungsordnungen aus den Antwortsignalen extrahieren und so zusätzliche Einblicke in die Ursachen von Schall- und Schwingungsphänomenen im zu untersuchenden System erhalten. 

Das BK Connect-Applet für die nachgelagerte Ordnungsanalyse Typ 8490-G enthält Vorlagen für die Extraktion der Ordnung aus der FFT-Analyse und die digital neu berechnete Ordnungstracking-Analyse. Im Folgenden sind diese Techniken zusammen mit einigen ihrer wichtigsten Vor- und Nachteile im Überblick dargestellt. Natürlich kann ein und dieselbe Messung in BK Connect mit jeder der beiden Techniken analysiert werden, so dass keine Notwendigkeit besteht, bereits zum Zeitpunkt der Messung zu wählen, welche Technik verwendet werden soll.

Eine Extraktion der Ordnung aus der FFT-Analyse oder eine Hochlauf-Messung zeigt den Zusammenhang zwischen Frequenzspektren und Drehzahl. Bei dieser Analyse wird für jedes Drehzahlintervall (berechnet aus dem Tachometersignal) ein Mehrfachpuffer von FFT-Frequenzspektren berechnet. Da die Spektren immer noch als Frequenz dargestellt werden, hat diese Analyse den Vorteil, dass von der einfachen Frequenzanalyse kommende Anwender damit vertraut sind, und besonders hervortretende Merkmale der Messung leichter mit hörbaren Phänomenen in Verbindung gebracht werden können. Konstante Frequenzanteile wie Strukturresonanzen können anhand eines Konturplots leicht identifiziert werden und manifestieren sich als vertikale Linien bei festen Frequenzen. Da jedoch jeder Spektralabschnitt einen Drehzahlbereich darstellt, kann das „Verschmieren“ der Ordnungsanteile eine Separierung höherer Ordnungen erschweren, insbesondere bei hohen Durchlaufgeschwindigkeiten im Hochlauf. 

In einer Ordnungstracking-Analyse wird das Messsignal mit Hilfe des Tachometersignals gemäß der Drehzahl der Maschine neu berechnet, um eine konstante Anzahl von Samples pro Umdrehung zu erhalten. Die Fourier-Transformation des neu berechneten Signals ergibt das Ordnungsspektrum, wobei die Oberschwingungsordnungen auf einer x-Achse mit der Grunddrehzahl des Systems und nicht mit der Frequenz in Hertz in Beziehung gebracht werden. Auf einem Konturplot erscheinen die Ordnungen und die interharmonischen Komponenten als deutliche vertikale Linien und konstante Frequenzanteile wie Strukturresonanzen folgen Hyperbeln auf dem Konturplot. Die Ordnungsanteile werden nicht mehr „verschmiert“, was Oberschwingungen höherer Ordnung erkennbar macht. Zusammen mit Kenntnissen des zu untersuchenden Systems, wie der Anzahl der Rotorblätter eines Lüfters oder der Zähne in einem Getriebe, kann diese Analyse auch Erkenntnisse über die Beziehungen zwischen Systembauteilen und Ordnungsanteilen liefern und so die Fehlerdiagnose unterstützen. 

Dieser Artikel liefert nur eine oberflächliche Darstellung der Theorie und Anwendungen der Ordnungsanalyse und des Ordnungstrackings und der Möglichkeiten der nachgelagerten Analyse in BK Connect zur Erhöhung der diagnostischen Aussagekraft von Schwingungsmessungen mit Typ 2250. Ähnliche Vorteile ergeben sich durch die Kombination von Messungen mit dem handgehaltenen Typ 2250 oder Typ 2270 mit anderen BK Connect-Applets, wobei die einfache Handhabung und Möglichkeit des mobilen Einsatzes des handgehaltenen Analysators für Messungen im Feld erhalten bleibt.

Analysetechniken ermöglichen es uns, die Ordnungen dieser Oberschwingungen aus den Antwortsignalen zu extrahieren, was uns zusätzliche Einblicke in die Ursachen von Schall- und Schwingungsphänomenen im zu testenden System gibt. 
Das BK Connect-Applet für die nachgelagerte Ordnungsanalyse Typ 8490-G enthält Vorlagen für die Extraktion der Ordnung aus der FFT-Analyse und die digital neu berechnete Ordnungstracking-Analyse. Im Folgenden sind diese Techniken zusammen mit einigen ihrer wichtigsten Vor- und Nachteile im Überblick dargestellt. Natürlich kann in BK Connect die gleiche Messung mit jeder der beiden Techniken analysiert werden, so dass keine Notwendigkeit besteht, die Technik zum Zeitpunkt der Messung zu wählen.

Eine Extraktion der Ordnung aus der FFT-Analyse oder eine Hochlauf-Messung zeigt den Zusammenhang zwischen Frequenzspektren und Drehzahl. Bei dieser Analyse wird für jedes Drehzahlintervall (berechnet aus dem Tachometersignal) ein Mehrfachpuffer von FFT-Frequenzspektren berechnet. Da die Spektren immer noch als Frequenz dargestellt werden, hat diese Analyse den Vorteil, dass von der einfachen Frequenzanalyse kommende Anwender damit vertraut sind, und besonders hervortretende Merkmale der Messung leichter mit hörbaren Phänomenen in Verbindung gebracht werden können. Konstante Frequenzanteile wie Strukturresonanzen können anhand eines Konturplots leicht identifiziert werden und manifestieren sich als vertikale Linien bei festen Frequenzen. Da jedoch jeder Spektralabschnitt einen Drehzahlbereich darstellt, kann das „Verschmieren“ der Ordnungsanteile eine Separierung höherer Ordnungen erschweren, insbesondere bei hohen Durchlaufgeschwindigkeiten im Hochlauf. 

In einer Ordnungstracking-Analyse wird das Messsignal mit Hilfe des Tachometersignals gemäß der Drehzahl der Maschine neu berechnet, um eine konstante Anzahl von Samples pro Umdrehung zu erhalten. Die Fourier-Transformation des neu berechneten Signals ergibt das Ordnungsspektrum, wobei die Oberschwingungsordnungen auf einer x-Achse mit der Grunddrehzahl des Systems und nicht mit der Frequenz in Hertz in Beziehung gebracht werden. Auf einem Konturplot erscheinen die Ordnungen und die interharmonischen Komponenten als deutliche vertikale Linien und konstante Frequenzanteile wie Strukturresonanzen folgen Hyperbeln auf dem Konturplot. Die Ordnungsanteile werden nicht mehr „verschmiert“, was Oberschwingungen höherer Ordnung erkennbar macht. Zusammen mit Kenntnissen des zu untersuchenden Systems, wie der Anzahl der Rotorblätter eines Lüfters oder der Zähne in einem Getriebe, kann diese Analyse auch Erkenntnisse über die Beziehungen zwischen Systembauteilen und Ordnungsanteilen liefern und so die Fehlerdiagnose unterstützen. 

Dieser Artikel liefert nur eine oberflächliche Darstellung der Theorie und Anwendungen der Ordnungsanalyse und des Ordnungstrackings und der Möglichkeiten der nachgelagerten Analyse in BK Connect zur Erhöhung der diagnostischen Aussagekraft von Schwingungsmessungen mit Typ 2250. Ähnliche Vorteile ergeben sich durch die Kombination von Messungen mit dem handgehaltenen Typ 2250 oder Typ 2270 mit anderen BK Connect-Applets, wobei die einfache Handhabung und Möglichkeit des mobilen Einsatzes des handgehaltenen Analysators für Messungen im Feld erhalten bleibt.