Ultraschall dB- und Wellenlängenrechner

Geben Sie eine Referenzmessung und eine aktuelle Messung ein, und der Rechner liefert den Anstieg in Dezibel, das Amplitudenverhältnis dahinter und die Einordnung dieses Anstiegs in die Faustregeln, die die Ultraschallpraxis für Lager verwendet. Tragen Sie zusätzlich die an diesem Punkt gemessene Wiederholpräzision ein, und er sagt Ihnen, ob die Änderung größer ist als die Messung selbst. Ein zweiter Bereich rechnet eine Frequenz und eine Lufttemperatur in Schallgeschwindigkeit und Wellenlänge um.

Dezibel bedeuten hier Amplitude und nicht Leistung

Geräte für luftgetragenen Ultraschall berichten Amplituden, weshalb die Umrechnung den zwanzigfachen Logarithmus verwendet und nicht den zehnfachen:

Verhältnis = 10 ^ (Dezibeldifferenz ÷ 20)

Daraus ergeben sich die Zahlen, die es zu merken lohnt. Sechs Dezibel sind die doppelte Amplitude. Zwölf sind das Vierfache. Zwanzig sind das Zehnfache. Ein Anstieg, der als Dezibelzahl bescheiden klingt, ist eine große Änderung im Signal, und das ist das mit Abstand häufigste Missverständnis auf einer Ultraschall-Messroute: wer den Dezibelwert trendet und ihn behandelt, als sei die Skala linear, reagiert durchweg zu schwach.

Die Anstiegsschwellen

Es sind Faustregeln, die die Praxis seit Jahrzehnten verwendet und die ursprünglich von den Geräteherstellern und nicht von einer Normungsorganisation veröffentlicht wurden. Sie stammen aus keiner Norm und sie sind keine Grenzwerte.

Sie funktionieren, weil jede von ihnen relativ ist. Jede ist ein Anstieg über die eigene Referenzmessung dieses Punkts, bei derselben Verstärkung an derselben Maschine mit demselben Prüfkopf aufgenommen, und das hebt nahezu alles auf, was sich zwischen zwei Messungen sonst unterscheiden würde.

Lesen Sie sie so, wie sie geschrieben sind. Ein Anstieg bleibt unterhalb von 12 dB, bis er 12 erreicht, sodass ein Anstieg von 10,5 dB weiterhin der Schmierungsfall ist und nicht der beginnende Schaden, und eine Schwelle, die zu früh auslöst, kauft nichts als Befunde, die die nächste Prüferin nicht reproduzieren wird.

Dem Fall mit 8 dB hängt eine Probe an, und sie ist der Grund, warum akustisch geführtes Nachschmieren überhaupt funktioniert. Geben Sie langsam Fett nach und beobachten Sie den Pegel. Fällt der Wert, war die Diagnose richtig und die Maschine hat genau so viel Fett bekommen, wie sie brauchte, statt der Menge, die ein Kalender vorgeschrieben hätte. Fällt der Wert nicht, ist die Ursache nicht die Schmierung, und weiter Fett in ein Lager zu pumpen macht das nächste Problem größer.

Wo ein Standort seine eigene Vorgeschichte an einem Punkt hat, schlagen dessen eigene Zahlen diese hier, und der richtige langfristige Schritt besteht darin, alle drei durch Werte zu ersetzen, die an geöffneten Lagern bestätigt wurden. Ein Lager, das wegen der Art, wie der Prüfkopf es erreicht, seit jeher 6 dB über seinen Nachbarn liegt, hat eine eigene Referenzmessung, und diese Referenzmessung ist der einzige redliche Vergleich.

Sie gehören zu einer Kontaktmessung

Ein Lagerurteil ist körperschallgeführt. Der Schaden erzeugt seinen Schall im Metall und der Schall erreicht das Gerät durch das Metall, sodass diese Werte für eine Messung mit einem Kontaktprüfkopf an einem markierten Punkt des Gehäuses gelten und nicht für den offenen Luftschallsensor, der neben die Maschine gehalten wird.

Eine luftgetragene Messung an einem Gehäuse ist wiederholbar, und sie folgt großen Änderungen im Getriebe. Sie folgt ebenso jeder Leckage und jeder elektrischen Entladung im Raum, denn ein luftgetragener Pegel an einem Gehäuse wird von allem beherrscht, was in der Nähe Ultraschall abstrahlt. Das macht sie zu einer vertretbaren Vorauswahl, wo die Alternative nichts ist, und nicht zu einer Messung. Ein Schmier- oder Lagerurteil braucht den Körperschallweg, und der Bericht muss sagen, welcher Weg verwendet wurde.

Unterhalb von 8 dB ist Ihre eigene Wiederholpräzision die Untergrenze

Unter 8 dB gibt es keine Faustregel, und es sollte auch keine geben. Ob ein kleiner Anstieg eine Änderung am Lager oder eine Änderung in der Handhabung des Prüfkopfs ist, entscheidet die Streuung wiederholter Messungen, die an diesem Punkt tatsächlich möglich sind, und diese Streuung ist eine Eigenschaft des Prüfkopfs, des Adapters und der Person, die ihn hält. Freihändig lässt sich nichts unter etwa 5 dB vertreten; über einen festen Adapter können es rund 1,5 dB sein.

Messen Sie sie also. Nehmen Sie an einem repräsentativen Punkt während einer Schicht bei unveränderter Maschine zehn Werte auf, heben Sie den Prüfkopf zwischen den Messungen jeweils vollständig ab, und bilden Sie die Standardabweichung der zehn. Nur ein Anstieg zählt, verwenden Sie also den einseitigen Rand: eine Schwelle bei zwei Standardabweichungen lässt zufällig etwa 2,3 Prozent der Werte darüber, was auf einer Route mit 300 Punkten nahezu sieben Fehlbefunde je Runde bedeutet und genug, um die Route binnen eines Jahres in Verruf zu bringen. Drei Standardabweichungen lassen etwa 0,13 Prozent übrig, also grob einen Fehlbefund alle zwei bis drei Runden, und das nimmt eine Arbeitsvorbereitung hin.

Eine so hoch gesetzte Schwelle für Einzelwerte wird einen echten langsamen Anstieg nie sehen, ergänzen Sie sie also um eine zweite Regel: zwei aufeinanderfolgende Runden bei zwei Standardabweichungen oder mehr sind ebenfalls ein Befund. Wiederholen Sie die Zehnfachmessung jährlich und immer dann, wenn der Sensor oder der Adapter wechselt, denn eine Schwelle gilt nur für die Wiederholpräzision, aus der sie abgeleitet wurde.

Was die Untergrenze nicht ist, ist eine runde Zahl von irgendeiner Seite. Sechs Dezibel im Besonderen sind bei niemandem die normale Streuung: sie sind eine Verdopplung der Amplitude, wie der Abschnitt darüber vorrechnet.

Warum Referenzmessungen zu Punkten und nicht zu Maschinen gehören

Der absolute Dezibelwert an einem Lager hängt vom Sensor ab, von der Verstärkung, von der Ankopplung und davon, wie viel Struktur zwischen dem Schaden und der Kontaktstelle liegt. Zwei baugleiche Pumpen nebeneinander können mehrere Dezibel auseinanderliegen, ohne dass das mit ihrem Zustand zu tun hätte, und den Prüfkopf einen halben Meter weiter an derselben Maschine anzusetzen kann einen Wert um mehr verändern als der gesuchte Fehler.

Die eine gegen die andere zu vergleichen sagt sehr wenig. Die eine gegen ihren eigenen Wert vom Vormonat zu vergleichen sagt fast alles. Deshalb ist die erste Begehung einer neuen Messroute für sich genommen nichts wert und einen Monat später alles, und deshalb verlieren Routen, die die Disziplin der Messpunkte verlieren, im selben Augenblick ihren diagnostischen Wert.

Wellenlänge und warum 40 kHz

Die Schallgeschwindigkeit in Luft steigt mit der Wurzel der absoluten Temperatur:

Geschwindigkeit = 331.3 × √(1 + Temperatur in °C ÷ 273.15)

Bei 20 °C ergibt das etwa 343 Meter je Sekunde. Die Wellenlänge ist die Geschwindigkeit geteilt durch die Frequenz, sodass eine Welle von 40 kHz etwa 8,6 mm lang ist.

Diese kurze Wellenlänge ist der gesamte Grund, warum das Verfahren in einer laufenden Anlage funktioniert. Eine Welle von 8,6 mm Länge wird von Hindernissen aufgehalten, statt um sie herumzulaufen, sodass eine Ultraschallquelle einen akustischen Schatten wirft und sich durch Anpeilen orten lässt. Das Betriebsgeräusch einer Anlage beugt sich bei Wellenlängen im Meterbereich um alles herum und trifft aus allen Richtungen zugleich ein.

Dieselbe Physik erklärt die Reichweitengrenze. Hohe Frequenzen werden in Luft rasch gedämpft, weshalb eine Leckage, die auf zwei Meter ohrenbetäubend ist, auf zwanzig unhörbar bleibt, und weshalb Ultraschall Probleme in der Nähe der Prüferin findet und über die andere Seite der Halle nichts sagt.

Ein Rechenbeispiel

Ein Motorlager auf der Antriebsseite (AS) hat eine festgehaltene Referenzmessung von 24 dB, über einen festen Kontaktadapter aufgenommen. In diesem Monat zeigt es mit demselben Adapter und derselben Verstärkung 33 dB. Die gemessene Wiederholpräzision an diesem Punkt beträgt 1,5 dB.

Der Anstieg beträgt 9 dB. Als Amplitudenverhältnis ist das zehn hoch 9 ÷ 20, also 2,82: das Signal ist nahezu dreimal größer als zuvor.

Prüfen Sie es gegen den Punkt, bevor Sie es gegen irgendeine Faustregel prüfen. Neun Dezibel sind das Sechsfache der Streuung von 1,5 dB, sodass die Messung das nicht aus sich heraus erzeugt haben kann. Die Änderung ist echt.

Neun Dezibel liegen dann über den 8 dB, die auf Schmierung hindeuten, und unter den 12 dB, die auf einen Schaden hindeuten. Klingt der Schall im Kopfhörer weiterhin nach demselben Rauschen wie immer, so ist dies der Schmierungsfall, und die Antwort besteht darin, langsam Fett nachzugeben und die Zahl zu beobachten. Ist der Schall knisternd oder rau geworden, so geht es bei dem Anstieg nicht um Fett, und der nächste Schritt ist eine Schwingungsmessung mit Hüllkurvenspektrum, in dem eine Lagerschadensfrequenz entweder auftritt oder nicht.

Nebenbei beträgt die Wellenlänge bei 40 kHz in einer Anlage von 20 °C 8,6 mm. Das ist die Größe der Öffnung, durch die der Schall zum Prüfkopf gelangen muss, und das ist wissenswert, wenn ein Lager nur durch einen Schutz hindurch erreichbar ist.

Häufig gestellte Fragen

Wie viele Dezibel über der Referenzmessung zeigen an, dass ein Lager Fett braucht?

Etwa 8 dB über der eigenen Referenzmessung des Punkts, über einen Kontaktprüfkopf aufgenommen und ohne Änderung des Klangbilds, sind die Signatur, die die Praxis einem Lager mit zu wenig Schmierstoff zuordnet. Die Probe besteht darin, langsam Fett nachzugeben und dabei den Pegel zu beobachten: geht er zurück, war die Schmierung die Ursache. Geht er nicht zurück, erzeugt etwas anderes den Anstieg, und mehr Fett wird daran nichts ändern.

Wie klein darf eine Änderung in Dezibel sein, um noch zu handeln?

Alles unterhalb der eigenen gemessenen Wiederholpräzision des Punkts ist zu klein. Es gibt keine veröffentlichte Untergrenze, und eine feste wäre fast überall falsch, denn die Streuung wiederholter Messungen gehört dem Prüfkopf, dem Adapter und der Person, die ihn hält: freihändig mehrere Dezibel, über einen festen Adapter deutlich unter zwei. Messen Sie einen repräsentativen Punkt bei unveränderter Maschine zehnmal, bilden Sie die Standardabweichung und setzen Sie die Befundschwelle auf das Dreifache davon.

Sollte ein Lager mit einem Kontaktprüfkopf oder mit dem Luftschallsensor gemessen werden?

Mit einem Kontaktprüfkopf, an einem markierten Punkt des Gehäuses. Ein Lagerschaden erzeugt seinen Schall im Metall, und der Schall erreicht das Gerät durch das Metall, sodass das Urteil körperschallgeführt ist und die Dezibelschwellen zu diesem Weg gehören. Eine luftgetragene Messung an einem Gehäuse ist wiederholbar und folgt großen Änderungen, sie folgt aber ebenso treu jeder Leckage und jeder Entladung im Raum und ist damit eine Vorauswahl und keine Messung.

Was bedeutet ein Dezibelanstieg als Amplitudenverhältnis?

Diese Geräte berichten Amplituden, sodass das Verhältnis zehn hoch der Dezibeldifferenz geteilt durch zwanzig ist. Sechs Dezibel sind der Faktor zwei, zwölf Dezibel der Faktor vier und zwanzig Dezibel der Faktor zehn. Ein Anstieg von 9 dB bedeutet ein Signal, das 2,8-mal größer ist als die Referenzmessung, und deshalb beschreiben klein wirkende Dezibelzahlen große Änderungen.

Warum lassen sich zwei Lager nicht über ihren absoluten Dezibelwert vergleichen?

Weil der absolute Wert vom Sensor abhängt, von der Verstärkung, davon, wie der Prüfkopf gehalten oder angekoppelt war, und davon, wie viel Metall zwischen dem Schaden und der Kontaktstelle liegt. Nichts davon ist an zwei Maschinen gleich. Ein Lager gegen seinen eigenen Wert vom Vormonat zu vergleichen hebt all das auf, und deshalb werden Referenzmessungen je Messpunkt und nicht je Maschine festgehalten.

Warum hören Ultraschallgeräte um 40 kHz?

Weil die Wellenlänge dort kurz ist. In Luft von 20 °C beträgt die Schallgeschwindigkeit etwa 343 Meter je Sekunde, sodass eine Welle von 40 kHz etwa 8,6 mm lang ist. Eine so kurze Welle wirft einen Schatten und lässt sich anpeilen, und genau das erlaubt es einer Prüferin, auf eine Leckage zu zeigen, statt sie nur zu hören. Das Betriebsgeräusch einer Anlage lebt bei Wellenlängen im Meterbereich und läuft stattdessen um Hindernisse herum.

Wie verändert die Lufttemperatur die Wellenlänge im Ultraschall?

Die Schallgeschwindigkeit in Luft steigt mit der Wurzel der absoluten Temperatur, nach 331,3 Meter je Sekunde multipliziert mit der Wurzel aus eins plus der Temperatur in Celsius geteilt durch 273,15. Die Wellenlänge ist diese Geschwindigkeit geteilt durch die Frequenz. Der Weg von 0 °C auf 40 °C erhöht die Geschwindigkeit um rund 7 Prozent, was die Welle im selben Verhältnis verlängert.