Rotational ODS+OMA Features synchrone Kanäle Frequenzbereich 0-20 khz 24 bit Auflösung ±10mV - ±10V in 1, 2, 5 Stufen Überblick AC/DC, ICP

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1 Rotational ODS+OMA Features synchrone Kanäle Frequenzbereich 0-20 khz 24 bit Auflösung ±10mV - ±10V in 1, 2, 5 Stufen AC/DC, ICP Time Recording, Offline Analyse Sensor-Datenbank Tachosignal mit 1 Peak/Umdrehung Signalübertragung mittels Schleifringe, Telemetrie, Quelle: Continental Teves AG, Hydraulische Bremssysteme, Frankfurt Überblick Das Rotational ODS+OMA ist eine Soft- und Hardwarelösung zur Bestimmung der modalen Größen (Eigenfrequenzen, Dämpfung und Eigenformen) von rotierenden Bauteilen im Betriebszustand. Voraussetzung zur Durchführung der Messungen sind ein oder mehrere mitrotierende Schwingungsaufnehmer sowie ein phasengenaues Drehzahlsignal. Die Übertragung der Schwingungssignale erfolgt wahlweise per Telemetrie oder über Schleifringe. Die Bestimmung der modalen Größen erfolgt mittels der Betriebsmodalanalyse (OMA) Software ARTeMIS Extractor. Nicht rotierende Punkte können ebenfalls in die Analyse mit einbezogen werden. Alternativ können für langsam rotierende Bauteile kompakte autonome Datenerfassungssysteme von MAUL-THEET angeboten werden, welche direkt auf dem Bauteil appliziert werden. Geometrie Editor Tachosignal-Validierung Overload Monitoring vmodal ODS ARTeMIS Extractor Windows XP, Windows 7 Anwendungsbereiche Bremsscheiben Windkraftanlagen Dieselmotoren Turbinen Großventilatoren Schiffsantriebe Schiffsschrauben Einsatzgebiete Prüfstände Labor Testzellen Wuchtanlagen

2 Rotational OMA + ODS Das Rotational OMA+ODS System wurde unter dem Aspekt entwickelt, strukturdynamische Untersuchungen speziell an rotierenden Bauteilen im Betrieb durchzuführen. Neben der klassischen Betriebsschwingformanalyse (ODS), steht mit der Betriebsmodalanalyse (OMA) ein Werkzeug zur Verfügung, welches die Bestimmung der modalen Größen (Eigenfrequenzen, Eigenformen und Dämpfungen) während des Betriebs ermöglicht. Die Erfassung erfolgt mittels Schwingungsaufnehmer, die auf dem Rotor appliziert sind, und somit ebenfalls rotieren. Da durch Erfassung der Drehbewegung mittels Drehzahlsensor die Position der mitrotierenden Sensoren zur jeder Zeit bekannt ist, können Signalblöcke für lokale Winkelbereiche analysiert werden. Diese Daten werden den Analyseprogrammen wie vmodalods oder ARTeMIS Extractor (OMA) übergeben und weiterverarbeitet. Quelle: Continental Teves AG, Hydraulische Bremssysteme, Frankfurt Software Die Datenerfassung erfolgt mit dem vanalyzer. Da die Zuverlässigkeit der Auswertung mit der Messdauer ansteigt, wird vorzugsweise im Recordmode, indem beliebig lange Messzeiten realisiert werden können, gemessen. Neben den Signalen der umlaufenden Sensoren müssen zusätzlich die Signale von einem oder mehreren nicht rotierenden Referenzaufnehmer sowie das Drehzahlsignal auf einem beliebigen Kanal erfasst werden. Durch den Bezug auf Referenzkanäle können für einen stationären Betriebszustand die Messungen natürlich auch sequentiell ausgeführt werden. Die Darstellung der Schwingformen erfolgt bei Betriebsschwingformanalysen und Betriebsmodalanalysen durch animierte Drahtgitter bestehend aus Punkten, Linien und Flächen. X Y Z OMA+ODS weitgehend automatisiert. Als Ausgangsbasis zur Generierung des Modells dient die Eingabe des Bauteilquerschnittes durch Punkte bzw. deren Flächenkoordinaten sowie zugehörigen Verbindungslinien. Durch Angabe der Anzahl der Gitterpunkte längs des Umfanges kann durch Rotation des Querschnittes ein dreidimensionales Gittermodell erstellt werden. Dies erledigt Rotational OMA+ODS per Knopfdruck. Die Generierung von Umfangspunkten, Linien und Flächen erfolgt automatisch. Das generierte Rotationsmodell wird im vmodal-format gespeichert, es kann aber jederzeit im ASCII oder UFF-Format exportiert werden. Drahtgittermodellgenerierung Die Erstellung von Drahtgittermodellen der rotierenden und somit rotationssymmetrischen Bauteile erfolgt mit Hilfe des Programmes Rotational

3 bei der klassischen Betriebsschwingformanalyse Auto und Kreuzspektren gemittelt werden. Aus den berechneten Transmissibiltäten können durch Peak-picking die Betriebsschwingformen für ausgewählte Frequenzen berechnet und animiert dargestellt werden. Für Schwingfrequenzen, die während einer Umdrehung des Objektes eine leichte Schwankung aufweisen, kann zusätzlich eine automatische Bandauswertung durchgeführt werden. Neben der Darstellung der Betriebsschwingformen durch animierte Drahtgitteranimationen stellt vmodal ODS weitere nützliche Ausgabemöglichkeiten zur Verfügung: Polarplot Amplitude vs. Drehwinkel Amplitudenverhältnis vs. Drehwinkel Frequenz vs. Drehwinkel Phase vs. Drehwinkel Wasserfall- und Kontourdarstellung In einem weiteren Schritt erfolgt die Zuordnung der Messkanäle zu umlaufenden Freiheitsgraden des Rotationsmodells. Zur Auswertung ist es notwendig, dass bekannt ist, an welchem Kanal welcher Querschnittspunkt in welcher Richtung gemessen wurde. Das Gleiche gilt für die Referenzpunkte bzw. nicht mitrotierende zusätzliche Messpunkte. Mit Rotational OMA+ODS können insgesamt 6 Referenzkanäle zum Einsatz kommen. Zur Auswertung ist zudem notwendig den Kanal mit der Drehzahlinformation auszuwählen. Dieser Messkanal dient der aktuellen Positionsbestimmung der umlaufenden Sensoren. Um den Phasenbezug herstellen zu können muss der Drehzahlkanal einen Peak pro Umdrehung aufweisen. Dieses Signal wird automatisch kalibriert. Anschließend wird für jeden gemessenen Abtastsample die Winkelposition des rotierenden Objektes berechnet. ACC Drehwinkel Frequenz Wasserfalldarstellung für eine Umdrehung vmodal ODS Durch die vorgegebene Umfangsteilung lassen sich für diese Aufnehmerpositionen Zeitblöcke vorgegebener Länge extrahieren. Diese Zeitblöcke werden nach Fensterbewertung (z.b. Hanning) mittels FFT in den Frequenzbereich transformiert. Nach Berücksichtigung der Verdrehung der Sensoren durch eine Koordinatentransformation können wie

4 Typische Stabilitätskarte Rotational OMA Das Rotational OMA Modul kann durch die Angabe von Tacho und Referenzkanälen vollautomatisiert komplette Datensätze für die Betriebsmodalanalyse Software ARTeMIS Extractor erzeugen. Diese Datensätzen enthalten: Die Geometrie in Form von Punkten, Linien und Flächen Die Kanalzuordnung jeder Messung Die Messdaten in Form von Zeitverläufen Die Datensätze können direkt an ARTeMIS Extractor übergeben werden. Durch den Data Organizer in ARTeMIS Extractor ist eine nachträgliche Kontrolle der eingelesenen Daten jederzeit möglich. Modale Größen von nichtlinearen Systemen? Die modalen Größen von linearen schwingungsfähigen Systemen sind Systemeigenschaften und somit unabhängig von den Erregergrößen bzw. dem Betriebszustand. Da die meisten technischen Systeme nichtlineare Eigenschaften haben, können die modalen Größen gar nicht oder nur ungenau für bestimme Erregerniveaus angegeben werden. Erstmalig ist es Rotational OMA möglich, die modalen Größen in Abhängigkeit von Betriebsparametern zu ermitteln. Aus Untersuchungen an Bremsscheiben kann mittels Rotational OMA der Einfluss des Bremsendruckes im Bremssattel auf die modalen Größen Eigenfrequenz und Dämpfung einfach und unproblematisch ermittelt werden. Durch die automatisierte Analyse im ARTeMIS Extractor können für die unterschiedlichen Bremsendrücke die modalen Größen dargestellt werden. Zur Bestimmung der modalen Größen stehen alle bekannten Algorithmen von ARTeMIS zur Verfügung: FDD (Frequency Domain Decomposition) EFDD (Enhanced FDD) SSI (Stochastic Subspace Identification) Die berechneten modalen Größen können aufgelistet und mit Hilfe umfangreicher Grafikfunktionen animiert werden. Des Weiteren stehen Werkzeuge zur Validierung der modalen Größen zur Verfügung: Überlagerung von Eigenschwingformen Stabilitätskarten Modal Assurance Criteria (MAC)

5 Quelle: Continental Teves AG, Hydraulische Bremssysteme, Frankfurt Produktentwicklung in erfolgreicher Zusammenarbeit mit Continental Teves AG, Hydraulische Bremssysteme, Frankfurt SPEZIFIKATIONEN Frontend Kanalanzahl Input Kopplung Extern via USB oder PC-intern synchron abgetastet 20 bit, ±10mV - ±10V, in 1,2,5er Stufen ICP, AC/DC Generator 1-8 Generatoren, Sinus, Rauschen, Sweep, Step,... Frequenzbereich Frequenzauflösung 0-20 khz Linien FFT-Analyse Auto, Kreuz, FRF (H1,2,3), Kohärenz, RMS,... Time-Recorder Drehzahl Schwingsignale Datenübertragung Auf Festplatte, RMS-Zeitverlauf, getriggert Optisch, induktiv, 1 Peak pro Umdrehung Triax-Beschleunigungsaufnehmer Telemetrie, Schleifringe, WLAN Betriebssystem Windows XP, Windows 7 Software vmodal vanalyzer ARTeMIS Extractor