DE102011008979A1

DE102011008979A1 - Arrangement and method for residual life estimation for drive trains

Info

Publication number: DE102011008979A1
Application number: DE102011008979A
Authority: DE
Inventors: Dr. Kessler Hans-Willi; Dr. Schaaf Christian
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-01-20
Filing date: 2011-01-20
Publication date: 2012-07-26
Also published as: WO2012098153A3; WO2012098153A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur Restlebensdauerabschätzung für Antriebsstränge. Die Anordnung umfasst ein mindestens eine erste und eine zweite magnetisch kodierte Region aufweisendes Bauteil, wobei die magnetische kodierten Regionen unterschiedliche Kodierungen aufweisen, Magnetfeldsensoren zur berührungslosen Erfassung der Magnetfeldänderungen in den magnetisch kodierten Regionen sowie eine Rechnereinheit zur Bestimmung von Drehmomentwerten und Kraftwerten aus den Magnetfeldänderungen und zur Berechnung von Restlebensdauern aus den ermittelten Drehmoment- und Kraftwerten.The invention relates to an arrangement and a method for estimating the remaining service life for drive trains. The arrangement comprises a component having at least a first and a second magnetically coded region, the magnetic coded regions having different codings, magnetic field sensors for contactless detection of the magnetic field changes in the magnetically coded regions and a computer unit for determining torque values and force values from the magnetic field changes and for Calculation of remaining lifetimes from the determined torque and force values.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur Restlebensdauerabschätzung für Antriebsstränge.The invention relates to an arrangement and a method for residual life estimation for drive trains.

Die zuverlässige dynamische Bestimmung des Drehmomentes in Antriebssträngen zur optimalen Steuerung einer Maschine oder Anlage, insbesondere zur zuverlässigen Bestimmung der Restlebensdauer und zur Vermeidung von Lastspitzen ist eine bekannte technische Aufgabenstellung. Systeme zur Drehmomentmessung und einer darauf aufbauenden Restlebensdauerabschätzung der überwachten Anlage sind prinzipiell bekannt. Bislang werden häufig auf Dehnungsmessstreifen basierende Drehmomentmessstellen in Kombination mit Telemetriesystemen zur kontaktlosen Energie- und Signalübertragung eingesetzt. Aus den gewonnenen Drehmomentsignalen werden Belastungsverteilungen errechnet, die sich mit Bauteilkennlinien wie zum Beispiel der Wöhlerkennlinie vergleichen lassen. Die daraus ableitbare Dauerfestigkeit bzw. Restlebensdauer wird in der Regel für große Anlagen und nur auf Basis des Drehmomentes errechnet. Der Aufwand für die Installation und die Hardwarekosten beschränken den Einsatz dieser Systeme bislang auf Engpassaggregate und Antriebe, bei denen die überwachten Antriebselemente hohe Investitions- und Ausfallkosten verursachen. Darüber hinaus ist die Dauerfestigkeit derartiger Messsysteme entsprechend den Umgebungsbedingungen beschränkt. Diese Randbedingungen verhindern bis heute den flächendeckenden Einsatz von Drehmomentsmesssystemen und der daraus resultierenden Restlebensdauerabschätzung.The reliable dynamic determination of the torque in drive trains for optimum control of a machine or system, in particular for the reliable determination of the remaining service life and to avoid load peaks is a known technical task. Systems for torque measurement and a subsequent residual life estimation of the monitored system are known in principle. So far, strain gauges based on strain gages have been used in combination with telemetry systems for contactless energy and signal transmission. From the obtained torque signals, load distributions are calculated, which can be compared with component characteristics such as the Wöhler characteristic curve. The resulting fatigue strength or remaining service life is usually calculated for large systems and only based on the torque. The cost of installation and hardware costs have limited the use of these systems to bottleneck units and drives where the monitored drive elements cause high investment and downtime costs. In addition, the fatigue strength of such measuring systems is limited according to the environmental conditions. These boundary conditions still prevent the nationwide use of torque measuring systems and the resulting residual life estimation.

Weiterhin ist es bekannt zur berührungslosen Drehmomentmessung Magnetostriktions-Sensoren einzusetzen. Lutz May beschreibt in seinem Artikel „Magnetostriktions-Drehmomentsensoren” in A&D Kompendium 2004, S. 214–215 , den Einsatz derartiger Sensoren zur Drehmomentmessung am Leistungseingang oder am Leistungsausgang eines Getriebes. Magnetostriktions-Sensoren haben nur einen geringen Platzbedarf. Außerdem müssen keine mechanischen Veränderungen an der Welle vorgenommen werden. Die Welle kann während der Drehmomentmessung still stehen oder mit einer beliebigen Drehzahl rotieren. Die Signalbreite lässt sich beliebig einstellen, sie ist nur vom Magnetfeldsensor begrenzt. Der Betriebstemperaturbereich liegt zwischen –50 und +150°C. Selbst höhere Temperaturen sind bei Verwendung entsprechender Industriestähle möglich.Furthermore, it is known to use magnetostriction sensors for contactless torque measurement. Lutz May describes in his article "Magnetostriction Torque Sensors" in A & D Compendium 2004, pp. 214-215 , the use of such sensors for torque measurement at the power input or power output of a transmission. Magnetostriction sensors have only a small footprint. In addition, no mechanical changes to the shaft must be made. The shaft can stand still during torque measurement or rotate at any speed. The signal width can be set arbitrarily, it is only limited by the magnetic field sensor. The operating temperature range is between -50 and + 150 ° C. Even higher temperatures are possible when using appropriate industrial steels.

Im Artikel Kreidler, Dr. Volker, u. a. „Online Load Monitoring for Gearboxes” (veröffentlicht unter http://www.cwei.org.cn/upload/FckeditorFiles/Online%20Load%20Monitoring%2 0for%20Gearboxes.pdf ) ist die Anwendung des Prinzips der Magnetostriktion in Getrieben von Windkraftanlagen beschrieben. Gerade bei Windkraftanlagen führen Getriebeausfälle zu langen Stillstandzeiten und hohen Reparaturkosten. Um solche Ausfälle zu vermeiden, müssen die realen Belastungen in Echtzeit und hoher Frequenz unter häufig rauen Umgebungsbedingungen erfasst werden. Hierfür kommen Magnetostriktions-Sensoren zum Einsatz, die auf der so genannten PCME(Pulsed Current Modulated Encoding)-Technologie basieren. PCME beschreibt das magnetische Kodierungsverfahren, bei dem eine in-sich-geschlossene Magnetfeldstruktur einprogrammiert wird. Dieses einprogrammierte Magnetfeld wird nicht beeinflusst, solange kein Drehmoment an die Welle angelegt wird. Sobald ein Drehmoment angelegt wird, verändert sich das Magnetfeld und zwar proportional zum angelegten Drehmoment. Diese Veränderung kann durch entsprechende Magnetfeldsensoren gemessen werden. Ein Magnetostriktions-Sensor besteht aus einem Primärsensor, einen Sekundärsensor und einer signalverarbeitenden und signalaufbereitenden Elektronik. Der Primärsensor ist der Bereich einer Welle der magnetisch kodiert ist. Der Sekundärsensor umfasst eine Anordnung von Magnetfeldsensoren, die in der Nähe der magnetisch kodierten Region der Welle platziert werden. Die vom Sekundärsensor erfassten Daten werden mittels der signalverarbeitenden und signalaufbereitenden Elektronik entsprechend verarbeitet.In the article Kreidler, Dr. med. Volker, including "Online Load Monitoring for Gearboxes" (published under http://www.cwei.org.cn/upload/FckeditorFiles/Online%20Load%20Monitoring%2 0for% 20Gearboxes.pdf ) describes the application of the principle of magnetostriction in transmissions of wind turbines. Particularly in wind turbines, gearbox failures lead to long downtimes and high repair costs. To avoid such failures, real-time and high-frequency real loads must be detected under often harsh environmental conditions. For this purpose, magnetostriction sensors are used, which are based on the so-called PCME (Pulsed Current Modulated Encoding) technology. PCME describes the magnetic coding process, in which a self-contained magnetic field structure is programmed. This programmed magnetic field is not affected unless torque is applied to the shaft. As soon as a torque is applied, the magnetic field changes in proportion to the applied torque. This change can be measured by appropriate magnetic field sensors. A magnetostriction sensor consists of a primary sensor, a secondary sensor and a signal processing and signal conditioning electronics. The primary sensor is the area of a shaft that is magnetically coded. The secondary sensor includes an array of magnetic field sensors placed in proximity to the magnetically encoded region of the shaft. The data acquired by the secondary sensor are processed accordingly by means of the signal-processing and signal processing electronics.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein System zur Restlebensdauerabschätzung für Antriebsstränge zur Verfügung zu stellen, welches sich durch geringe Herstellungs- und Installationskosten auszeichnet, an unterschiedliche Einsatzfälle aufwandsarm anpassbar ist und eine zuverlässige Restlebensdauerabschätzung auf Basis tatsächlicher Belastungen ermöglicht.The object of the present invention is to provide a system for residual life estimation for drive trains, which is characterized by low manufacturing and installation costs, low cost adaptable to different applications and allows a reliable residual life estimation based on actual loads.

Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe dient eine Anordnung zur Restlebensdauerabschätzung gemäß beigefügtem Anspruch 1. Weiterhin dient der Lösung dieser Aufgabe ein Verfahren gemäß beigefügtem Anspruch 9.To solve the object of the invention is an arrangement for residual life estimation according to appended claim 1. Furthermore, the solution of this problem is a method according to appended claim. 9

Die erfindungsgemäße Anordnung zur Restlebensdauerabschätzung für Antriebsstränge umfasst ein mindestens eine erste und eine zweite magnetisch kodierte Region aufweisendes Codebauteil, wobei die beiden magnetisch kodierten Regionen unterschiedliche Kodierungen aufweisen, Magnetfeldsensoren zur berührungslosen Erfassung der Magnetfeldänderungen in den magnetisch kodierten Regionen sowie eine Rechnereinheit zur gleichzeitigen Bestimmung von Drehmomentwerten und Kraftwerten aus den Magnetfeldänderungen und zur Berechnung von Restlebensdauern aus den ermittelten Drehmoment- und Kraftwerten.The arrangement for residual life estimation for drive trains comprises at least a first and a second magnetically coded region containing code component, the two magnetically coded regions having different codes, magnetic field sensors for contactless detection of magnetic field changes in the magnetically coded regions and a computer unit for the simultaneous determination of torque values and force values from the magnetic field changes and to calculate remaining lifetimes from the determined torque and force values.

Zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden an einem einzigen Codebauteil mindestens zwei Sensorsignale abgegriffen, die proportional zum auf das Codebauteil bzw. die mit diesem verbundene Welle wirkenden Drehmomenten und Kräften sind. An derselben Messstelle werden mithilfe desselben Messprinzips zeitgleich sowohl Drehmomente als auch Kräfte erfasst. Die beiden Sensorsignale werden von Magnetfeldsensoren erzeugt, welche zwei magnetisch unterschiedlich kodierte Regionen am Codebauteil berührungslos abtasten. Beide Sensorsignale erfassen somit dieselbe Drehmomentänderung und auftretende Kräfte (z. B. Axial- und Biegekräfte), wie sie auf dasselbe Codebauteil wirken. Aufgrund der unterschiedlichen Kodierungen in den beiden magnetisch kodierten Regionen resultieren zwei nicht identische Signalverläufe. Durch Auswertung der beiden Sensorsignale lassen sich auf einfache Weise Drehmomentwerte und Kräfte sowie deren Änderungen bestimmen. To implement the method according to the invention, at least two sensor signals are tapped on a single code component, which are proportional to the torque and forces acting on the code component or the shaft connected thereto. At the same measuring point, both torques and forces are recorded simultaneously using the same measuring principle. The two sensor signals are generated by magnetic field sensors, which scan two magnetically differently coded regions on the code component without contact. Both sensor signals thus detect the same torque change and occurring forces (eg axial and bending forces) as they act on the same code component. Due to the different codings in the two magnetically coded regions, two non-identical signal curves result. By evaluating the two sensor signals, torque values and forces as well as their changes can be determined in a simple manner.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, dass durch die zeitgleiche Erfassung der im Antriebsstrang vorherrschenden Drehmomente und Kräfte, wie Axial- und Biegekräfte, am gleichen Messobjekt, nämlich an dem Codebauteil mit identischer Messtechnik, reale Bauteilbelastungen während des Prozesses bestimmt werden können und eine erweiterte Restlebensdauerberechnung ermöglicht wird. Die ermittelten Drehmomentwerte werden bei der Anlagensteuerung berücksichtigt, um Drehmomentspitzen zu vermeiden. Durch die Drehmomentmessung lassen sich Torsionsschwingungen ermitteln, mittels derer Rückschlüsse auf das Schlupfverhalten der angrenzenden Lagerung gezogen werden können. Durch Kombination der ermittelten Drehmoment- und Kraftwerte kann beispielsweise auch eine Bestimmung der dynamischen Zahnfußspannungen in schräg verzahnten Getriebestufen erfolgen.A significant advantage of the arrangement according to the invention is that by the simultaneous detection of the torque and forces prevailing in the drive train, such as axial and bending forces on the same measurement object, namely on the code component with identical measurement technology, real component loads during the process can be determined and a Extended residual life calculation is possible. The determined torque values are taken into account in the system control in order to avoid torque peaks. By measuring the torque torsional vibrations can be determined, by means of which conclusions can be drawn on the slip behavior of the adjacent storage. By combining the determined torque and force values, it is also possible, for example, to determine the dynamic tooth root stresses in helical gear stages.

Die erfindungsgemäße Anordnung lässt sich auf einfache Art und Weise in einen Antriebsstrang integrieren. Im Vergleich zu bekannten, auf Dehnungsmessstreifen basierenden Lösungen fallen nur geringe Hardwarekosten an. Auf diese Weise kann die Möglichkeit einer Restlebensdauerabschätzung für Antriebsstränge einem Massenmarkt zugänglich gemacht werden. Dadurch, dass in der Rechnereinheit eine direkte Verarbeitung der durch die Magnetfeldsensoren erfassten Rohdaten erfolgt, kann auf eine zusätzliche Signalelektronik verzichtet werden, die bei den vorbekannten Lösungen zur Bestimmung der korrespondierenden Drehmoment- und Kraftwerte aus den Magnetfeldänderungen dient. Es sind jedoch auch Ausführungsformen mit Signalelektronik möglich. Bei diesen würden nicht die Rohdaten an die Rechnereinheit übermittelt werden, sondern die bereits ermittelten zugehörigen Drehmoment- und Kraftwerte.The arrangement according to the invention can be integrated in a simple manner into a drive train. Compared to known strain gauge based solutions, there are only a few hardware costs. In this way, the possibility of residual life estimation for powertrains can be made available to a mass market. The fact that a direct processing of the raw data acquired by the magnetic field sensors takes place in the computer unit, it is possible to dispense with an additional signal electronics, which serves in the previously known solutions for determining the corresponding torque and force values from the magnetic field changes. However, embodiments with signal electronics are also possible. In these, the raw data would not be transmitted to the computer unit, but the already determined associated torque and force values.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist das Codebauteil ein in den Antriebsstrang zusätzlich eingebrachtes Bauteil. Bei anderen Ausführungsformen kann das Codebauteil auch ein bereits im Antriebsstrang befindliches Bauteil sein, welches entsprechend modifiziert wurde. Als besonders günstig hat es sich erwiesen, wenn das Codebauteil eine Kupplung ist. Kupplungen sind in fast allen Antriebssträngen vorhanden, um beispielsweise Fluchtungsfehler oder Bauteillängentoleranzen auszugleichen und Drehmoment- und Axialkraftstöße zu dämpfen. In einer anderen Ausführungsform kann das Codebauteil als eine kraft- und/oder formschlüssig auf einer vorhandenen Welle montierte Hülse realisiert sein. Weitere Abwandlungen der geometrischen Gestaltung des Codebauteils sind möglich.According to a preferred embodiment, the code component is an additionally introduced into the drive train component. In other embodiments, the code component may also be an already located in the drive train component, which has been modified accordingly. It has proved to be particularly favorable if the code component is a coupling. Couplings are available in almost all drive trains, for example, to compensate for misalignment or component length tolerances and to dampen torque and Axialkraftstöße. In another embodiment, the code component can be realized as a force-fit and / or form-fitting mounted on an existing shaft sleeve. Further modifications of the geometric design of the code component are possible.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Anordnung auf eine zusätzlich in die Anlage implementierte Erfassung der Schwingungs- oder Temperaturbelastung zurückgreifen und die Erkenntnisse der erfindungsgemäßen Drehmomentmessung mit der Schwingungs- oder Temperaturmessung korrelieren. Dabei können Korrelationen zwischen gemessener Lastverteilung und ersten Anzeichen von Lagerschäden hergestellt werden, die im Weiteren in eine Frühwarnfunktion für die Lebensdauer einfließen können. Um Aussagen auf den gesamten Antriebsstrang zu übertragen, ist auch die Anbindung von Schwingungssensoren, die außerhalb des Codebauteils an anderen Baugruppen, wie Getriebe, Motoren, Generatoren usw. angebracht sind, möglich. Die Schwingungssensoren sind entweder direkt mit der Rechnereinheit oder mit der Signalelektronik verbunden, welche in diesem Fall mit entsprechenden Eingängen zum Einspeisen der zusätzlich ermittelten Signale zu versehen ist.In an advantageous embodiment, the arrangement can resort to an additionally implemented in the system detection of vibration or temperature stress and correlate the findings of the torque measurement according to the invention with the vibration or temperature measurement. Correlations between the measured load distribution and the first signs of bearing damage can be established, which can then be incorporated into an early warning function for the service life. In order to transmit statements to the entire drive train, it is also possible to connect vibration sensors, which are mounted outside the code component to other components, such as gearboxes, motors, generators, etc. The vibration sensors are connected either directly to the computer unit or to the signal electronics, which in this case is to be provided with corresponding inputs for feeding the additionally determined signals.

Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn die Rechnereinheit ein Simulationsmodul zur Simulation des Schwingungsverhaltens des Antriebsstranges umfasst. Mittels Simulationsmodul kann das anlagenspezifischen Dynamikverhalten auch außerhalb des Codebauteils abgebildet werden und in die Berechnung der Restlebensdauer einbezogen werden.Furthermore, it is advantageous if the computer unit comprises a simulation module for simulating the vibration behavior of the drive train. By means of a simulation module, the system-specific dynamic behavior can also be displayed outside the code component and included in the calculation of the remaining service life.

Weiterhin hat es sich als günstig erwiesen, wenn die erfindungsgemäße Anordnung eine Anzeigeeinheit zur Darstellung der berechneten Restlebensdauer aufweist. Damit stehen dem Bediener fortlaufend Informationen zur Restlebensdauer zur Verfügung, wodurch rechtzeitig geeignete Maßnahmen ergriffen werden können, um entsprechende Verschleißteile vorhalten zu können und ggf. Reparaturen in den Prozessablauf einplanen zu können. In diesem Zusammenhang ist es besonders zweckmäßig, bei Unterschreiten einer vorgegebenen Restlebensdauer ein Signal auszugeben, dass den Bediener auf einen drohenden Ausfall aufmerksam macht. Beispielsweise kann ein akustisches oder visuelles Signal ausgegeben werden.Furthermore, it has proved to be advantageous if the arrangement according to the invention has a display unit for displaying the calculated remaining service life. This provides the operator with ongoing information about the remaining service life, which means that suitable measures can be taken in good time to be able to store the corresponding wear parts and, if necessary, schedule repairs in the process flow. In this context, it is particularly expedient to output a signal when falling below a predetermined residual life that makes the operator aware of an imminent failure. For example, an audible or visual signal can be output.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform, unter Bezugnahme auf die Zeichnung.Further advantages, details and developments of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment, with reference to the drawing.

Die einzige Figur zeigt eine Kupplung mit integrierter magnetostriktiver Messtechnik. Die Kupplung 01 befindet sich in einem Antriebsstrang, der nicht detailliert gezeigt ist. Hierbei kann es sich beispielsweise um den Antriebsstrang einer Windenergieanlage handeln. Die Kupplung 01 umfasst einen Kupplungsflansch 02 und ein Kupplungsrohr 03. Auf der Mantelfläche der Kupplung 01 sind eine umlaufende erste und ein umlaufende zweite magnetisch kodierte Region 04, 05 angeordnet. Die beiden Regionen 04, 05 sind magnetisch unterschiedlich kodiert. Die erste magnetisch kodierte Region 04 wird für die Kraftmessung verwendet. Die zweite magnetisch kodierte Region 05 dient zur Drehmomentmessung. In der Nähe der magnetisch kodierten Regionen 04, 05 sind ein erster und ein zweiter Magnetfeldsensor 06, 07 angeordnet. Die Magnetfeldsensoren 06, 07 können Magnetfeldänderungen berührungslos erfassen. Dadurch, dass die Magnetfeldsensoren 06, 07 die magnetisch kodierten Regionen 04, 05 zur Messwerterfassung nicht berühren müssen, kann die Kupplung 01 frei in jede Richtung rotieren. Bei der hier gezeigten Ausführungsform werden lediglich zwei Magnetfeldsensoren 06, 07 verwendet. Es ist jedoch auch möglich, mehr als zwei Magnetfeldsensoren 06, 07 zu verwenden.The sole figure shows a coupling with integrated magnetostrictive measurement technology. The coupling 01 is located in a powertrain, which is not shown in detail. This may be, for example, the drive train of a wind energy plant. The coupling 01 includes a coupling flange 02 and a coupling tube 03 , On the lateral surface of the coupling 01 are a circumferential first and a circumferential second magnetically encoded region 04 . 05 arranged. The two regions 04 . 05 are magnetically differently coded. The first magnetically coded region 04 is used for force measurement. The second magnetically coded region 05 serves for torque measurement. Near the magnetically coded regions 04 . 05 are a first and a second magnetic field sensor 06 . 07 arranged. The magnetic field sensors 06 . 07 can detect magnetic field changes without contact. Because of the magnetic field sensors 06 . 07 the magnetically coded regions 04 . 05 need not touch for data acquisition, the clutch can 01 rotate freely in any direction. In the embodiment shown here only two magnetic field sensors 06 . 07 used. However, it is also possible to have more than two magnetic field sensors 06 . 07 to use.

Der erste Magnetfeldsensor 06 ist in der Nähe der ersten magnetisch kodierten Region 04 angeordnet. Die vom ersten Magnetfeldsensor 06 detektierten Magnetfeldänderungen werden zur Kraftmessung verwendet. Es werden vorzugsweise die auftretenden Axial- und Biegekräfte erfasst. Der zweite Magnetfeldsensor 07 ist in der Nähe der zweiten magnetisch kodierten Region 05 angeordnet. Die vom zweiten Magnetfeldsensor 07 erfassten Magnetfeldänderungen werden für die Ermittlung des Drehmomentes verwendet. Eine hohe Zuverlässigkeit der Messsignale kann vorzugsweise dadurch garantiert werden, dass eine Einspeisung der Sensorsignale in ein zur Anlagensteuerung verwendetes Prozessleitsystem erfolgt.The first magnetic field sensor 06 is near the first magnetically coded region 04 arranged. The first magnetic field sensor 06 detected magnetic field changes are used for force measurement. The occurring axial and bending forces are preferably detected. The second magnetic field sensor 07 is near the second magnetically coded region 05 arranged. The second magnetic field sensor 07 detected magnetic field changes are used to determine the torque. A high reliability of the measurement signals can preferably be guaranteed by feeding the sensor signals into a process control system used for plant control.

Die Magnetfeldsensoren 06, 07 stehen mit einer Rechnereinheit (nicht dargestellt) in Verbindung. Die Rechnereinheit kann direkt in die Kupplung 01 integriert sein oder in der Nähe angeordnet sein. Die Rechnereinheit verarbeitet die von den Magnetfeldsensoren 06, 07 erfassten Rohdaten der Magnetfeldänderungen und wandelt diese in korrespondierende Drehmoment- und Kraftwerte um. Es ist jedoch auch möglich eine zusätzliche Signalelektronik zu verwenden, welche aus den erfassten Magnetfeldänderungen die zugehörigen Drehmoment- und Kraftwerte bestimmt und diese Daten an die Rechnereinheit zur Weiterverarbeitung übermittelt. Die Signalelektronik kann dabei entweder integraler Bestandteil der Kupplung 01 sein oder außerhalb der Kupplung 01 angeordnet sein.The magnetic field sensors 06 . 07 are connected to a computer unit (not shown) in connection. The computer unit can directly into the clutch 01 be integrated or located nearby. The computer unit processes those from the magnetic field sensors 06 . 07 recorded raw data of the magnetic field changes and converts them into corresponding torque and force values. However, it is also possible to use an additional signal electronics, which determines the associated torque and force values from the detected magnetic field changes and transmits these data to the computer unit for further processing. The signal electronics can either be an integral part of the clutch 01 be or outside the clutch 01 be arranged.

Die Rechnereinheit bestimmt aus den ermittelten Drehmoment- und Kraftwerten eine Restlebensdauer des Antriebsstranges bzw. seiner Teile. Hierzu werden die einzelnen Belastungssignale, die von den Sensoren 06, 07 geliefert werden, in einen repräsentativen Spannungszustand umgerechnet. Die gemessenen Bauteilbelastungen werden unter Einsatz optimierter Klassierungsverfahren in entsprechende Belastungsverteilungen umgerechnet. Die berechneten Belastungsverteilungen werden mit zulässigen Bauteilbelastungen verglichen und in eine Restlebensdauer umgerechnet.The computer unit determines from the determined torque and force values a remaining service life of the drive train or its parts. To do this, the individual load signals from the sensors 06 . 07 be delivered, converted into a representative state of tension. The measured component loads are converted into corresponding load distributions using optimized classification methods. The calculated load distributions are compared with permissible component loads and converted into a remaining service life.

Der die Kupplung 01 enthaltene Antriebsstrang kann nach einer bevorzugten Ausführungsform zusätzliche Schwingungs-, Temperatur- oder andere Sensoren (nicht dargestellt) enthalten, die außerhalb der Kupplung 01 an anderen Baugruppen, wie beispielsweise Getriebe, Motoren, Generatoren und ähnlichen angebracht sind. Durch diese Schwingungssensoren kann das Schwingungsverhalten auch außerhalb der Kupplung 01 erfasst werden, was wiederum nachfolgend in die Restlebensdauerberechnung einbezogen werden kann und somit deren Aussagekraft erweitert. Die Schwingungssensoren können hierzu direkt mit der Rechnereinheit in Verbindung stehen. Bei den Ausführungsformen, die eine Signalelektronik verwenden, können die Schwingungssensoren ihre Daten auch an die Signalelektronik übermitteln. Hierzu ist die Signalelektronik mit entsprechenden Eingängen zum Einspeisen der Daten der Schwingungssensoren versehen. Das durch die zusätzlichen Schwingungssensoren erfasste Schwingungsverhalten im Antriebsstrang befindlicher Komponenten wird von der Rechnereinheit bei Berechnung der Restlebensdauer entsprechend berücksichtigt, was wiederum die Qualität der Prognose verbessert.The clutch 01 included powertrain according to a preferred embodiment, additional vibration, temperature or other sensors (not shown) included outside the clutch 01 attached to other assemblies, such as gears, motors, generators and the like. Through these vibration sensors, the vibration behavior can also outside the clutch 01 which, in turn, can subsequently be included in the remaining life calculation and thus increase their informative value. For this purpose, the vibration sensors can be directly connected to the computer unit. In the embodiments using signal electronics, the vibration sensors may also transmit their data to the signal electronics. For this purpose, the signal electronics are provided with corresponding inputs for feeding the data of the vibration sensors. The detected by the additional vibration sensors vibration behavior in the drive train befindlicher components is taken into account by the computer unit in calculating the remaining life, which in turn improves the quality of the forecast.

Die Rechnereinheit kann auch ein zusätzliches Simulationsmodul zur Simulation des Schwingungsverhaltens des Antriebsstranges aufweisen. Das Simulationsmodul dient zur Abbildung des anlagenspezifischen Dynamikverhaltens des gesamten Antriebsstranges. Das durch die Simulation gewonnene Schwingungsverhalten wird ebenfalls bei der Berechnung der Restlebensdauer berücksichtigt und erweitert somit deren Aussagekraft.The computer unit can also have an additional simulation module for simulating the vibration behavior of the drive train. The simulation module maps the plant-specific dynamic behavior of the entire drive train. The vibration behavior obtained by the simulation is also taken into account in the calculation of the remaining service life and thus expands their informative value.

Die berechnete Restlebensdauer wird dem Bediener der Anlage angezeigt. Hiefür hat es sich als günstig erwiesen, wenn an der Kupplung 01 eine Anzeigeeinheit (nicht dargestellt) zur Darstellung der ermittelten Restlebensdauer angeordnet ist. Hierdurch stehen dem Bediener stets aktuelle Informationen zur Restlebensdauer zur Verfügung. Der Bediener kann dadurch zeitnah entsprechende Maßnahmen zur Aufrechterhaltung eines reibungsfreien Prozessablaufs einleiten, wodurch Stillstandzeiten weitestgehend vermieden werden können bzw. auf ein Minimum reduziert werden können. In diesem Zusammenhang hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn das System nicht nur die ermittelte Restlebensdauer anzeigt, sondern bei Unterschreiten einer vorgegeben Restlebensdauer ein Signal ausgibt. Hierbei kann es sich beispielsweise um ein akustisches Signal und/oder ein visuelles Signal handeln. Durch dieses zusätzlich ausgegebene Warnsignal wird der Bediener rechtzeitig von einem drohenden Ausfall unterrichtet. Hierdurch besteht nicht mehr die Notwendigkeit einer regelmäßigen Kontrolle der Anzeigeeinheit. Natürlich sind auch Ausführungsformen ohne Anzeigeeinheit möglich, bei denen lediglich bei Unterschreiten einer Restlebensdauer ein entsprechendes Warnsignal ausgegeben wird.The calculated remaining service life is displayed to the operator of the system. For this, it has proven to be favorable when on the clutch 01 a display unit (not shown) for displaying the determined remaining service life is arranged. This provides the operator with up-to-date information about the remaining service life. As a result, the operator can promptly initiate corresponding measures to maintain a friction-free process sequence, as a result of which downtimes can be largely avoided or reduced to a minimum. In this context, it has proven to be particularly advantageous if the system not only displays the determined residual service life, but outputs a signal when falling below a predetermined residual life. This may be, for example, an acoustic signal and / or a visual signal. This additional warning signal informs the operator in good time of an impending failure. This eliminates the need for regular control of the display unit. Of course, embodiments without a display unit are possible in which a corresponding warning signal is issued only when falling below a residual life.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

0101: Kupplungclutch
0202: Kupplungsflanschcoupling flange
0303: Kupplungsrohrcoupling tube
0404: erster magnetisch kodierter Bereichfirst magnetically coded area
0505: zweiter magnetisch kodierter Bereichsecond magnetically coded area
0606: erster Magnetfeldsensorfirst magnetic field sensor
0707: zweiter Magnetfeldsensorsecond magnetic field sensor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

"Magnetostriction Torque Sensors" in A & D Compendium 2004, pp. 214-215 [0003]
http://www.cwei.org.cn/upload/FckeditorFiles/Online%20Load%20Monitoring%2 0for% 20Gearboxes.pdf [0004]

Claims

Arrangement for residual life estimation for drive trains with at least one first and one second magnetically coded region ( 04 . 05 ) containing code component ( 01 ), the magnetically coded regions ( 04 . 05 ) have a different coding, magnetic field sensors ( 06 . 07 ) for non-contact detection of magnetic field changes caused by in the magnetically coded regions ( 04 . 05 ) Acting torques and / or forces occur, and with a computer unit for determining torques and forces from the detected magnetic field changes and to calculate the remaining life of the drive train or its parts from the specific torques and forces.

Arrangement according to claim 1, characterized in that the code component is an additionally introduced into the drive train component ( 01 ).

Arrangement according to claim 1, characterized in that the code component is already in the drive train befindliches component ( 01 ) at which the two magnetically differently coded regions ( 04 . 05 ) are arranged.

Arrangement according to claim 3, characterized in that the code component is a coupling ( 01 ).

Arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that it further comprises sensors which are not on the code component ( 01 ) are arranged, in particular vibration, temperature and / or force sensors.

Arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that the computer unit comprises a simulation module for simulating the vibration behavior of the drive train.

Arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that it comprises a display unit for displaying the calculated remaining service life.

Arrangement according to one of claims 1 to 7, characterized in that it comprises a signal electronics for determining torques and forces from the magnetic field changes, wherein the signal electronics is in communication with the computer unit.

Method for residual life estimation for drive trains, comprising the following steps: - contactless detection of the magnetic field changes of at least two magnetically differently coded regions ( 04 . 05 ) of a code component with two magnetic field sensors ( 06 . 07 ), wherein the code component is arranged in the drive train; - Evaluation of the two magnetic field sensors ( 06 . 07 ) supplied sensor signals for determining torques and forces acting on the code component; - Calculation of the remaining service life of the drive train and / or its components from the determined torques and forces.

A method according to claim 9, characterized in that in the calculation of the residual life values are further included, which are obtained by simulation and / or measurement of the vibration and / or temperature behavior of the drive train.