Fehler frühzeitig mit Hilfe der akustischen Analyse erkennen

Fehler frühzeitig mit Hilfe der akustischen Analyse erkennen

„Das hört sich aber seltsam an.“ Wie oft hat dieser Satz Sie schon darauf hingewiesen, dass ein möglicher Defekt nicht mehr lange auf sich warten lässt. Dass das Klangbild z. B. eines Motors oder eines Getriebes wichtige Hinweise auf den Zustand der Lager und Zahnräder bietet, wissen geschulte Kfz-Meister besonders gut. Sie hören Motoren mit einem Stethoskop ab, so wie dies ein Arzt bei seinen Patienten tut. Dieses Vorgehen erfordert aber sehr viel Erfahrung und ein gut trainiertes Gehör. Einfacher und viel effektiver lässt sich dies heute mit einem Frequenzanalysator durchführen.


So funktioniert das akustische Analysesystem

Schall ist ein sehr komplexes Phänomen, aber auch noch so vielschichtige Klänge oder Geräusche basieren immer auf einer Zusammensetzung von diversen Schwingungen in Sinusform. Dabei wird in der Regel eine Grundschwingung durch mehrere Oberwellen überlagert. Auf diese Art und Weise entstehen Rechteck-, Dreieck- oder Sägezahnsignale oder schlicht und einfach ein Rauschen. Anders als bei optischen oder olfaktorischen Reizen (Gerüchen) ist die Interpretation eines Schallereignisses immer eine erlernte Wahrnehmung, lediglich ein stetig wachsender Lautstärkepegel signalisiert unabhängig von der Erfahrung eine herannahende Gefahr. Aus diesem Grund muss ein akustisches Analysesystem genauso durch eine Eingabe von Erfahrungswerten lernen, um Entscheidungen treffen zu können.

Schall ist ein dynamisches Ereignis, er entsteht in einem zeitlichen Ablauf und lässt sich nicht einfrieren. Als erstes Kriterium zur Einstufung eines Klangbildes lässt sich die Schallleistung heranziehen. Ein Geräusch ist eine Energieform, je lauter es ist, desto höher ist die Schallenergie. In einem Kugellager z. B. werden Teile der Antriebsenergie durch unterschiedliche Reibungsarten in Schall gewandelt. Je stärker die Reibung, desto höher ist demzufolge die abgegebene Schallleistung. Diese Analyse benötigt noch nicht einmal eine Spektralanalyse, bei der der Schall in seine Frequenzanteile zerlegt wird. Mit dieser Methode lassen sich drohende Defekte einfach und schnell detektieren.

Lagergeräusche bleiben im fehlerfreien Zustand über lange Zeit konstant. Dieser Schall wird auch als homogen bezeichnet. Bestimmte Fehler, wie das Brechen einer Welle oder eine lose Schraubverbindung, führen zu Geräuschen, die wir umgangssprachlich als Klappern, Knacken, Schnarren etc. bezeichnen. Dabei handelt es sich um kurzzeitige Schallphänomene mit einem sehr steilen Pegelanstieg und -abfall. Der Lautstärkeverlauf eines Schallereignisses wird auch als Hüllkurve bezeichnet. Weist ein Geräusch einen extrem steilen und sehr hohen Pegelanstieg auf und einen flacheren Pegelabfall, identifizieren wir dieses Ereignis als Explosion oder Knall.

Finden Sie in einem ansonsten homogenen Geräusch derartige Artefakte auf, so handelt es sich eindeutig um schwerwiegende Störungen. Sie können ihre Ursache im Brechen von Lagerschalen, Pleuelstangen oder Kolbenwänden haben. Auch die Analyse derartiger Kurzzeitereignisse bedarf keiner spektralen Zerlegung.


Der Vorteil der Technik: Hohe Empfindlichkeiten, d. h. frühere Fehlererkennung

Technische Systeme haben gegenüber dem menschlichen Ohr große Vorteile. Sie liefern reproduzierbare Ergebnisse, lernen extrem schnell und bieten objektive Verfahren, wo ein Mensch nur subjektives Empfinden bietet. Außerdem weisen moderne Verstärker Empfindlichkeiten auf, mit denen sich Schallpegel weit unterhalb der menschlichen Wahrnehmung über einen Frequenzbereich vom Sub- bis zum Ultraschall (0–100 kHz) analysieren lassen.

Typische Einsatzgebiete für die akustische Analyse

* Erkennung von Lagerschäden
* Erkennen von gefährlichen Resonanzfrequenzen
* Beseitigung von unangenehmen Frequenzbereichen im Kfz
* Rissprüfung z. B. in der Keramikproduktion bei Dachziegeln
* Kalttest von Dieselmotoren
* Erkennen von Undichtigkeiten in Rohrleitungsnetzen
* Messung von Schallbelastungen am Arbeitsplatz
* Überwachung hochwertiger Bohr- und Frässysteme
* Erkennen von Unwuchten
* Überwachung von gefährdeten Gebäudebereichen (hohe Dachlasten)

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