DD252102A3

DD252102A3 - METHOD FOR THE DAMAGE DIAGNOSIS OF RIBBED AND SLIDING BEARINGS

Info

Publication number: DD252102A3
Application number: DD27661085A
Authority: DD
Inventors: Adolf Sturm; Manfred Bode; Stephan Uhlemann; Rudolf Foerster; Norbert Hippmann
Original assignee: Zittau Ing Hochschule
Priority date: 1985-05-23
Filing date: 1985-05-23
Publication date: 1987-12-09

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schadensdiagnose an Waelz- und Gleitlagern, die es ermoeglicht, auf originelle Weise den Schadenszustand von Waelz- und Gleitlagern zu beschreiben, insbesondere an solchen Lagern, die durch ihre besondere Konstruktion fuer andere Diagnoseverfahren nicht zugaenglich sind. Erfindungsgemaess werden Schwankungsanteile in der Drehzahl ermittelt, hinsichtlich ihrer Schadensrelevanz ausgewertet und die entsprechenden Anlagensteuerungen ausgeloest. Das Verfahren zeichnet sich durch besondere Einfachheit und durch Anwendung von Betriebsmessgroessen aus.The invention relates to a method for damage diagnosis of rolling and plain bearings, which makes it possible to describe in an original way the damage condition of rolling and plain bearings, especially on those bearings that are not accessible due to their special design for other diagnostic procedures. According to the invention, fluctuation components in the rotational speed are determined, evaluated with regard to their damage relevance and the corresponding plant controls are triggered. The method is characterized by particular simplicity and by the use of Betriebsmessgroessen.

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schadensdiagnose an Wälz- und Gleitlagern einschließlich Lagerungen mit rotierendem Innen- und Außenring bzw. Wellenzapfen und Lagerkörper.The invention relates to a method for damage diagnosis of rolling and plain bearings including bearings with rotating inner and outer ring or shaft journal and bearing body.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Die Lebensdauer eines Wälzlagers ist von Konstruktion, Fertigung, Montage und Betriebsbeanspruchung abhängig und liegt in der Größenordnung von 10⁴-10⁵ Stunden. Der Zeitraum von der Zerstörung eines Lagerbauteiles, z. B. des Käfigs bis zur Blockierung des Lagers ist dagegen um Größenordnungen kleiner und kann sich auf Bruchteile einer Sekunde beschränken.The life of a rolling bearing is dependent on design, manufacture, installation and operating stress and is in the order of 10 ⁴ -10 ⁵ hours. The period of destruction of a bearing component, z. B. the cage to block the camp, however, is orders of magnitude smaller and can be limited to fractions of a second.

Allgemein kann für Wälzlager eine mit großer Häufigkeit auftretende Schadensfolgekette abgeleitet werden. Sturm, A.; Förster, R.; Hippmann, N.; Kinsky, D.: Wälzlagerdiagnostik für Maschinen und Anlagen, VEB Verlag Technik Berlin 1985 (in Vorb.)In general, rolling bearings can be derived with a high frequency damage sequence chain occurring. Storm, A .; Förster, R .; Hippmann, N .; Kinsky, D .: Rolling bearing diagnostics for machinery and equipment, VEB Verlag Technik Berlin 1985 (in Vorb.)

- Beanspruchung und Abnutzung der Lagereinzelteile- Wear and tear of bearing parts

- Zerstörung eines Lagerbauteils- Destruction of a bearing component

- Blockierung des Lagers ,- blocking of the warehouse,

- Ausbildung von Folgeschäden (Beschädigung der Lagersitze, angrenzender Aggregate, Entzündung des Schmiermittels, Brand in der Anlage).- Training for consequential damage (damage to the bearing seats, adjacent aggregates, ignition of the lubricant, fire in the system).

Zur Vermeidung von Folgeschäden kommt es darauf an, beginnende Schädigungserscheinungen, die gewöhnlich durch Gleichlaufstörungen infolge erhöhter Reibung gekennzeichnet sind, eindeutig zu erkennen und die betreffende Anlage sofort außer Betrieb zu nehmen.In order to avoid consequential damage, it is important to clearly identify incipient signs of damage, usually characterized by dysphagia due to increased friction, and to immediately decommission the plant in question.

Die Betriebsüberwachung beschränkte sich bisher auf die Kontrolle der Lagerschwingungen, der kontinuierlichen Erfassung der Lageröl- und Lagermetalltemperaturen und der Stromaufnahme der Antriebsaggregate.Operational monitoring has so far been limited to the control of the bearing vibration, the continuous detection of the bearing oil and bearing metal temperatures and the power consumption of the drive units.

Die Lageröltemperatur reagiert erst bei fortgeschrittener Schädigung mit relativ großem Zeitverzug, so daß eine gezielte Schadensdiagnose kaum möglich ist.The bearing oil temperature reacts only with advanced damage with a relatively large time delay, so that a targeted damage diagnosis is hardly possible.

(Pittroff, H.;Wede, H.:(Pittroff, H., Wede, H .:

Wälzlagerfunktion kontrollieren mittels Temperaturüberwachung, Maschinenmarkt Würzburg 84, 1978, 82, S. 1598 bis 1600) Schwankungen der Stromaufnahme des Antriebsaggregates konnten bisher nur bei einem bereits eingetretenen Wälzlagerschaden eindeutig festgestellt werden. Der Einsatz eines Wellenschwingungsmeßsystems ist sehr aufwendig und z. Z. gerätetechnisch nur bedingt abzusichern. Andere bekannte und industriell angewendete Verfahren zur Diagnose (vgl. vorherige Seite) sind aufgrund konstruktiver Besonderheiten der Lagerungen ungeeignet.Control of rolling bearing function by means of temperature monitoring, machine market Würzburg 84, 1978, 82, pp. 1598 to 1600) Variations in the current consumption of the drive unit could previously be clearly determined only with a rolling bearing damage already occurred. The use of a Wellenschwingungsmeßsystems is very complicated and z. Z. equipment technically only partially secure. Other known and industrially applied methods of diagnosis (see previous page) are unsuitable due to constructive peculiarities of the bearings.

Wälzlager mit rotierendem Innen- und Außenring bzw. Gleitlager mit rotierendem Wellenzapfen und Lagerkörper, die z. B. in Strömungsgebieten eingesetzt sind, werden vor allem bei An- und Abfahrprozessen aufgrund hoher Drehzahl- und Drehmomentdifferenzen stark beansprucht.Rolling with rotating inner and outer ring or plain bearing with rotating shaft journal and bearing body, the z. B. are used in flow areas, especially at startup and Abfahrprozessen due to high speed and torque differences are heavily stressed.

Eine wirksame Betriebsüberwachung der inneren Wälzlager mit rotierendem Innen- und Außenring in o. g. Strömungsgetrieben, war bei dem bisher erreichten Stand der Technik nicht möglich. Die Anwendung der K(t)-Wert-Methode (Bode, M.; Kinsky, D.; Sturm, A.; Zippe, W.:Effective monitoring of internal bearings with rotating inner and outer ring in o. G. Flow drives, was not possible in the prior art reached so far. The application of the K (t) value method (Bode, M., Kinsky, D .; Sturm, A .; Zippe, W .:

Anordnung zur Zustandsbestimmung von Maschinenteilen und deren Anwendung, Wirtschaftspatent 208 497, G 01 M 13/00), der SPM-Methode (Baumbärtner, K.: Die Beurteilung des Wälzlagerzustandes mit der SPM-Methode, Der Maschinenschaden 51 [1978]Arrangement for determining the state of machine parts and their application, commercial patent 208 497, G 01 M 13/00), the SPM method (Baumbärtner, K .: The assessment of the rolling bearing state with the SPM method, the machine damage 51 [1978]

H. 6, S. 221-225) und des Kurtosis-Faktors (Nojak, K.: Lagerschaden - Früherkennung mit der Kurtosis-Methode, Elektronik 12H. 6, p. 221-225) and the kurtosis factor (Nojak, K .: bearing damage - early detection with the kurtosis method, electronics 12

[1982]) ist nicht möglich, da keine schaileitende Verbindung zwischen Wälzlagersitz und Meßstelle am Gehäuse besteht und somit keine repräsentativen Schwingungswerte der Lagerung gemessen werden können.[1982]) is not possible because there is no branching connection between the rolling bearing seat and the measuring point on the housing and thus no representative vibration values of the bearing can be measured.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Schadensdiagnose an Wälz- und Gleitlagern auch mit rotierendem Innen- und Außenring bzw. Wellenzapfen und Lagerkörper aufzuzeigen, das es ermöglicht, einen sich entwickelnden oder eintretenden Schaden in der kinematischen Paarung so rechtzeitig zu erkennen, daß Folgeschäden und die damit verbundenen volkswirtschaftlichen Verluste vermieden werden können.The aim of the invention is to provide a method for damage diagnosis of rolling and plain bearings with rotating inner and outer ring or shaft journal and bearing body, which makes it possible to detect a developing or occurring damage in the kinematic pairing in time so that consequential damage and the associated economic losses can be avoided.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Schädigungserscheinungen an Wälz- und Gleitlagern auch mit rotierenden Innen- und Außenringen bzw. Wellenzapfen und Lagerkörper eindeutig zu erkennen und ggf. die betreffende Anlage sofort außer Betrieb zu nehmen.The invention has for its object to clearly identify damage phenomena on rolling and plain bearings with rotating inner and outer rings or shaft journals and bearing body and possibly take the relevant plant immediately out of service.

Schädigungserscheinungen in kinematischenPaarungen äußern sich in Gleichlaufstörungen infolge erhöhter Reibung bzw. Blockierungseffekten. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß bei stationärem bzw. instationärem Betrieb der Wellen eine Drehzahl, bei gekoppelten Wellen mit Schlupf beide Drehzahlen hinsichtlich der Ungleichförmigkeit(en) der Drehzahl(en) analysiert werden.Damage phenomena in kinematic pairings are manifested in synchronous disturbances as a result of increased friction or blocking effects. According to the invention, this object is achieved in that, in stationary or transient operation of the waves, a speed, in coupled waves with slip both speeds with respect to the non-uniformity (s) of the speed (s) are analyzed.

Die Ungleichförmigkeit der Drehzahl als Parameter für einen eintretenden bzw. eingetretenen Schaden wird ermittelt durch dynamische Bewertung des Drehzahlsignals im Zeit- und Frequenzbereich bzw. hinsichtlich der Phasenlage.The non-uniformity of the speed as a parameter for an incoming or occurred damage is determined by dynamic evaluation of the speed signal in the time and frequency domain or with respect to the phase position.

Eine weitere Möglichkeit besteht in der Bewertung des Drehwinkeis bei einzelnen Wellen. Bei gekoppelten Wellen mit Schlupf erfolgt eine Bewertung der Drehwinkel beider Wellen.Another possibility is the evaluation of Drehwinkeis at individual waves. For coupled waves with slip, the rotation angles of both shafts are evaluated.

Zur Schadensdiagnostik nach dem beschriebenen Verfahren wird die Drehbewegung mit hochauflösenden Impulsgebern (> 400 Imp./Umdr.) ausgewertet. Im ungeschädigten Zustand liefert der Geber eine Impulsfolge, deren Impulslänge bzw. Pausendauer determiniert ist und deren Anzahl ein Maß für die Drehzahl bzw. die durchfahrenen Drehwinkelschritte darstellt. Die durch den Schaden hervorgerufene Ungleichförmigkeit der Drehbewegung äußert sich in einer Änderung der Impulsdauer bzw. der Pausenlänge in Abhängigkeit von Ort, Art und Lage des Schadens. Diese Änderung wird mittels bekannter Signalanalysetechnik im Zeit- und Frequenzbereich ausgewertet.For damage diagnostics according to the described method, the rotary motion is evaluated with high-resolution encoders (> 400 pulses / revolution). In the undamaged state, the encoder supplies a pulse train whose pulse length or pause duration is determined and whose number represents a measure of the speed or the rotational angle steps passed through. The non-uniformity of the rotational movement caused by the damage is expressed in a change in the pulse duration or the pause length depending on the location, type and location of the damage. This change is evaluated by means of known signal analysis technology in the time and frequency domain.

Neben der Schadensdiagnostik ist das beschriebene Verfahren auch für die Qualitätskontrolle bei Fertigung und Montage anwendbar.In addition to damage diagnostics, the method described is also applicable to quality control during production and assembly.

embodiment

Die Erfindung wird am Beispiel eines Strömungsgetriebes erläutert: Der Läufer des Strömungsgetriebes ist aus Pumpen- und Turbinenläufer zusammengesetzt (Fig. 1). Der Pumpenläufer 6 besitzt zwei Auflager, das Traglager 1 und das Schubtraglager 3. Beide Lager sind als Gleitlager ausgeführt und mit dem Gehäuse 5 verbunden. Der Turbinenläufer 7 ist wälzgelagert. Ein Rollenlager 2 trägt den Turbinenläufer in der linken Pumpenläuferhälfte. Zwei Schrägkugellager 4 stützen den Turbinenläufer in der rechten Pumpenläuferhälfte. Der Turbinenläufer bewegt sich im Pumpenläufergehäuse. Die Kraftübertragung vom Pumpenläufer über den Turbinenläufer erfolgt in der rechten Pumpenläuferwelle, die als Hohlwelle ausgeführt ist.The invention is explained using the example of a fluid transmission: The rotor of the fluid transmission is composed of pump and turbine rotor (FIG. 1). The pump rotor 6 has two supports, the support bearing 1 and the thrust bearing 3. Both bearings are designed as plain bearings and connected to the housing 5. The turbine rotor 7 is roller-mounted. A roller bearing 2 carries the turbine rotor in the left pump rotor half. Two angular contact ball bearings 4 support the turbine runner in the right half of the pump rotor. The turbine runner moves in the pump rotor housing. The power transmission from the pump rotor via the turbine rotor takes place in the right pump rotor shaft, which is designed as a hollow shaft.

.Alle Lagerstellen des Turbinenläufers befinden sich somit innerhalb des Pumpenläufers. Aufgrund der Gleitlagerung des Pumpenläufers besteht keine schalleitende Verbindung zwischen den inneren Wälzlagern und dem Gehäuse. Erfindungsgemäß werden an leicht zugänglichen Stellen der treibenden bzw. angetriebenen Welle (z. B. 8; 9) Drehzahlgeber angebracht und das Ausgangssignal dieser Geber einer Auswerteeinheit (10) zugeführt. Im Interesse einer höchstmöglichen Genauigkeit sollten digitale Drehzahlmesser mit einer Impulsrate > 400/Umdrehung Verwendung finden. Die Drehzahlen werden hinsichtlich Drehwinkel, Verhalten im Zeit- und Frequenzbereich bzw. Phasenlage ausgewertet..All bearings of the turbine rotor are thus located inside the pump rotor. Due to the slide bearing of the pump rotor, there is no sound-conducting connection between the inner roller bearings and the housing. According to the invention, in easily accessible locations of the driving or driven shaft (eg 8, 9), speed sensors are mounted and the output signal of these sensors is fed to an evaluation unit (10). For the highest possible accuracy, digital tachometers should be used with a pulse rate> 400 / rev. The speeds are evaluated in terms of angle of rotation, behavior in the time and frequency domain or phase.

Claims

A method for damage diagnosis of rolling and sliding bearings by means of evaluation of the rotational movement, characterized in that the damage caused by the nonuniformity of the rotational movement by means of one or more temporally high-resolution transducer (> 400 pulses per revolution) detected and the degree of nonuniformity of the output signal of the transmitter Analysis in the time and frequency domain is displayed.

For this 1 page drawing