DE102017110475B4

DE102017110475B4 - Vorrichtung und verfahren zur schwingungsmessung an einer maschine

Info

Publication number: DE102017110475B4
Application number: DE102017110475.5A
Authority: DE
Inventors: Christoph Mair
Original assignee: Prueftechnik Dieter Busch AG
Current assignee: Prueftechnik Dieter Busch AG
Priority date: 2017-05-15
Filing date: 2017-05-15
Publication date: 2023-05-17
Anticipated expiration: 2037-05-16
Also published as: DE102017110475A1; US10787323B2; US20180327199A1

Abstract

Vorrichtung zur Schwingungsmessung an einer Maschine, miteiner Bodenplatte (14) zum Ansetzen an eine Messstelle (12) der Maschine, einer magnetischen Halteeinrichtung (18) zum Halten der Bodenplatte (14) an derMessstelle (12) mittels Magnetkraft,einem auf bzw. an der Bodenplatte (14) angeordneten Sensor (16) zum Erfassen von Schwingungen,einem Sensor (20) zum Erfassen der magnetischen Flussdichte im Bereich der Halteeinrichtung (18)undeiner Überwachungseinrichtung (24) zum Überwachen der Ankoppelung derBodenplatte (14) an der Messstelle (12) mittels Auswerten der erfassten magnetischen Flussdichte.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Messen von Schwingungen an einer Maschine.
Schwingungsmessungen sind ein wesentlicher Bestandteil der Zustandsüberwachung von Maschinen. Typischerweise wird bei einer Schwingungsmessung eine Bodenplatte, auf welchem ein Schwingungssensor angeordnet ist, an eine Messstelle einer Maschine angesetzt, wobei eine magnetische Halteeinrichtung in Form von Permanentmagneten oder Elektromagneten vorgesehen sein kann, um die Bodenplatte mittels magnetischer Kraft während der Schwingungsmessung an der Messstelle zu halten. Beispiele für solche Schwingungsmessvorrichtungen sind in US 5 642 089 A , DE 10 2014 217 706 A1 , DE 101 06 060 A1 , US 6 598 479 B1 , US 5 945 603 A und US 6 892 581 B1 beschrieben.
Die Haftung der Sensor-Bodenplatte an der Maschinenmessstelle ist für zuverlässige Messergebnisse ein wesentlicher Faktor und kann beeinflusst werden durch Umstände wie Verschmutzung der Oberflächen von Bodenplatte bzw. Haltevorrichtung (beispielsweise durch Eisenspäne oder Schmierfettreste), raue Maschinenoberflächen (verursacht beispielsweise durch Lackierungen, Verschmutzungen, Gussverfahren, etc.) oder dem Vorhandensein von Fremdkörpern zwischen der Bodenplatte und der Maschinenoberfläche.
Aus der DE 11 2013 004 264 T5 ist eine elektro- oder permanentmagnetische Haltevorrichtung für Werkstücke bekannt, welche einen Magnetsensor, beispielsweise einen Hall-Sensor, aufweist, um die magnetische Spannkraft der Haltevorrichtung zu messen, um das sichere und wirksame magnetische Halten von Werkstücken zu kontrollieren.
In der WO 97 / 03 912 A1 ist ein System zum Manövrieren einer magnetischen Last beschrieben, wobei mittels einer Detektierspule der im Luftspalt herrschende magnetische Fluss und daraus die auf die magnetische Last wirkende Magnetkraft erfasst werden, um ein sicheres Manövrieren zu gewährleisten.
Aus der WO 2003 / 009 972 A2 ist eine Vorrichtung zum magnetischen Halten eines Werkstücks bekannt, wobei eine Suchspule vorgesehen ist, um ein Detektionssignal zu liefern, welches für den magnetischen Fluss repräsentativ ist, wodurch die auf das Werkstück ausgeübte Haltekraft mindestens näherungsweise bestimmt werden kann. Eine ähnliche magnetische Haltevorrichtung ist in der US 9 281 108 B2 beschrieben, wo ein Hall-Sensor vorgesehen ist, um die magnetische Flussdichte im Luftspalt zu messen, woraus die aktuelle Haltekraft berechnet werden kann.
Die US 8 390 271 B2 betrifft eine magnetische Haltevorrichtung mit Magnetsensoren zum Bestimmen der aktuellen magnetischen Haltekraft, die auf das Werkstück wirkt, wobei die Haltekraft zusammen mit dem Gewicht des Werkstücks angezeigt wird, um ein sicheres Heben des Werkstücks zu gewährleisten. Magnetflussmessungen werden dabei auch verwendet, um festzustellen, an welchen Teilen der Haltevorrichtung sich eine Last befindet. Dabei fließen auch solche in der Haltevorrichtung gespeicherte Sollwerte ein.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zur Schwingungsmessung an einer Maschine mit einer magnetischen Halteeinrichtung zu schaffen, welche bzw. welches besonders zuverlässige Schwingungsmessungen gewährleistet. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein entsprechendes Schwingungsmessverfahren zu schaffen.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 bzw. ein Verfahren gemäß Anspruch 15.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist vorteilhaft, dass dadurch, dass ein Sensor zum Erfassen der magnetischen Flussdichte im Bereich der Halteeinrichtung sowie eine Überwachungseinrichtung zum Überwachen der Ankopplung der Bodenplatte an die Messstelle mittels Auswerten der erfassten magnetischen Flussdichte vorgesehen sind, eine schlechte Ankopplung der Bodenplatte an die Messstelle - und damit daraus resultierende unzuverlässige Schwingungsmessungen - selbsttätig und unverzüglich erkannt werden können, so dass Fehlmessungen - und der daraus resultierende Zeitverlust - sowie Fehlinterpretationen von Messungen vermieden werden können.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft erläutert.
Dabei zeigen:

1 eine schematische Blockdarstellung eines Beispiels der funktionalen Komponenten einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Schwingungsmessung;
2 eine schematische Darstellung eines Beispiels einer Vorrichtung zur Schwingungsmessung, wobei die Vorrichtung einen an eine Maschine angesetzten Messkopf und ein mit dem Messkopf verbundenes Messgerät umfasst; und
3 ein schematisches Beispiel für ein Anordnung einer magnetischen Haltevorrichtung und eines Magnetflusssensors.

In den 1 und 2 ist ein Beispiel für eine erfindungsgemäße Schwingungsmessvorrichtung 10 gezeigt, die zum Ansetzen an eine Messstelle ausgebildet ist, die von einer Maschinenoberfläche 12 gebildet wird. Die Messvorrichtung 10 umfasst eine Bodenplatte 14 zum Ansetzen an die Maschinenoberfläche 12, einen auf der Bodenplatte 14 angeordneten Schwingungssensor 16 zum Erfassen von Schwingungen der Bodenplatte 14, der seinerseits von Schwingungen der Maschinenoberfläche 12 angeregt wird, eine magnetische Halteeinrichtung 18 zum Halten der Bodenplatte an der Messstelle auf der Maschinenoberfläche 12 mittels magnetischen Kräften, sowie einen Sensor 20 zum Erfassen der magnetischen Flussdichte im Bereich der Halteeinrichtung 18. Die Messvorrichtung 10 umfasst ferner eine Eingabeeinrichtung 22 für Dateneingaben und Eingaben durch den Nutzer, eine Datenverarbeitungseinrichtung 24, die zum Auswerten der Daten des Schwingungssensors 16 und des Flussdichtesensors 20 sowie zum Steuern der Messvorrichtung 10 dient, sowie eine Ausgabeeinrichtung 26 zum Ausgeben von Schwingungsmessergebnissen.
Die Datenverarbeitungseinrichtung 24 dient auch zum Überwachen der Ankopplung der Bodenplatte 14 an der Messstelle durch die Halteeinrichtung 18, indem die von dem Sensor 20 erfasste magnetische Flussdichte im Bereich der Halteeinrichtung 18 ausgewertet wird. Bei der Auswertung der von dem Sensor 20 erfassten magnetischen Flussdichte werden vorzugsweise die aktuell erfassten Werte der magnetischen Flussdichte mit in einem Speicher 28 der Messvorrichtung 10 abgespeicherten Sollwerten verglichen.
Solche Sollwerte werden zweckmäßigerweise unter genau definierten optimalen Bedingungen für die Kopplung zwischen der Bodenplatte 14 und der Maschinenoberfläche 12 ermittelt, beispielsweise für eine gereinigte und deshalb verunreinigungsfreie Oberfläche der Bodenplatte 14 bzw. der Halteeinrichtung 18 und der Maschine, wobei ferner auch eine korrekte Montage der Halteeinrichtung 18 in bzw. an der Bodenplatte 14 sichergestellt sein muss. Dabei können die Sollwerte beispielsweise auch davon abhängen, ob es sich bei dem Maschinenteil, an welchem die Messvorrichtung 10 angesetzt ist, um einen laufenden Elektromotor oder um ein passiv getriebenes Maschinenteil handelt. Ferner können die Sollwerte auch davon abhängen, ob die Messvorrichtung 10 gerade an eine Maschinenoberfläche 12 angesetzt ist oder nicht. Außerdem kann der Zusammenhang zwischen magnetischer Flussdichte an der Halteeinrichtung 18 und der durch die Halteeinrichtung 18 vermittelten Haftkraft empirisch ermittelt werden und im Speicher 28 abgelegt werden.
Die Ausgabeeinrichtung 26 dient nicht nur zum Ausgeben der Ergebnisse der Schwingungsmessungen, sondern auch zum Ausgeben von Ergebnissen der Überwachung der Ankopplung der Bodenplatte 18 an die Maschinenoberfläche 12. So kann die Ausgabeeinrichtung 26 beispielsweise ein Warnsignal ausgeben, wenn die Datenverarbeitungseinrichtung 24 festgestellt hat, dass eine unzureichende Ankopplung vorliegt, beispielsweise weil die aktuell erfasste magnetische Flussdichte unterhalb einer vorgegebenen (typischerweise empirisch ermittelten) Schwelle liegt.
Durch entsprechenden Vergleich mit den abgespeicherten Sollwerten kann die Datenverarbeitungseinrichtung 24 auch ermitteln, ob die Bodenplatte 14 gerade an einer Maschinenoberfläche 12 gehalten wird oder nicht, ob die Bodenplatte 14 gerade an einem laufenden Elektromotor oder an einem passiv getriebenen Maschinenteil gehalten wird, und/oder wie groß die Haltekraft ist, mit welcher die Bodenplatte 14 gerade an der Maschinenoberfläche 12 gehalten wird.
Zur Unterstützung des Flussdichtesensors 20 kann die Messvorrichtung 10 zusätzlich ein Gyroskop 30 aufweisen, um Bewegungen - insbesondere Kippbewegungen - der Bodenplattes 14 zu erfassen, wobei die Datenverarbeitungseinrichtung 24 die vom Gyroskop 30 erfassten Bewegungen der Bodenplatte bei der Ermittlung der magnetischen Haltekraft berücksichtigt. Ferner kann die Messvorrichtung 10 einen dreiachsigen Beschleunigungssensor 32 bzw. ein Inklinometer aufweisen, um die Orientierung der Bodenplatte 14 (und damit des Schwingungssensors 16) während der Schwingungsmessung zu bestimmen.
Ferner kann die von dem Sensor 20 ermittelte Flussdichte auch verwendet werden, um den Zustand der Messvorrichtung 10 zu bewerten, wenn diese nicht an die Maschinenoberfläche 12 angesetzt ist. Dabei kann beispielsweise aus der gemessenen Magnetflussdichte der Verschmutzungsgrad der Halteeinrichtung 18 mit magnetischen Partikeln ermittelt werden oder es kann überprüft werden, ob die Halteeinrichtung 18 korrekt an der Bodenplatte 14 montiert ist (dies kann beispielsweise während bzw. nach der Fertigung der Messvorrichtung 10 oder nach einer Demontage wegen Reinigung erfolgen).
Gemäß einem Beispiel kann das Signal der magnetischen Flussdichte zeitlich aufgezeichnet werden, und wobei der zeitliche Verlauf dann mittels Spektralanalyse ausgewertet wird, um zwischen der statischen Haltekraft der magnetischen Halteeinrichtung 18 und extern z.B. durch einen Wechselstrommotor erzeugten Wechsel-Magnetfeldern zu unterscheiden zu können.
Bei dem Flussdichtesensor 20 handelt es sich vorzugsweise um einen mehrachsigen Sensor. Insbesondere kann der Sensor 20 beispielsweise als Hall-Sensor, als Induktionsspule oder als GMR (Giant-Magnetic-Resistance) Sensor ausgebildet sein.
In 2 ist ein Beispiel für eine mögliche räumliche Anordnung bzw. Aufteilung der in 1 gezeigten wesentlichen Komponenten der Messvorrichtung 10 schematisch gezeigt, wobei die Messvorrichtung 10 einen Messkopf 34 mit einem Gehäuse 36 sowie ein mittels einer drahtgebundenen oder drahtlosen Verbindung 11 mit dem Messkopf 34 verbundenes Messgerät 38 umfasst. Dabei sind die Bodenplatte 14, die magnetischen Halteeinrichtung 18, der Schwingungssensor 16 und der Sensor 20 zum Erfassen der magnetischen Flussdichte in dem Messkopf 34 vorgesehen, während die Überwachungseinrichtung 24 die Ausgabeeinrichtung 26, der Speicher 28 sowie die Eingabeeinrichtung 22 in dem Messgerät 38 vorgesehen sind. Dabei kann die magnetische Halteeinrichtung 18 beispielsweise seitlich an der Bodenplatte 14 angeordnet sein, während der Magnetsensor 20 auf der Bodenplatte 14 neben dem Schwingungssensor 16 angeordnet ist.
In 3 ist ein alternatives Beispiel für die Anordnung der magnetischen Halteeinrichtung 18 und des Magnetsensors 20 gezeigt, mehrere Magneten 18A, 18B 18C nebeneinander in der Bodenplatte 14 angeordnet sind und der Magnetsensor 20 auf der oberhalb der Bodenplatte 14 vorgesehenen Leiterplatte 40 vorgesehen ist. Alternativ kann der Magnetsensor 20 z.B. auch am oberen Ende des Gehäuses platziert sein. Grundsätzlich können auch mehrere Magnetsensoren 20, z.B. einer pro Magnet, verwendet werden. Wichtig ist, dass dieser die magnetischen Feldlinien 42 erfassen kann. Die Auswertung der Messergebnisse des Magnetfeldsensors 20 kann direkt nebenan mittels eines Microcontrollers 44, oder aber wie 2 in einem nachgelagerten Messgerät 38 erfolgen. Je nach Platzierung des Magnetsensors 20 sollte dieser entlang einer oder entlang mehrerer Achsen messen können.

Claims

Vorrichtung zur Schwingungsmessung an einer Maschine, mit einer Bodenplatte (14) zum Ansetzen an eine Messstelle (12) der Maschine, einer magnetischen Halteeinrichtung (18) zum Halten der Bodenplatte (14) an der Messstelle (12) mittels Magnetkraft, einem auf bzw. an der Bodenplatte (14) angeordneten Sensor (16) zum Erfassen von Schwingungen, einem Sensor (20) zum Erfassen der magnetischen Flussdichte im Bereich der Halteeinrichtung (18) und einer Überwachungseinrichtung (24) zum Überwachen der Ankoppelung der Bodenplatte (14) an der Messstelle (12) mittels Auswerten der erfassten magnetischen Flussdichte.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (20) zum Erfassen der magnetischen Flussdichte mehrachsig ausgebildet ist, um die magnetische Flussdichte in mindestens zwei Raumrichtungen zu erfassen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung (24) ausgebildet ist, um Sollwerte für die magnetische Flussdichte abzuspeichern, die aktuell erfassten Werte der magnetischen Flussdichte mit abgespeicherten Sollwerten zu vergleichen und die aktuell erfassten Werte der magnetischen Flussdichte auszuwerten.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Ausgabeeinrichtung (26), um Ergebnisse der Überwachungseinrichtung (24) an einen Nutzer auszugeben.
Vorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgabeeinrichtung (26) ausgebildet ist, um ein Warnsignal auszugeben, wenn die Überwachungseinrichtung (24) eine unzureichende Ankopplung ermittelt, wenn die aktuell erfasste magnetische Flussdichte unterhalb einer vorgegeben Schwelle liegt.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung (24) ausgebildet ist, um aus den aktuell erfassten Werten der magnetischen Flussdichte zu erkennen, ob die Bodenplatte (14) an einer Messstelle (12) gehalten wird oder nicht.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung (24) ausgebildet ist, um aus den aktuell erfassten Werten der magnetischen Flussdichte zu erkennen, ob die Bodenplatte (14) an einem laufenden Elektromotor oder an einem passiv getriebenem Maschinenteil gehalten wird.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung (24) ausgebildet ist, um aus den aktuell erfassten Werten der magnetischen Flussdichte die Haltekraft zu ermitteln, mit welcher die Bodenplatte (14) an der Messstelle (12) gehalten wird.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Gyroskop (30), um Bewegungen der Bodenplatte (14) zu erfassen, wobei die Überwachungseinrichtung (24) ausgebildet ist, um die vom Gyroskop (30) erfassten Bewegungen der Bodenplatte (14) bei der Ermittlung der Haltekraft zu berücksichtigen.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen dreiachsigen Beschleunigungssensor (32) oder ein Inklinometer, um die Orientierung der Bodenplatte (14) zu bestimmen.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung (24) ausgebildet ist, um den Verschmutzungsgrad der Halteeinrichtung (18) mit magnetischen Partikeln zu ermitteln, wenn die Bodenplatte (14) nicht an eine Messstelle (12) angesetzt ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung (24) ausgebildet ist, um zu überprüfen, ob die Halteeinrichtung (18) korrekt an der Bodenplatte (14) montiert ist, wobei die Bodenplatte (14) nicht an einer Messstelle (12) angesetzt ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Sensor (20) zum Erfassen der magnetischen Flussdichte um eine Induktionsspule, einen Hall-Sensor oder einen GMR-Sensor handelt.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (10) einen Messkopf (34) mit einem Gehäuse (36) sowie ein mittels einer drahtgebundenen oder drahtlosen Verbindung (11) mit dem Messkopf (34) verbundenes Messgerät (38) aufweist, wobei die Bodenplatte (14), die magnetischen Halteeinrichtung (18), der Schwingungssensor (16) und der Sensor (20) zum Erfassen der magnetischen Flussdichte Teil des Messkopfs (34) bilden und die Überwachungseinrichtung (24) Teil des Messgeräts (38) bilden, und wobei das Messgerät (38) ferner eine Ausgabeeinrichtung (26), einen Speicher (28) sowie eine Eingabeeinrichtung (22) aufweist.
Verfahren zur Schwingungsmessung an einer Maschine, wobei: eine Bodenplatte (14) mit einem Schwingungssensor (16) an eine Messstelle (12) der Maschine angesetzt und von einer magnetischen Halteeinrichtung (18) mittels Magnetkraft an der Messstelle (12) gehalten wird; die magnetische Flussdichte im Bereich der Halteeinrichtung (18) erfasst wird; und die Ankoppelung der Bodenplatte (14) an der Messstelle (12) mittels Auswerten der erfassten magnetischen Flussdichte überwacht wird.
Verfahren gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass Sollwerte für die magnetische Flussdichte unter definierten vorgegebenen Bedingungen ermittelt werden, die Sollwerte abgespeichert werden, die aktuell erfassten Werte der magnetischen Flussdichte mit abgespeicherten Sollwerten verglichen werden, und die aktuell erfassten Werte der magnetischen Flussdichte ausgewertet werden.
Verfahren gemäß Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal der magnetischen Flussdichte zeitlich aufgezeichnet wird, und wobei der zeitliche Verlauf des Signals der magnetischen Flussdichte mittels Spektralanalyse ausgewertet wird, um zwischen der statischen Haltekraft der magnetischen Halteeinrichtung (18) und extern erzeugten Wechsel-Magnetfeldern zu unterscheiden.