-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Prüfvorrichtung und ein Prüfverfahren
für ein
rotierendes Element, insbesondere ein Zahnrad. Die vorliegende Erfindung
betrifft außerdem
ein entsprechendes Computerprogramm zum Erkennen eines Schadens des
rotierenden Elements und eine entsprechende Auswertungseinrichtung
zum Erkennen eines Schadens des rotierenden Elements.
-
Zahnräder sind
Bestandteile von Getrieben. Zur Sicherheit, Verschleiß- und Lärmverringerung sind
insbesondere Kraftfahrzeuggetriebe in einem geschlossenen Getriebegehäuse untergebracht,
welches Schmiermittel enthält
und dicht verschlossen ist. Ein solches Getriebegehäuse kann
nicht einfach geöffnet
werden, um durch Inaugenscheinnahme zu überprüfen, ob eines der Zahnräder des
Getriebes schadhaft ist. Die Überprüfung von
Zahnrädern
von gebrauchten Getrieben ist daher umständlich.
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Prüfvorrichtung
und ein Prüfverfahren für ein rotierendes
Element, die es ermöglichen,
ein rotierendes Element, welches in einem Gehäuse aufgenommen ist, zu überprüfen, ohne
das Gehäuse
zu öffnen,
und ein entsprechendes Computerprogramm und eine Auswertungseinrichtung
zum Erkennen eines Schadens des rotierenden Elements zu schaffen.
-
Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch eine Prüfvorrichtung
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, ein Prüfverfahren für ein rotierendes
Element mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9, ein Computerprogramm
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13 und eine Auswertungseinrichtung
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14 gelöst.
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Prüfvorrichtung für ein rotierendes
Element mit einer Magnetfelderzeugungseinrichtung und einer Magnetfelderfassungseinrichtung.
Eine solche Prüfvorrichtung kann
für ein
magnetisierbares rotierendes Element schnell und zuverlässig ein
Prüfergebnis
liefern und ist nicht destruktiv. „Magnetisierbar” bedeutet
in diesem Zusammenhang insbesondere „ferromagnetisch”. Bei dem
rotierenden Element handelt es sich beispielsweise um ein Zahnrad,
das in einem Getriebegehäuse
aufgenommen ist, oder um ein Laufrad, das in einem Turbinengehäuse aufgenommen
ist. Solche rotierende Elemente sind im Wesentlichen kreisförmig und
weisen am Rand eine regelmäßige Struktur
auf.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Magnetfelderzeugungseinrichtung eingerichtet, ein Magnetfeld
zu erzeugen, das ein erstes lokales Maximum in einem ersten Punkt
und ein zweites lokales Maximum in einem zweiten Punkt hat. Es wird
dabei eine Umgebung vorausgesetzt, in der das Magnetfeld der Magnetfelderzeugungseinrichtung
nur vernachlässigbar
von anderen Objekten beeinflusst wird und lediglich ein Raum betrachtet,
der sich außerhalb der
Magnetfelderzeugungseinrichtung befindet. Derartige lokale Maxima
werden als Magnetpole bezeichnet. Die lokalen Maxima können an
die Magnetfelderzeugungseinrichtung angrenzen, in welcher das Magnetfeld
eventuell noch höherer
Werte annimmt. Da die Messrichtung des Magnetfelds nicht festgelegt
ist, bedeutet in diesem Zusammenhang „Maximum”, dass der Betrag maximal
ist.
-
In
einer Weiterbildung der bevorzugten Ausführungsform weist die Magnetfelderzeugungseinrichtung
einen ersten magnetisierbaren Kern und einen zweiten magnetisierbaren
Kern auf, wobei der erste Punkt an der Oberfläche des ersten Kerns ausgebildet
ist, und wobei der zweite Punkt an der Oberfläche des zweiten Kerns ausgebildet
ist, und wobei in dem ersten Punkt das Magnetfeld zu dem Kern gerichtet
ist, und wobei das Magnetfeld in dem zweiten Punkt von dem Kern
weg gerichtet ist. Derartige Kerne verstärken das Magnetfeld. Vorne
an den Oberflächen
des ersten Kerns und des zweiten Kerns ist das Magnetfeld im Wesentlichen
konstant, so dass ein Vielzahl von Maximalwerten jeweils einen Bereich
mit maximalem Magnetfeld bilden. Ein derartiger Kern kann auch eine
permanente Magnetisierung aufweisen.
-
In
noch einer Weiterbildung der bevorzugten Ausführungsform sind der erste Kern
und der zweite Kern über
ein magnetisierbares Element miteinander verbunden. Die Feldlinien
des Magnetfelds verlaufen größtenteils
in einem magnetisierbaren Werkstoff, wodurch sich die Intensität des Magnetfelds
weiter erhöht.
-
In
noch einer Weiterbildung der bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich ein
Freiraum von dem ersten Punkt zu dem zweiten Punkt. Dies ermöglicht es,
die beiden Kerne in einem Abstand gegen ein Getriebegehäuse zu richten.
Ein Freiraum von dem ersten Punkt zu dem zweiten Punkt bedeutet,
dass eine Linie von dem ersten Punkt zu dem zweiten Punkt keinen
Gegenstand schneidet, der zu der Prüfvorrichtung gehört.
-
In
noch einer Weiterbildung der bevorzugten Ausführungsform ragt die Magnetfelderfassungseinrichtung
in den Freiraum hin ein. In diesem Freiraum ist das Magnetfeld noch
relativ hoch. Die Vorsehung der Magnetfelderfassungsrichtung in
diesem Freiraum ermöglicht
es gleichzeitig, die Kerne in unmittelbarer Nähe des Gehäuses zu positionieren.
-
In
noch einer bevorzugten Ausführungsform weist
die Magnetfelderzeugungseinrichtung mindestens einen Elektromagnet
auf. Ein solcher Elektromagnet kann einfach umgepolt, an- und ausgeschaltet werden,
was für
die erfindungsgemäßen Messungen wichtig
ist.
-
In
noch einer bevorzugten Ausführungsform weist
die Prüfvorrichtung
eine Auswertungseinrichtung zur Auswertung von Messergebnissen der
Magnetfelderfassungseinrichtung auf. Bei der Auswertungsvorrichtung
kann es sich um einen gewöhnlichen
Computer, auf dem ein Auswertungsprogramm installiert ist, oder
eine spezielle integrierte Schaltung handeln.
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Prüfverfahren für ein rotierendes
Element mit den folgenden Schritten: Erzeugen eines Magnetfelds,
welches durch das rotierende Element verläuft, durch eine Magnetfelderzeugungseinrichtung;
Drehen des rotierenden Elements um eine Drehachse; Erfassen eines
lokalen Magnetfelds mit einer Magnetfelderfassungseinrichtung für unterschiedliche
Drehpositionen des rotierenden Elements, während das Magnetfeld erzeugt
wird; und Überprüfen, ob
das lokale Magnetfeld für
eine Drehposition des rotierenden Elements einen ungewöhnlichen
Wert aufweist, um einen Schaden des rotierenden Elements zu erkennen. Das
lokale Magnetfeld setzt sich aus dem Magnetfeld zusammen, welches
von der Magnetfelderzeugungseinrichtung erzeugt wurde, und Magnetfeldern
zusammen, die andere Ursachen haben. Ein sol ches Prüfverfahren
kann schnell und voll automatisiert durchgeführt werden. Der ungewöhnliche
Wert ist ein Wert, der von einem erwarteten Wert stark abweicht.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
weist das Prüfverfahren
die folgenden weiteren Schritte auf: Erfassen eines weiteren lokalen
Magnetfelds mit der Magnetfelderfassungseinrichtung für unterschiedliche
Drehpositionen des rotierenden Elements, während ein weiteres Magnetfeld
erzeugt wird; Abziehen des weiteren lokalen Magnetfelds von dem
lokalen Magnetfeld jeweils für
eine gleiche Drehposition. Das weitere lokale Magnetfeld wird an
dem gleichen Ort gemessen wie das lokale Magnetfeld. Das weitere
lokale Magnetfeld wird beispielsweise gemessen, wenn die Magnetfelderzeugungseinrichtung
ausgeschaltet ist. Dies ermöglicht
es, Bestandteile des Magnetfelds zu eliminieren, welche die Auswertung
verfälschen.
Dies ist vor allem für
Zahnräder wichtig,
die eine bedeutende Permanentmagnetisierung aufweisen, wie sie für metallische
Zahnräder
typisch ist, die induktionsgehärtet
sind.
-
In
einer Weiterbildung bevorzugten Ausführungsform wird das lokale
Magnetfeld mit dem weiteren lokalen Magnetfeld verglichen, um die
gleichen Drehpositionen zu bestimmen. Die Drehpositionen des rotierenden
Elements müssen
folglich nicht gemessen werden, so dass die Prüfvorrichtung besonders einfach
ausgebildet werden kann.
-
In
noch einer Weiterbildung der bevorzugten Ausführungsform wird ein periodischer
Anteils des lokalen Magnetfelds abgezogen. Die Prüfgenauigkeit kann
dadurch erhöht
werden.
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Computerprogramm zum Erkennen
eines Schadens eines rotierenden Elements, wobei es Computercodeabschnitte
umfasst, die geeignet sind, um zu überprüfen, ob ein lokales Magnetfeld
für eine
Drehposition des rotierenden Elements einen ungewöhnlichen Wert
aufweist, der eine Beschädigung
des rotierenden Elements anzeigt, und ein Prüfergebnis auszugeben, wenn
das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird. Eine Implementierung
als Computerprogramm ist vor allem für geringe Stückzahlen
relativ günstig.
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Auswertungseinrichtung
zum Erkennen eines Schadens eines rotierenden Elements, wobei die
Auswertungseinrichtung eingerichtet ist, um zu überprüfen, ob ein lokales Magnetfeld
für eine
Drehposition des rotierenden Elements einen ungewöhnlichen
Wert aufweist, der eine Beschädigung
des rotierenden Elements anzeigt, und ein Prüfergebnis auszugeben.
-
Im
Folgenden wird die Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen
näher beschrieben.
Es zeigen:
-
1 eine
schematische Ansicht einer Prüfvorrichtung;
-
2 eine
schematische Ansicht einer alternativen Magnetfelderzeugungseinrichtung;
-
3 einen
Verlauf von magnetischen Feldlinien für ein magnetisierbares Zahnrad
und ein nicht magnetisierbares Gehäuse;
-
4 einen
Verlauf von magnetischen Feldlinien für ein magnetisierbares Zahnrad
und ein magnetisierbares Gehäuse;
-
5 ein
Flussdiagramm eines Prüfverfahrens;
-
6A einen
Verlauf eines lokalen Magnetfelds als Funktion einer Drehposition
des Zahnrads für
eine ausgeschaltete Magnetfelderzeugungseinrichtung; und
-
6B einen
Verlauf eines lokalen Magnetfelds als Funktion einer Drehposition
des Zahnrads für
eine eingeschaltete Magnetfelderzeugungseinrichtung.
-
1 zeigt
eine schematische Ansicht einer Prüfvorrichtung. Die Prüfvorrichtung
umfasst eine Magnetfelderzeugungseinrichtung 1, eine Magnetfeldsensor 2 und
eine Auswertungseinrichtung 3. Die Prüfvorrichtung prüft, ob ein
Zahnrad 4, welches um eine Drehachse 5 drehbar
ist, beschädigt
ist. Das Zahnrad 4, bei dem es sich beispielsweise um das Zahnrad
eines Getriebes handelt, ist in einem abgeschlossenen Gehäuse 6 aufgenommen,
von dem nur ein Ausschnitt dargestellt ist. Ein Zahn 18 des
Zahnrads 4 ist beschädigt.
Die Magnetfelderzeugungseinrichtung 1 weist einen ersten
Elektromagneten 7 und einen zweiten Elektromagneten 8 auf.
Die beiden Elektromagnete 7 und 8 umfassen jeweils
einen magnetisierbaren Kern 9, um den eine Spule 10 gewickelt
ist, und sind identisch ausgebildet. Die beiden Spulen 10 der
Elektromagnete sind jedoch entgegengesetzt an eine Spannungsquelle 11 angeschlossen, so
dass, wenn ein Schalter 12 geschlossen wird, an den vorderen
Enden der magnetisierbaren Kerne 9 jeweils entgegen gesetzte
Magnetpole ausgebildet sind. Die magnetisierbaren Kerne sind barrenförmig oder
stabförmig
ausgebildet, jeweils in einer der Spulen 10 aufgenommen
und bestehen aus einem ferromagnetischen Werkstoff mit hoher Permeabilität, insbesondere
Eisen oder einer Eisenlegierung. Das Zahnrad besteht ebenfalls aus
einem ferromagnetischen Werkstoff mit hoher Permeabilität. Der Magnetfeldsensor 2 ist
beispielsweise ein Hall-Sensor, dessen Messwerte zu der Auswertungseinrichtung 3 zugeführt werden,
die als Laptop ausgebildet ist, auf dem ein Auswertungsprogramm
zur Auswertung des Messwerte des Magnetfeldsensors 2 installiert
ist. Zwischen den beiden Elektromagneten 7, 8 ist
ein Freiraum 16 vorgesehen, in den der Magnetfeldsensor 2 angeordnet
ist. Das vordere Ende des Magnetfeldsensors ist hinter den vorderen
Enden der Kerne 9 angeordnet, damit die Elektromagneten
möglichst nah
an das zylindrische Gehäuse
herangeführt
werden können.
-
2 zeigt
eine schematische Ansicht einer alternativen Magnetfelderzeugungseinrichtung 1'. Diese alternative
Magnetfelderzeugungseinrichtung 1' unterscheidet sich von der Magnetfelderzeugungseinrichtung 1 dadurch,
dass weitere Elemente 13, 14 und 15 vorgesehen
sind. Die hinteren Enden der Kerne 7 und 8 sind über ein
jochförmiges
Element 13 aus einem magnetisierbaren Werkstoff miteinander
verbunden. An den vorderen Enden der Kerne 9 sind jeweils
ein Endstück 14 bzw. 15 befestigt.
Die Endstücke 14 und 15 haben
eine geneigte Oberseite, die an die Form des Gehäuses 6 angepasst ist.
Die geneigte Oberseite kann zusätzlich
gebogen sein, um noch besser an die Form des Gehäuses 6 angepasst zu sein.
Dadurch kann die Strecke, welche die Feldlinien des Magnetfelds,
welches von der Magnetfelderzeugungseinrichtung 1' erzeugt wird,
außerhalb
eines ferromagnetischen Werkstoff durchlaufen, verringert werden.
Das Magnetfeld der Magnetfelderzeugungseinrichtung 1' gewinnt gegenüber dem
Magnetfeld der Magnetfelderzeugungseinrichtung 1 dadurch
an Intensität.
Gleichzeitig nimmt die Variation der Intensität des Magnetfelds der Magnetfelderzeugungseinrichtung 1' in Abhängigkeit
von der Strecke zu, welche die Feldlinien des Magnetfelds außerhalb
eines ferromagnetischen Werkstoff durchlaufen. Das Magnetfeld im
gesamten Raum nimmt zu, und die Sensitivität der Prüfvorrichtung nimmt folglich
zu. Das Magnetfeld zwischen dem hinteren Ende des Kerns 9 des
ersten Elektromagnetes 7 und dem hinteren Ende des Kerns 9 des
zweiten Elektromagneten 8 läuft fast aus schließlich durch
das jochförmige
Element 13, so dass sich die Intensität des Magnetfelds der Magnetfelderzeugungseinrichtung 1' gegenüber dem
Magnetfeld der Magnetfelderzeugungseinrichtung 1 noch weiter
erhöht.
-
3 zeigt
einen Verlauf von magnetischen Feldlinien für ein magnetisierbares Zahnrad
4 und
ein nicht magnetisierbares Gehäuse
6.
Die meisten magnetischen Feldlinien
17 treten aus dem vorderen Ende
des Kerns
9 des zweiten Elektromagnets
8 aus, durchdringen
das Gehäuse
6 und
zwei Luftspalte auf den gegenüberliegenden
Seiten des Gehäuses
6, treten
in das Zahnrad
4 ein, treten aus dem Zahnrad
4 wieder
aus, durchdringen wieder das Gehäuse
6 und
zwei Luftspalte auf den gegenüberliegenden
Seiten des Gehäuses
6,
treten in das vordere Ende des Kerns
9 des ersten Elektromagnets
7 ein,
treten aus dem hinteren Ende des Kerns
9 des zweiten Elektromagnets
7 wieder
aus, durchlaufen einen Luftraum zwischen dem hinteren Ende des Kerns
7 und
dem hinteren Ende des Kerns
8 und treten schließlich in das
hintere Ende des Kerns
9 des zweiten Elektromagneten
8 ein,
so dass die Magnetfeldlinien geschlossen sind. Es gibt jedoch im
gesamten Raum ein schwächeres
Magnetfeld, insbesondere zwischen den beiden Elektromagneten in
unmittelbarer Nähe
des Zahnrads
4. Da sich das Zahnrad im Uhrzeigersinn dreht,
variiert die Strecke, welche die Feldlinien in einem nichtmagnetischen
Raum durchlaufen periodisch mit der Kreisfrequenz
wobei n die Anzahl der Zähne des
Zahnrads angibt, und T die Zeitdauer für eine Umdrehung des Zahnrads
angibt. Dementsprechend variiert das von der Magnetfelderzeugungseinrichtung
1 erzeugte
Magnetfeld im gesamten Raum periodisch mit der Kreisfrequenz
-
Eine
weitere Variation eines lokalen Magnetfelds mit der Kreisfrequenz
folgt daraus, dass sich die
Zähne des
Zahnrads
4 periodisch an dem Magnetfeldsensor
2 vorbeidrehen.
-
4 zeigt
einen Verlauf von magnetischen Feldlinien 17 für ein magnetisierbares
Zahnrad 4 und ein magnetisierbares Gehäuse 6. Ein bedeutender Anteil
der Magnetfeldlinien 17 verläuft entlang eines Abschnitts
des Gehäuses 6 zwischen
dem vorderen Ende des Kerns 9 des zweiten Elektromagneten
und dem vorderen Ende des Kerns 9 des ersten Elektromagneten.
Experimentell wurde festgestellt, dass selbst für magnetisierbare Gehäuse 6 eine
periodische Variation des Magnetfelds für ein sich drehendes Zahnrad 4 noch
erfasst werden kann.
-
Bevor
ein Prüfverfahren
dargestellt wird, wird die Theorie, auf welcher ein Prüfverfahren
basiert, erläutert.
Die Magnetfelderzeugungseinrichtung 1 misst ein lokales
Magnetfeld in einem Zwischenraum zwischen den beiden Kernen 9.
Das gemessene lokale Magnetfeld B →meas hängt von
einem ersten Magnetfeld B →gear , das
auf einer permanenten Magnetisierung des Zahnrads 4 beruht
und typisch für
induktionsgehärtete
Zahnräder
ist, einem zweiten Magnetfeld B →app ,
welches von der Magnetfelderzeugungseinrichtung 1 erzeugt
wird, und einem äußeren Magnetfeld B →0 ab, das nicht auf der permanenten Magnetisierung
des Zahnrads 4 beruht und nicht von der Magnetfelderzeugungseinrichtung 1 erzeugt
wird. Das gemessene lokale Magnetfeld B →meas kann
in eine konstante Komponente B →const und
eine winkelabhängige Komponente B →ang(φ) zerlegt
werden, die von der Drehposition des Zahnrads 4 abhängt: B →meas = B →0 + B →gear(φ)
+ B →app(φ)
= B →const + B →ang(φ).
-
Die
konstante Komponente B →const hängt von dem äußeren Magnetfeld B →0 , dem Magnetfeld B →gear aufgrund
der permanenten Magnetisierung des Zahnrads 4 und dem Magnetfeld B →app ab, welches von der Magnetfelderzeugungseinrichtung 1 erzeugt wird.
Die winkelabhängige
Komponente B →ang(φ) hängt von dem Magnetfeld B →gear aufgrund der permanenten Magnetisierung
des Zahnrads 4 und dem Magnetfeld B →app ab,
welches von der Magnetfelderzeugungseinrichtung 1 erzeugt
wird. In Bereichen, in denen die Zähne des Zahnrads 4 nicht
beschädigt
sind, weist die Komponente B →ang(φ) einen
unperiodischen Anteil B →unper(φ) und
einen periodischen Anteil B →per(φ) auf: B →ang(φ) = B →unper(φ) + B →per(φ).
-
Der
periodische Anteil
B →per(φ) beruht
auf den Zähnen,
wie oben beschrieben, und variiert mit der Kreisfrequenz
-
Für ein unbeschädigtes Zahnrad
wird dementsprechend das folgende (ideale) Magnetfeld B →exp erwartet: B →exp = B →0 + B →gear(φ)
+ B →app(φ)
= B →const + B →unper(φ) + B →per(φ).
-
Allgemein
gilt für
ein erstes lokales Magnetfeld B →meas1 mit
einer konstanten Komponente B →const1 und
einer winkelabhängigen
Komponente B →ang1(φ) und ein erwartetes Magnetfeld B →exp1 mit der konstanten Komponente B →const1 , einem unperiodischen Anteil B →unper1(φ) und
einen periodischen Anteil B →per1(φ), welche
sich für
ein erstes Magnetfeld B →app1 der Magnetfelderzeugungseinrichtung 1 ergeben,
wie folgt: B →exp1 = + B →gear(φ)
+ B →app1(φ)
= B →const1 + B →ang(φ) + B →per1(φ) B →meas1 = B →const1 + B →ang1(φ)
-
Allgemein
gilt dementsprechend für
ein zweites lokales Magnetfeld B →meas2 mit
einer konstanten Komponente B →const2 und
einer winkelabhängigen Komponente B →ang2(φ) und
ein erwartetes Magnetfeld B →exp2 mit
der konstanten Komponente B →const2, einem unperiodischen
Anteil B →unper2(φ) und einem periodischen
Anteil B →per2(φ), welche sich für ein zweites
Magnetfeld B →app2 der Magnetfelderzeugungseinrichtung 1 ergeben,
wie folgt: B →exp2 = B →0 + B →gear(φ) + B →app2(φ)
= B →const2 + B →ang(φ) + B →per2(φ) B →meas2 = B →const2 + B →ang2(φ)
-
Durch
Differenzbildung ergibt sich: ΔB →exp = B →exp2 – B →exp1 = B →const2 – B →const1 + B →per2(φ) – B →per1(φ)
= B →CONST + B →PER(φ) ΔB →meas = B →meas2 – B →meas1 = B →const2 – B →const1 + B →ang2(φ) – B →ang1(φ)
= ΔB →exp + ΔB →un
exp
= B →CONST + B →PER(φ) + ΔB →un
exp(φ)
-
Die
Differenz ΔB →meas der beiden gemessenen lokalen Magnetfelder
kann also als die Summe der Differenz der beiden erwarteten lokalen
Magnetfelder ΔB →exp und eines unerwarteten Differenzterms ΔB →un
exp ausgedrückt
werden. Für
ein unbeschädigtes
Zahnrad gilt ΔB →un exp = 0.
-
Für einen
Sonderfallfall B →app1(φ) = 0 gilt(φ) = B →per2(φ). Das
Magnetfeld wird zunächst
mit ausgeschalteter Magnetfelderzeu gungseinrichtung 1 und dann
mit angeschalteter Magnetfelderzeugungseinrichtung 1 gemessen.
Dies ist messtechnisch sehr einfach. Das gemessene lokale Magnetfeld
variiert jedoch ohne Zahnradschaden im Idealfall periodisch. Der
periodische Anteil kann in einem Winkelbereich bestimmt werden,
wo die Periodizität
deutlich zu erkennen ist, d. h. kein Zahnradschaden vorliegt, und von ΔB →meas abgezogen
werden. Die Variation des Ausdrucks B →meas – B →per2(φ) als
Funktion der Zahnradposition zeigt das Vorhandensein eines Zahnradschadens
an. 6A zeigt einen Verlauf eines lokalen Magnetfelds
als Funktion einer Drehposition des Zahnrads für die ausgeschaltete Magnetfelderzeugungseinrichtung 1. 6B zeigt
einen Verlauf eines lokalen Magnetfelds als Funktion einer Drehposition des
Zahnrads für
die angeschaltete Magnetfelderzeugungseinrichtung 1. Im
umkreisten Bereich 18 weicht das lokale Magnetfeld mit
angeschalteter Magnetfelderzeugungseinrichtung 1 deutlich
von dem Magnetfeld mit ausgeschalteter Magnetfelderzeugungseinrichtung
ab. Nach Differenzbildung und Abziehen eines periodischen Anteils
zeigt die Variation des Ergebnisses einen Zahnradschaden im umkreisten
Bereich 18 an.
-
5 zeigt
ein Flussdiagramm eines Prüfverfahrens.
Im Schritt S1 misst der Magnetfeldsensor
2 ein lokales
Magnetfeld, während
sich das Zahnrad
4 mit einer konstanten Drehgeschwindigkeit
dreht. Die Magnetfelderzeugungseinrichtung
1 ist ausgeschaltet.
Die Messwerte werden zu dem Laptop
3 gesendet. Im Schritt
S2 misst der Magnetfeldsensor
2 ein weiteres lokales Magnetfeld,
während
sich das Zahnrad
4 mit der konstanten Drehgeschwindigkeit weiter
dreht. Die Magnetfelderzeugungseinrichtung
1 ist jetzt
angeschaltet. Die Messwerte werden zu dem Laptop
3 gesendet.
Im Schritt S3 vergleicht ein Auswertungsprogramm, welches auf dem
Laptop
3 in stalliert ist das Magnetfeld mit dem weiteren
Magnetfeld, um Werte des lokalen Magnetfelds für gleiche Drehpositionen zu
bestimmen. Wenn
B →meas1i einen i-ten
Messwert von N Messwerten des lokalen Magnetfelds dargstellt, und
B →meas2i einen i-ten Messwert von N Messwerten
des lokalen Magnetfelds dargstellt, wird ein j gesucht, für welches
die mittlere Abweichung
δB →meas einen Minimalwert hat, wobei gilt:
-
Alternativ
kann auch das j gesucht werden, für welche eine Produktsumme
P maximal ist, wobei gilt:
-
Dieses
Vorgehen beruht auf der Annahme, dass die lokalen Magnetfelder für beide
Messungen weitgehend identisch sind. Die markanten Messpunkte 19 und 19' in 6A und 6B,
die sich entsprechen, zeigen, dass diese Annahme erfüllt ist. Im
Schritt S4 bildet das Auswertungsprogramm die Differenz ΔB →meas = B →meas2 – B →meas1 für sämtliche Messwerte i. Im Schritt
S5 überprüft das Auswertungsprogramm,
ob die Differenz einen ungewöhnlichen
Wert aufweist. Es gilt ΔB →meas = B →CONST + B →per2(φ) + ΔB →un exp(φ). B →per2(φ) ändert sich
periodisch und ist daher kleiner als ein bestimmter Wert. Folglich
ist auch der variable Anteil B →per2(φ) + ΔB →un
exp(φ) von ΔB →meas kleiner als ein Schwellwert. Zur Überprüfung wird
dann der maximale Wert des variablen Anteils B →per2(φ) + ΔB →un exp(φ) von ΔB →meas mit
einem Schwellwert verglichen. Ist der maximale Wert gleich dem letztgenannten Schwellwert
oder größer als
der letztgenannte Schwellwert, ist das Zahnrad schadhaft. Ist der
maximale Wert kleiner als der letztgenannte Schwellwert, ist das
Zahnrad nicht schadhaft, d. h. es ist kein Schaden erkennbar. Alternativ
kann das Auswertungsprogramm den periodischen Anteil B →per2(φ) auch
in einem Winkelbereich bestimmen, wo die Periodizität deutlich
zu erkennen ist, d. h. kein Zahnradschaden vorliegt, und den periodischen B →per2(φ) von ΔB →meas abziehen. Zur Überprüfung wird dann der maximale
Wert des verbleibenden variablen Anteils ΔB →un exp(φ) von ΔB →meas mit
einem Schwellwert verglichen. Ist der maximale Wert gleich dem Schwellwert
oder größer als
der Schwellwert, ist das Zahnrad schadhaft. Ist der maximale Wert
kleiner als der Schwellwert, ist das Zahnrad nicht schadhaft, d.
h. es ist kein Schaden erkennbar. Eventuell können allgemein zwei Schwellwerte
verwendet werden, wobei keine Aussage getroffen wird, wenn der maximale
Wert zwischen beiden Schwellwerten liegt. Im Schritt S6 gibt das
Auswertungsprogramm ein Prüfergebnis aus,
das auf dem Bildschirm des Laptops 3 angezeigt wird und
aussagt, ob das Zahnrad schadhaft ist oder nicht, oder ob eine definitive
Aussage nicht getroffen werden kann.
