CN103069258A - 用于监测旋转的机器部件的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于监测相对于基础件运动并且围绕自身轴线旋转的机器元件（02）的设备，包括传感器（06）和分析电子装置（09）。根据本发明，所述传感器（06）和所述分析电子装置（09）以及一能量供应单元和一发射单元（12）设置在该运动的机器元件（02）上。

Description

用于监测旋转的机器部件的设备
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1前序部分的用于监测围绕自身轴线运动或旋转并且相对于基础件运动的机器部件的设备。
背景技术
在振动诊断领域中，通常用传感装置来监测周转齿轮传动机构的内部构件或有关构件，该传感装置被设置在固定不动的构件上。作为用于此的传感器，首先考虑加速度接收器和固体声传感器。
很长一段时间以来，在实践中为了提高运行安全性和维修的可计划性以及设备的可用性，要对设备进行噪声分析。因此可以通过噪声分析及时识别出例如在传动元件或滚动轴承上的初期损伤并且可相应计划维修。
DE4432808A1公开了一种用于监测工具、例如监测钻孔工具、螺纹切削工具、研磨工具/铰刀或铣削工具的传感器系统。工具、工件或产生噪音的构件单元所在的可平移运动亦或可旋转运动的机器元件的振动信号或固体声信号可在相对于工具静止的壳体上被无线地量取并且被传输给相应的监测或检查装置。该传感器系统在传感器侧仅具有壳体主体、压电或电动的振动元件及初级线圈。在接收器侧，在一个相应的壳体中设有次级线圈。
DE10325801A1公开了一种拾音器，该拾音器用于对机器设备进行声音诊断，例如用于阀的泄露探测或用于轴承诊断。该拾音器包括压电测量元件和电子电路，该电子电路将测量信号处理成适用于向分析装置传输的形式。拾音器从其周围提取用于电子电路运行所需的能量。该辅助能量从待接收的声音信号中产生。输出信号的传输可以通过电缆或者作为替换方案无线地通过无线电或红外线进行。作为用于产生辅助能量的器件，例如可设置配有一震块（seismische Masse）的压电陶瓷，除了压电测量元件之外，该压电陶瓷也设置在拾音器中。在该实施方案中，辅助能量可从压电测量元件的电测量信号中产生。
DE19924955A1公开了一种用于测量传动机构噪音的声学测量设备。借助该测量设备拟获取匹配于主观听感的测量结果，该测量结果可作为有效的比较参数纳入考虑。此测量设备包括至少一个用于检测空气声信号的传感器和至少一个用于检测固体声信号的传感器。可以简单地借助双通道DAT录音器来记录空气声信号和固体声信号以及可能情况下的测量信号，例如转速信号。在此，在车辆中固体声拾音器直接设置在传动机构壳体上，麦克风作为空气声拾音器设置在乘客车厢内，以及用于检测发动机转速的转速测量仪设置在发动机室中。各传感器可选择性地以无线或导线方式与DAT录音机连接。
DE102006058689A1公开了一种用于诊断机器构件状态的方法和设备，其中，功能单元的固体声作为振动数据被分析评估，以便诊断机器或机器构件的状态。为此，对所拾取的固体声信号进行已知的噪声分析。各传感器设置在待监测机器的壳体上。
DE102009010709A1介绍了一种可运动的无线传感器和一种将该传感器应用于车辆状态和使用监测系统中的方法。在车辆中使用多个无线传感器，当这些传感器通过车辆的振动被激活时，所述传感器用于监测车辆的一个或多个元件并且将状态数据和/或使用数据传输给数据接入点。在该系统中设置一个可运动的无线传感器，该传感器可以有时候位于第一位置上以便监测车辆的一个或多个元件并且随后可以移向另一位置以便监测车辆的另一或另外多个元件。由此减少了用于监测车辆的传感器的总数。
DE4101985A1公开了一种用于测定两个相互作用的元件的不规则性的方法。借助该方法，尤其是拟识别和定位齿轮和/或齿轮传动机构轴承上的损伤。在待测试的齿轮传动机构上安装一个加速度接收器。借助该加速度接收器将固体声总信号转换为电信号。该信号被进一步处理并被输入到计算机中。此外在测量开始时还调定感兴趣的基本信号的频率与输入旋转频率的比值。然后在计算机中根据固体声加速度信号的关系对各信号进行处理并且求平均值。信号通过傅立叶分析加以分析评估。
对于设置在传动机构壳体上的传感器，会出现声传播的不确定的传输功能，因为结构条件决定了产生于运动（例如回转）或旋转构件上的振动通过运动着的滑滚触点（例如齿啮合）进行传输。还有就是与所安装的传感装置的距离不断变化，这又影响了信号到传感器的传输功能。另外例如在行星齿轮传动机构中还出现其它重要缺陷，即，行星轮的相位不利地影响最终出现在传感器上的振动的测量结果。因此，在大多数情况下，以可靠诊断这种系统的各个构件为目标，对振动信号进行的分析评估极其勉强并且是不可靠的。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种用于对围绕自身轴线运动或旋转并且相对基础件运动的机器部件、尤其是传动机构进行监测的设备，该设备克服了上述缺点并且确保了对这种机器部件的可靠诊断和监测。
上述目的的解决通过具有权利要求1特征的设备得以实现。
根据本发明的用于监测相对于基础件运动并且围绕自身轴线运动或旋转的机器部件的设备首先包括传感器和分析电子装置。根据本发明，传感器、分析电子装置和一能量供应单元以及一发射单元都设置在运动的机器部件上。
特别优选将本发明用于监测传动机构中的传动机构元件。因此可监测在行星齿轮传动机构中相对于基础件运动并且围绕自身轴线旋转的行星轮。
但本发明也可用于这样的结构，其中，例如滚动轴承的内圈和外圈转动（此外还有航空涡轮机、用于材料分离的分离机等等），因为在此存在着与行星齿轮传动机构情况相似的测量技术问题。
在一种特别有利的实施方式中，传感器为所谓智能传感器或者说智能性的传感器。这种传感器在一个壳体中不仅具有本来的测量参数检测装置而且也整合了完全的信号准备装置、信号评估装置和高程度的信号处理装置。该智能传感器除了振动传感器元件外还优选包括模拟的和/或数字的信号处理装置、数据存储器以及优选标准化的用于与上级系统进行通信的接口。
优选地，所述标准化接口通过无源或有源的无线电技术构成，例如通过WLAN、WPAN（例如蓝牙作为短距离内设备间无线传输标准）、移动电话（例如GSM、UMTS）或RFID构成。本领域技术人员知晓在此可应用的技术并且可适当选择和配置这些技术。
智能传感器的能量供应优选通过所谓的“能量采集器”（energyharvester）进行。所说“能量采集”是指从源（例如环境温度、振动或空气流动）当中产生电流。另外作为用于此的可能性还已知压电晶体，其在力作用下产生电压。例如，车辆中的传感器可以利用现有的车身振动或轴承旋转来获得能量或者通过热电发生器利用例如发动机的余热。
在齿轮围绕其自身轴线旋转时，例如可通过电的发电机轴承（发生器轴承）来转换所需的电能。这种发电机轴承是已知的。作为发电机轴承，例如可考虑永久激励的凸极发电机（Schenkelpolgenerator）或爪极发电机，其中，发电机线圈和相应后置的电子装置都直接设置在旋转的机器部件上。由此可确保传感器和发射单元的能量供应。这种发电机例如可以集成到相关行星轮的支承装置中或者集成到该行星轮本身之中。
在一种优选的实施方式中，传感器构造成环形的。传感器例如也可直接集成到行星轮中。
附图说明
下面借助附图详细说明本发明。附图示出：
图1为行星齿轮传动机构的俯视图；
图2为图1中一个行星轮的细节图。
具体实施方式
图1借助行星齿轮传动机构以示意图示出了本发明的一种优选实施方式。按已知方式，该行星齿轮传动机构包括设置于中央的太阳轮01以及在其上啮合的行星轮02，各行星轮可旋转地固定在行星架03上。行星齿轮传动机构还包括居于外侧的齿圈04，各行星轮02嵌入齿圈的内齿部中。
齿圈04与基础件或者说传动机构壳体固定不动地相连接。当行星架03被驱动时，太阳轮01便构成传动机构的输出装置。但也可反过来驱动太阳轮01，此时行星架03构成输出装置。在每一情况下，都使行星轮02围绕其自身轴线旋转并且相对于齿圈04作周转运动，也就是说，行星轮到齿圈04上某一固定点的距离在驱动轴旋转一圈的过程中发生着改变。
优选在每个行星轮02上设置一个智能传感器06。在齿圈04上设置一个接收器07，该接收器接收智能传感器06的信号。
图2以细节图示出了行星齿轮传动机构的其上设有智能传感器06的单个行星轮02（图1中的细节A）。
智能传感器06包括振动传感器元件08、模拟的和/或数字的信号处理单元09、数据存储器11以及集成的发射单元12。这些元件仅以符号示出。本领域技术人员已知晓相应的具体实施方式。
根据待监测结构中现有的安装空间，如不使用集成的智能传感器，各元件也可以其它方式分布设置在行星轮上或者集成到其中。
智能传感器06的能量供应优选由未示出的发电机轴承进行，该发电机轴承例如可集成到行星轮在行星架03内的支承位置中。
附图标记列表
01太阳轮
02行星轮
03行星架
04齿圈
05－
06智能传感器
07接收单元
08振动传感器
09信号处理装置
10－
11数据存储器
12发射单元

Claims (10)

1.用于监测相对于基础件运动并且围绕自身轴线运动或旋转的机器元件（02）的设备，包括传感器（06）和分析电子装置（09），其特征在于，所述传感器（06）和所述分析电子装置（09）以及一能量供应单元和一发射单元（12）设置在所述机器元件（02）上。
2.根据权利要求1的设备，其特征在于，所述机器元件（02）为传动机构元件。
3.根据权利要求1或2的设备，其特征在于，传动机构为行星齿轮传动机构并且机器元件为行星轮（02）。
4.根据权利要求1至3之一的设备，其特征在于，所述传感器为智能传感器（06），该智能传感器在一个壳体中包括测量参数检测装置、信号准备装置、信号评估装置和信号处理装置。
5.根据权利要求1至4之一的设备，其特征在于，所述能量供应单元为集成到所述机器元件的支承装置中的发电机、能量采集器或蓄能器。
6.根据权利要求1至5之一的设备，其特征在于，所述传感器为环形或者占据一环形区段。
7.根据权利要求2至5之一的设备，其特征在于，所述传感器（06）集成到行星轮（02）中。
8.根据权利要求1至6之一的设备，其特征在于，所述发射单元（12）为无线电发射单元。
9.根据权利要求8的设备，其特征在于，所述无线电发射单元（12）借助WPAN－、WLAN－、UMTS－协议工作。
10.根据权利要求1至9之一的设备，其特征在于，多个运动的机器元件（02）分别具有一个自身的传感器（06），并且一个共同的接收单元（07）固定设置在壳体上。
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