FFT-Analyse

Was die FFT-Analyse leistet

Eine Spindel im Betrieb erzeugt ein Schwingungssignal, das als Zeitverlauf gemessen wird. In diesem Zeitsignal überlagern sich viele Effekte: Unwucht, Lagergeräusche, Verzahnungseingriff, elektrische Anregungen. Aus dem reinen Zeitverlauf lässt sich kaum ablesen, was davon kritisch ist.

Die FFT-Analyse löst das. Die schnelle Fourier-Transformation, kurz FFT, ist ein effizientes Rechenverfahren, das ein Zeitsignal in seine einzelnen Frequenzanteile zerlegt. Das Ergebnis ist ein Spektrum: eine Darstellung, die für jede Frequenz angibt, wie viel Schwingungsenergie dort liegt. Statt eines unübersichtlichen Zeitverlaufs erhält man klare Peaks bei genau den Frequenzen, an denen etwas passiert.

Warum sich Fehler trennen lassen

Der entscheidende Punkt: Verschiedene mechanische Fehler regen verschiedene Frequenzen an. Dadurch lassen sie sich im Spektrum unterscheiden, statt nur einen pauschalen Schwingungswert zu sehen.

• Unwucht zeigt sich als Peak bei der einfachen Drehfrequenz.
• Ausrichtfehler erzeugen oft einen Peak beim Doppelten der Drehfrequenz.
• Lagerschäden treten bei den charakteristischen Lagerschadenfrequenzen auf, die keine ganzzahligen Vielfachen der Drehzahl sind.
• Verzahnungs- oder Riffelschäden liegen bei hohen, eng definierten Frequenzen.

So wird aus einem diffusen Vibrationsproblem eine konkrete Ursache mit einer Adresse.

Hüllkurve für Lagerschäden

Beginnende Lagerschäden erzeugen nur schwache, hochfrequente Stoßimpulse, die im normalen Spektrum untergehen können. Deshalb wird für die Lagerdiagnose meist die Hüllkurvenanalyse vorgeschaltet: Das Signal wird hochpassgefiltert und gleichgerichtet, dann erst per FFT-Analyse ausgewertet. Im Hüllkurvenspektrum treten die Lagerschadenfrequenzen deutlich hervor, oft lange bevor der Schaden hörbar wird.

Damit das funktioniert, müssen einige Randbedingungen stimmen:

• Ausreichende Abtastrate, um auch hohe Frequenzen sauber abzubilden
• Bekannte Drehzahl, um Peaks der Drehfrequenz und den Lagerfrequenzen zuzuordnen
• Steife Sensorankopplung, damit der hochfrequente Körperschall erhalten bleibt

FFT-Analyse in der Spindel-Diagnose

In der Spindel-Diagnose ist die FFT-Analyse das Werkzeug, das aus einer Messung eine Diagnose macht. Sie unterscheidet, ob eine Spindel unwuchtig läuft, falsch ausgerichtet ist oder einen Lagerschaden hat. Diese Trennung entscheidet darüber, welche Maßnahme richtig ist: Wuchten, Ausrichten oder Lagertausch. Eine Reparatur ohne diese Vorklärung trifft im Zweifel die falsche Stelle.