Zahnradverzahnungshäufigkeit (GMF) ist die Schwingungsfrequenz, die jedes Mal erzeugt wird, wenn ein Zahnradpaar in Eingriff kommt, und in jedem Getriebespektrum ist sie normalerweise der lauteste Peak im Raum. Wenn Sie wissen, wie man GMF und die Seitenbänder darum herum liest, können Sie Verschleiß von einem gesprungenen Zahn unterscheiden, bevor das Getriebe einen Ton von sich gibt, den jemand in der Anlage bemerken würde.
GMF wird für jedes Zahnradpaar auf die gleiche Weise berechnet: die Anzahl der Zähne an einem Zahnrad multipliziert mit der Drehzahl der Welle dieses Zahnrads.
Beide Zahnräder in einer Verzahnung erzeugen dieselbe GMF, da ein Ritzel mit weniger Zähnen einfach proportional schneller dreht. Ein Ritzel mit 24 Zähnen, das mit 1.492 U/min läuft und in Eingriff mit einem größeren Zahnrad steht, erzeugt beide eine GMF von 35.808 CPM (24 x 1.492).
In einem mehrstufigen Getriebe hat jede Verzahnungsstufe ihre eigene GMF, sodass ein Spektrum von einer Zwei- oder Dreistufen-Einheit mehrere verschiedene Verzahnungsfrequenzen zeigt, jede mit ihren eigenen Oberschwingungen.
Jeder Zahneingriff ist ein kleiner, sich wiederholender Impakt, wenn die Last von einem Zahn zum nächsten übergeht, daher sind GMF und ihre Oberschwingungen (2x GMF, 3x GMF) in einem gesunden Getriebe immer vorhanden; sie sind einfach ein Kennzeichen des Verzahnungsprozesses, nicht der Beweis für einen Fehler.
Entscheidend für die Diagnose ist der Trend: eine im Zeitverlauf steigende Amplitude bei GMF oder deren Oberschwingungen im Vergleich zur eigenen Basislinie der Maschine und das Muster der Seitenbänder, das um diese Peaks entsteht.
Ein Seitenband ist ein Peak, der in einem festen Frequenzabstand ober- und unterhalb der GMF (oder einer ihrer Oberschwingungen) liegt. Seitenbänder treten auf, wenn der Verzahnungsprozess moduliert wird, also wenn etwas den Zahn-zu-Zahn-Kontakt einmal pro Wellenumdrehung ungleichmäßig statt völlig gleichmäßig macht.
Weil der Abstand selbst identifiziert, welche Welle schuld ist, sind Seitenbänder oft nützlicher als die alleinige GMF-Amplitude. Ein Anstieg der GMF-Amplitude ohne Seitenbänder ist häufig nur erhöhte Last oder normaler Einlaufverschleiß; ein Anstieg der Seitenbänder bei noch moderater GMF-Amplitude ist oft die frühere, besser nutzbare Warnung.
| Bedingung | Typisches Spektralmuster |
|---|---|
| Normaler Einlauf / leichte Belastung | GMF vorhanden mit niedriger bis moderater Amplitude, wenige oder keine Seitenbänder, Oberschwingungen klein im Verhältnis zur 1x GMF |
| Verteilte Abnutzung (viele Zähne betroffen) | Steigende Amplitude bei GMF und deren Oberschwingungen (manchmal steigen die Oberschwingungen stärker als die Grundfrequenz), Seitenband-Familien verbreitern sich um jede Oberschwingung |
| Eccentricity oder Zahnradfehlstellung | Starke, ziemlich symmetrische Seitenbänder im Abstand der Drehzahl der exzentrischen Welle, eng um GMF und deren Oberschwingungen gruppiert |
| Gesprungener oder abgesplitterter einzelner Zahn | Ein Impakt pro Umdrehung des beschädigten Zahnrads: ein deutliches Signal im Zeitsignal bei der Rotationsperiode dieser Welle, plus Seitenbänder bei dieser Wellendrehzahl um die GMF, die mit fortschreitendem Riss wachsen |
| Spiel oder Lockerheit in der Verzahnung | Mehrere GMF-Oberschwingungen mit reichhaltigem Seitenband-Inhalt und ein lauteres Grundrauschen zwischen den Peaks |
Eine praktische Auswertung eines Getriebespektrums folgt dieser Reihenfolge:
GMF-Analyse steht selten allein. Die allgemeine Schwingungsstärke sollte weiterhin gegen eine anerkannte Referenz wie die ISO-10816-3-Schwingungszonen für die Maschinenklasse geprüft werden, da ein Getriebe ein perfektes GMF-Seitenbandmuster haben kann und trotzdem noch eine Zeit lang in einer akzeptablen Gesamt-Schwingungszone liegen kann.
Es lohnt sich auch, beitragende Ursachen auszuschließen, bevor man das Getriebe verurteilt: Eine Welle, die nicht ausgewuchtet ist, kann 1x-Drehzahlnenergie einspeisen, die sich als unerklärliche Seitenbänder zeigt (siehe dynamisches Auswuchten ), und Kupplungs- oder Ausrichtungsprobleme stromaufwärts vom Getriebe können dasselbe bewirken (behandelt in Laser-Wellenvermessung/Ausrichtung ).
Diese zuerst auszuschließen verhindert, dass Sie einem Zahnfehler nachjagen, der tatsächlich ein Problem mit Auswuchtung oder Ausrichtung ist.
Genau diese Art von frühem, schwer zu erkennendem Wandel geht in Anlagen oft in reaktiven Reparaturen verloren. Fabrico liest den Maschinenzustand und OEE direkt von der Linie, und Computer-Vision erkennt Verschleiß- und Verhaltensänderungen, die reine Schwingungssensoren übersehen können, sodass ein sich entwickelnder Fehler automatisch eine Arbeitsanweisung auslöst, bevor er einen Totalschaden verursacht.
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Nein. Die GMF hängt nur von der Zahnzahl und der Wellendrehzahl ab, sie bleibt bei gegebener Drehzahl unabhängig von der Last konstant. Was sich mit der Last ändert, ist in der Regel die Amplitude bei GMF und deren Oberschwingungen, weshalb das Trendverhalten der Amplitude gegenüber einer stabilen Basislinie wichtiger ist als der rohe Frequenzwert.
Einige niedrigpegelige Seitenbänder sind normal, da kein Zahnradpaar ohne Zahn-zu-Zahn-Variation gefertigt wird und keine Welle völlig ohne Exzentrizität läuft. Das diagnostische Signal ist eine Seitenband-Familie, die im Zeitverlauf gegenüber der eigenen Basislinie der Maschine wächst, nicht bloß die bloße Anwesenheit von Seitenbändern.
Schauen Sie auf das Zeitsignal, nicht nur auf das Spektrum. Ein gesprungener oder abgesplitterter Zahn erzeugt pro Umdrehung des betroffenen Zahnrads einen scharfen, sich wiederholenden Impakt, der als ein einzelner dominanter Spike im Zeitsignal bei der Rotationsperiode dieser Welle erscheint. Verteilter Verschleiß hingegen erhöht tendenziell die Seitenbandamplitude gleichmäßiger, ohne diesen einen dominanten Impakt.
Messen Sie den Frequenzabstand zwischen benachbarten Seitenband-Peaks in Hz und vergleichen Sie diesen Abstand dann mit der Drehzahl (in Hz) jeder Welle, die das Verzahnungsgeschehen speist. Die Welle, deren Drehzahl mit dem Abstand übereinstimmt, ist diejenige, die mit dem sich entwickelnden Fehler in Verbindung steht.
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