DE102008032708A1

DE102008032708A1 - Verfahren zur Überwachung eines Drehschwingungsdämpfers

Info

Publication number: DE102008032708A1
Application number: DE200810032708
Authority: DE
Inventors: Christian Huber
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Priority date: 2008-07-11
Filing date: 2008-07-11
Publication date: 2010-01-21

Abstract

Das Verfahren zur Überwachung eines Drehschwingungsdämpfers erfaßt die Drehzahl eines rotierenden Bauteiles (1) durch einen Sensor (10), der ein Drehzahlsignal erzeugt. Dieses Drehzahlsignal wird durch eine Fourier-Analyse und insbesondere eine schnelle Fourier-Analyse (FFT) in seine Frequenzanteile zerlegt. Die Frequenzanteile werden anschließend ausgewertet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Überwachung eines Drehschwingungsdämpfers gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Ein solches Verfahren ist aus der DE 10 2006 015 867 A1 bekannt. Dort wird vorgeschlagen, an eine drehbare Welle ein Anschlußteil drehfest anzubringen und eine seismische Drehmasse drehelastisch mit dem Anschlußteil zu verbinden. Zur Überwachung werden zwei Drehzahlsensoren verwendet, von denen einer die Drehzahl des Anschlußteiles und der andere die Drehzahl der seismischen Drehmasse mißt. Aus zeitsynchron gemessenen Drehwinkeln des Anschlußteils und der seismischen Drehmasse wird der relative Verdrehwinkel zwischen diesen beiden Teilen ermittelt, woraus in einer Rechenschaltung gesuchte Größen, wie Torsionssteifigkeit und Torsionsdämpfung, als Kennwerte errechnet und angezeigt werden.
Drehschwingungsdämpfer werden zur Dämpfung von Drehschwingungen einer Welle verwendet, wie z. B. einer Kurbelwelle oder einer Nockenwelle einer Kolbenkraftmaschine. Die Dämpfung erfolgt im Regelfall dadurch, daß eine zusätzliche Maße drehelastisch mit der Welle gekoppelt ist, wie z. B. auch in der DE 10 2006 050 520 A1 gezeigt.
Die Wirkung von Drehschwingungsdämpfern soll laufend überwacht werden, um beispielsweise kritische Zustände, wie Resonanzerscheinungen, Überbeanspruchungen der Welle, durch Drehwechselspannungen zu erfassen.
Das eingangs genannte Verfahren gemäß DE 10 2006 015 867 A1 mit zwei Sensoren verwendet herkömmliche induktive Drehzahlsensoren, wobei die beiden Teile, deren Drehzahl bzw. Drehwinkel gemessen werden soll, an ihrem Außenumfang Zähne haben, die an dem zugeordneten Sensor vorbeilaufen und dadurch eine Änderung des Magnetfeldes bewirken, das als Drehzahlsignal ausgewertet werden kann. Das bekannte Verfahren setzt eine sehr hohe Genauigkeit der Zähne voraus, die nur mit sehr hohem Herstellaufwand zu erreichen ist. Kleine Maßabweichungen oder Unregelmäßigkeiten der Zähne führen zu fehlerhaften Signalen, aus denen dann fehlerhafte Regeleingriffe folgen können. Insbesondere wenn der relative Verdrehwinkel ermittelt werden soll, der letztlich durch die Phasenlage der beiden Ausgangssignale der Sensoren bestimmt wird, können schon kleine Maßabweichungen der Zähne erhebliche Fehlersignale erzeugen.
Aufgabe der Erfindung ist es, das Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß mit geringerem Aufwand eine zuverlässige Überwachung eines Drehschwingungsdämpfers möglich ist.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Das Grundprinzip der Erfindung liegt darin, mit nur einem Sensor ein Drehzahlsignal zu erfassen und dieses durch eine Fourier-Analyse in seine Frequenzanteile zu zerlegen.
Das Drehzahlsignal kann durch einen einzigen induktiven Sensor erfaßt werden, wobei auch hier in an sich bekannter Weise die Drehzahl eines rotierenden Bauteiles gemessen wird, das an seinem Außenumfang Zähne hat. Dabei ist es aber nicht erforderlich, daß die Zähne bzw. die Zahnteilung hoch präzise sind, da Fehler der Zahnbreite oder der Zahnteilung sich im Ausgangssignal des Sensors durch einen Frequenzanteil von anderen Signalen unterscheiden.
Generell wird das von dem Sensor erfaßte Drehzahlsignal mindestens zwei deutlich unterscheidbare Frequenzanteile haben, nämlich eine Grundfrequenz, die der Grunddrehzahl des rotierenden Bauteiles entspricht, sowie eine im Regelfall höhere überlagerte Frequenz, die der Drehschwingung entspricht. Weitere Frequenzanteile können von Fehlern oder Unregelmäßigkeiten der genannten Zähne herrühren, wobei diese Frequenzanteile sich von den beiden vorgenannten Frequenzanteilen wiederum deutlich unterscheiden. Durch Auswertung der einzelnen Frequenzanteile, die durch eine Fourier-Analyse und vorzugsweise sogenannte FFT-Zerlegung (FFT = fast Fourier Analyse) ermittelt werden, können die gewünschten Informationen über die Grunddrehzahl und die Drehschwingung ermittelt werden.
Man kann daher herkömmliche, kostengünstige Zahnräder verwenden oder am Drehschwingungsdämpfer selbst eine entsprechende Zahnung anbringen, die mit üblichen Toleranzen hergestellt sein kann, ohne daß Fehler der Zähne oder der Zahnteilung signifikante Auswirkungen auf das Meßergebnis haben.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles im Zusammenhang mit der Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigt:
1 eine Welle mit Drehschwingungsdämpfer und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung;
2 zwei Kurven von Drehzahlsignalen; und
3 ein Diagramm der durch die Fourier-Analyse erhaltenen Frequenzanteile der Drehzahlsignale der 2.
1 zeigt einen Abschnitt einer Welle 1, an die ein Drehschwingungsdämpfer 2 angeflanscht ist, beispielsweise über Schrauben 3. Der Drehschwingungsdämpfer 2 hat einen Hohlraum 4, in dem ein Schwungring 5 über einen elastischen Stützring 6 federelastisch mit dem Drehschwingungsdämpfer 2 verbunden ist, was hier über einen Tragring 7 erfolgt. In dem Hohlraum 4 kann eine hochviskose Flüssigkeit angeordnet sein, die Relativbewegungen zwischen dem Schwungring 5 und dem Ge häuse des Drehschwingungsdämpfers 2 dämpft. Der Hohlraum 4 ist hier durch einen ringförmigen Deckel 8 verschlossen. Am Außenumfang des Drehschwingungsdämpfers sind Zähne 9 angebracht, die in äquidistanten Abständen rings um den Umfang verteilt sind. Nahe dem Außenumfang und damit im Wirkungsbereich der Zähne 9 ist ein induktiver Sensor 10 angeordnet, der ein elektrisches Drehzahlsignal erzeugt, das einer Auswerteschaltung 11 zugeführt wird. Jedesmal, wenn ein Zahn 9 an dem Sensor 10 vorbeiläuft, wird in an sich bekannter Weise ein elektrischer Impuls erzeugt, so daß sich eine Folge von Impulsen ergibt, die in 2 dargestellt ist und als Drehzahlsignal bezeichnet ist. Je nach Auslegung des Sensors 10 ist das Drehzahlsignal eine Überlagerung von sinusförmigen Signalen.
Wie aus 2 zu erkennen ist, hat das Drehzahlsignal eine niederfrequente Grundwelle und überlagerte höherfrequente Schwingungen. In den beiden Kurven 12 und 13 ist der zeitliche Verlauf der Ausgangsspannung U des Sensors 10 über die Zeit t aufgetragen. Beide Kurven 12 und 13 haben eine annähernd gleiche Grundwelle, jedoch unterschiedliche überlagerte Oberwellen. In 4 sind die Kurven 12 und 13 im Spektralbereich, das heißt Spannung über die Frequenz, aufgetragen. Man erkennt dort deutlich die Grundfrequenz f1 des Drehzahlsignals, die der Drehzahl der Welle 1 entspricht, sowie die Überlagerungsfrequenz f2, die der Drehschwingungsfrequenz entspricht. Weitere Frequenzanteile f3 können von Oberwellen der Drehschwingung herrühren oder von unregelmäßigen Zähnen 9. Ihre Anteile sind jedoch, wie 3 zu entnehmen ist, signifikant kleiner als die Signale der wesentlichen Fre quenzen f1 und f2, da Unregelmäßigkeiten der Zähne nur vereinzelt vorkommen und ihr Frequenzanteil daher geringer ist.
Die Auswerteschaltung 11 zerlegt also das von dem Sensor 10 stammende Drehzahlsignal durch eine Fourier-Analyse in seine Frequenzanteile und gibt Signale aus, die die Drehzahl der Welle und die Frequenz deren Drehschwingung anzeigen. Digitale Signalprozessoren (DSP), die eine Fourier-Analyse eines elektrischen Signales durchführen, sind im Handel erhältlich. Ebenso sind die Algorithmen zur Berechnung der schnellen Fourier- Transformation (Fast Fourier Transform, FFT) allgemein bekannt und können von einem entsprechend programmierten Mikroprozessor durchgeführt werden.
Die Auswerteschaltung 11 kann auch so programmiert sein, daß bestimmte Frequenzanteile vollständig unberücksichtigt bleiben, da aus den mechanischen Randbedingungen der Welle und der daran angeschlossenen Teile bestimmte Frequenzen aus mechanischen Gründen nicht auftreten können, so daß deren Auftreten eindeutig Fehlern der Zähne bzw. der Zahnteilung zuzuordnen sind.
Zusammenfassend erhält man mit der Erfindung ein einfaches und trotzdem wirksames Verfahren zur Überwachung eines Drehschwingungsdämpfers unter Einsatz eines kostengünstigen Sensors, an den keine erhöhten Genauigkeitsanforderungen gestellt werden. Abschließend sei darauf hingewiesen, daß selbstverständlich auch andere Drehzahlsensoren verwendet werden können, beispielsweise Sensoren mit optischer Abtastung von Mar kierungen, Hall-Sensoren oder ähnliches, wobei der beschriebene induktive Sensor ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel darstellt, da er ein sinusförmiges Ausgangssignal liefert, dessen Amplitude bei der Auswertung berücksichtigt werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102006015867 A1 [0002, 0005]
- DE 102006050520 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Überwachung eines Drehschwingungsdämpfers, bei dem eine Drehzahl eines rotierenden Bauteiles gemessen und ein Drehzahlsignal erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehzahlsignal durch Fourier-Analyse in seine Frequenzanteile zerlegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehzahlsignal durch eine schnelle Fourier-Analyse (FFT) in seine Frequenzanteile zerlegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzanteile in einer Auswerteschaltung ausgewertet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehzahlsignal durch einen induktiven Sensor (10) erfaßt wird.