Schwingungsdiagnostische Beurteilung von Maschinen und Anlagen

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1 Ulrich Klein Schwingungsdiagnostische Beurteilung von Maschinen und Anlagen 2., überarbeitete Auflage Herausgegeben vom Verein für Betriebsfestigkeitsforschung (VBFEh) im Verein Deutscher Eisenhüttenleute (VDEh) Düsseldorf STAHLE i?) IS N

2 VII VII 1 Einordnung des Forschungsvorhabens 1.1 Einführung zur Maschinendiagnose Übersicht zu den behandelten Themen 3 2 Instandhaltung und Zustandsüberwachung 2.1 Einordnung und Aufgaben der Instandhaltung Instandhaltungsstrategien Schadensorientierte Instandhaltung Zeitorientierte Instandhaltung Zustandsorientierte Instandhaltung Inspektionsintervalle Aspekte schwingungsdiagnostischer Überwachung Ebenen von Überwachungssystemen Alarmtypen und Alarmstufen Grundsätzliches zu Diagnosemodellen und Zustandsvektoren 13 3 Messgrößen und Aufnehmeranordnungen 3.1 Messgrößenauswahl Schwingungsmessungen Andere Verfahren Aufnehmeranordnung Amplituden- und Frequenzbewertung 21 Umgang mit Pegelgrößen und Maßstäben 4 Erfassung und Aufbereitung von Zustandsdaten 4.1 Klassifizierung und Transformation von Signalen Vom kontinuierlichen Signal zu Abtastwertesatz Determinierte periodische und nichtperiodische Signale Stochastische Signale (zufällige Signale, Rauschsignale) Erläuterungen zur digitalen Frequenzanalyse, insbesondere zu: Diskrete Fourier-Transformation (DFT), Abtastung, Aliasing und Filterung 28

3 VIII 4.2 Signalanalyse im Zeitbereich Schwingstärke, Summenpegel Hüllkurvenanalyse im Zeitbereich Autokorrelation und Kreuzkorrelation Signalanalyse mit kinetischen Wellenbahnen (Zustandsraum) Lissajous-Analyse Ortskurven der Wellenbahn Signalanalyse im Wahrscheinlichkeitsbereich Scheitelfaktormessung Wahrscheinlichkeitsdichte, Statistische Momente Kurtosis Signalanalyse im Frequenzbereich [Basisverfahren] Breitbandspektrum: Mittelung, Auflösung, Dynamikbereich, Triggerung Eigenschaften von Impulsfolgen Frequenzlupenverfahren (Zoom-FFT) Ordnungsanalyse Kurzzeit-Fourier-Transformation Anmerkungen zur digitalen Filterung Grundsätzliches zur Datenreduzierung und zur Bewertung diagnostischer Kenngrößen Datenreduzierung und Kenngrößenermittlung Bewertung diagnostischer Größen: Ermittlung eines Zustandsvektors 50 5 Neuere signalgestützte und strukturanalytische Ansätze in der Maschinendiagnose 5.1 Neuere Methoden der Signalanalyse Zur Klassifizierung instationärer Signale Analysemethoden für instationäre Signale und für Zufallssignale Chirp-z-Transformation Wigner-Ville-Verteilung, Gabor-Verteilung Wavelet-Transformation Methoden spektraler Schätzung, Kaiman-Filter Besonderheiten bei der Analyse von Zufallssignalen Verteilungsfunktionen und statistische Momente Korrelation und Kovarianz Periodogramm-Techniken Grundzüge strukturanalytische Ansätze: Konstruktionseigenschaften und modellgestützte Verfahren 64

4 IX 6 Methodische Beschreibung von Maschineneiementen, Baugruppen und Anlagenkomponenten: Laufeigenschaften, Fehler und Diagnosetechniken 6.1 Wälzlager Laufeigenschaften und Fehler Analyseverfahren Grundsätzliches zur Wahl der Verfahren Auswahl industriell angewandter Verfahren Aufnehmer-Resonanztechniken Bewertung der Spitzenhaltigkeit der Amplitudenverteilung bzw. Bewertung der statistischen Verteilung Frequenzanalyse Hüllkurvenanalyse Kepstramanalyse Praktischer Vergleich einiger Verfahren Betriebliche Randbedingungen Zahnradgetriebe Anregungsquellen in Getriebestufen Äußere und innere Anregungen Funktions-und konstruktionsbedingte Erregerquellen Fertigungsbedingte Anregungen Laufeigenschaften und deren Veränderungen im Spektralbereich Lauffrequenzen von Getrieben Modulationseffekte und Seitenbandentwicklung Analyseverfahren Grundsätzliches zur Fehlerklassifizierung und zu Analyseverfahren Praktische Fehlererkennung und Analyseverfahren an Getrieben Verteilte Fehler in Verzahnungen, insbesondere Verschleiß Zahnflankenschäden Zahnfußanriss oder Zahneckbruch Einflüsse der Verzahnungsgeometrie und der Wellen Besonderheiten der Kepstramanalyse bei Zahnradgetrieben Besonderheiten der Hüllkurvenanalyse bei Zahnradgetrieben Anmerkungen zur Ordnungsanalyse Kupplungen und Wellenstränge Allgemeines zu Wellenverbindungen und Kupplungen Fluchtungsfehler in Kupplungen Unwuchten Drehschwingungen in Wellen Spiel in Verbindungen Gleitlager Funktion und Bauarten von Gleitlagern Orbit-Analyse von Schwingwegen an Gleitlagern Analyse von Beschleunigungen an Gleitlagern 128

5 X 6.5 Turbosätze und Schaufelräder Schwingungen an Rotoren in Turbosätzen Orbit-Analyse von Rotoren Schaufelräder Schwingungsarten in horizontalen Rotor-Lager-Systemen Strömungsvorgänge und Kavitation Elektrische Maschinen Schwingungen aus Induktionsmaschinen Schwingungen aus Gleichstrommaschinen Schwingungen aus Frequenzumrichtern Schallquellen elektrischer Maschinen Prozesseinflüsse Einordnung und Interpretation von Zustandsdaten in Überwachungssystemen 7.1 Strukturierung von Zustandsvektoren und Referenzmustern Einführung in die Methoden der Mustererkennung Ablauf einer Mustererkennung Begriffe der Mustererkennung Verfahren der Mustererkennung (Auswahl) Praktische Aspekte bei Überwachungssystemen: Diagnoseverfahren, Systemkomponenten und Beispiele Arten von Diagnoseverfahren bei der Fehlererkennung Realisierung von Überwachungssystemen Beispiel eines Überwachungssystems Literatur Bücher 171 Forschungsberichte 172 Artikel, Manuskripte 173 Normen, Richtlinien 175 Programme 176 Fachzeitschriften Glossar Stichwortverzeichnis 181