DE102011121789A1 - Method for determination of damaged part in gear box, involves operating driving shaft of gear box at rotation speed, supplying sensor signal to evaluation unit, and determining value for kurtosis from sensor signal - Google Patents
Method for determination of damaged part in gear box, involves operating driving shaft of gear box at rotation speed, supplying sensor signal to evaluation unit, and determining value for kurtosis from sensor signal Download PDFInfo
- Publication number
- DE102011121789A1 DE102011121789A1 DE102011121789A DE102011121789A DE102011121789A1 DE 102011121789 A1 DE102011121789 A1 DE 102011121789A1 DE 102011121789 A DE102011121789 A DE 102011121789A DE 102011121789 A DE102011121789 A DE 102011121789A DE 102011121789 A1 DE102011121789 A1 DE 102011121789A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- determined
- sensor signal
- kurtosis
- value
- transmission
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M13/00—Testing of machine parts
- G01M13/02—Gearings; Transmission mechanisms
- G01M13/021—Gearings
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/14—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object using acoustic emission techniques
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/44—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
- G01N29/449—Statistical methods not provided for in G01N29/4409, e.g. averaging, smoothing and interpolation
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/44—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
- G01N29/46—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor by spectral analysis, e.g. Fourier analysis or wavelet analysis
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/26—Scanned objects
- G01N2291/269—Various geometry objects
- G01N2291/2696—Wheels, Gears, Bearings
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines schadhaften Teils in einem Getriebe und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for determining a defective part in a transmission and apparatus for carrying out the method.
Es ist allgemein bekannt, akustische Wellen an einem Gehäuseteil mit einem Körperschallsensor zu erfassen.It is generally known to detect acoustic waves on a housing part with a structure-borne sound sensor.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Schallauswertung weiterzubilden, wobei ein schadhaftes Teil erkennbar sein soll.The invention is therefore the object of developing a method for sound evaluation, with a defective part should be recognizable.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Verfahren zur Bestimmung eines schadhaften Teils in einem Getriebe nach den in Anspruch 1 und bei der Vorrichtung nach den in Anspruch 12 angegebenen Merkmalen gelöst.According to the invention the object is achieved in the method for determining a defective part in a transmission according to the features specified in
Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Verfahren sind, dass das Verfahren zur Bestimmung eines schadhaften Teils in einem Getriebe vorgesehen ist,
wobei ein Sensor zur Erfassung akustischer Schwingungen mit dem Getriebe in Kontakt gebracht wird,
wobei das Getriebe zumindest im Leerlauf betrieben wird, wobei die eintreibende Welle des Getriebes mit einer Drehzahl betrieben wird,
wobei das Sensorsignal einer Auswerteeinheit zugeführt wird,
wobei zumindest ein Wert für Kurtosis aus dem Sensorsignal bestimmt wird.Important features of the invention in the method are that the method is provided for determining a defective part in a transmission,
wherein a sensor for detecting acoustic vibrations is brought into contact with the transmission,
wherein the transmission is operated at least at idle, wherein the driving shaft of the transmission is operated at a speed,
wherein the sensor signal is fed to an evaluation unit,
wherein at least one value for kurtosis is determined from the sensor signal.
Von Vorteil ist dabei, dass durch die Bestimmung einer statistischen Größe des diskretisierten Signals das schadhafte Teil bestimmbar ist, insbesondere also dasjenige schadhafte Teil bestimmbar ist, welches den Schaden verursacht. Somit ist ein Austauschen des Teils ermöglicht und daher eine kostengünstige Reparatur ausführbar.The advantage here is that by determining a statistical size of the discretized signal, the defective part can be determined, ie in particular that defective part can be determined, which causes the damage. Thus, a replacement of the part is made possible and therefore cost-effective repair executable.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Kurtosis des Sensorsignals bestimmt wird, insbesondere also die Kurtosis des Zeitverlaufs des Sensorsignals. Von Vorteil ist dabei, dass das diskretisierte Sensorsignal, also eine einfach erfasste Menge von Werten des Sensorsignals, insbesondere also zu jeweiligen Zeitpunkten zugehörig erfasste Beschleunigungswerte, verwendbar ist, um ein mit wenig Rechenaufwand bestimmbares Moment der Verteilung der Werte zu verwenden für die Bestimmung des schadhaften Teils.In an advantageous embodiment, the kurtosis of the sensor signal is determined, in particular the kurtosis of the time course of the sensor signal. The advantage here is that the discretized sensor signal, that is to say a simply detected set of values of the sensor signal, in particular acceleration values acquired at respective times, can be used to use a torque of the distribution of the values which can be determined with little computational effort for the determination of the defective one Part.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Kurtosis einer Hüllkurve des Sensorsignals bestimmt,
insbesondere wobei zur Bildung der Hüllkurve das Sensorsignal vorgefiltert, gleichgerichtet, tiefpassgefiltert und dann Fourier-transformiert wird. Von Vorteil ist dabei, dass die vom Schaden erzeugten Frequenzen mit einem signifikantem Signal-Rausch-Verhältnis bestimmbar sind.In an advantageous embodiment, the kurtosis of an envelope of the sensor signal is determined,
in particular wherein the sensor signal is prefiltered, rectified, low-pass filtered and then Fourier-transformed to form the envelope. The advantage here is that the frequencies generated by the damage can be determined with a significant signal-to-noise ratio.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird ein Kurtogramm, also die Kurtosis als Funktion der Frequenz, bestimmt, wobei ein von einem jeweiligen Zeitpunkt aus beginnender Zeitabschnitt des Sensorsignals Fourier-transformiert wird, wobei der Zeitpunkt nach jeder Fourier-Transformation verschoben wird und wiederum dann wiederum die Fourier-Transformation ausgeführt wird,
so dass zu jedem Frequenzwert ein von der Zeit, also von den jeweiligen Zeitpunkten abhängiger Werteverlauf vorliegt, dessen Kurtosiswert bestimmbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass ein sehr gutes signifikantes Signal-Rausch-Verhältnis erreichbar ist und somit eine geringe Fehleranfälligkeit.In an advantageous embodiment, a Kurtogram, ie the kurtosis as a function of the frequency, is determined, wherein a starting from a respective time from the time period of the sensor signal is Fourier-transformed, wherein the time is shifted after each Fourier transformation, and in turn then the Fourier Transformation is performed,
such that for each frequency value there is a value course dependent on the time, that is to say of the respective times, whose kurtosis value can be determined. The advantage here is that a very good significant signal-to-noise ratio is achievable and thus a low susceptibility to errors.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung werden aus dem Sensorsignal mehrere Werte für Kurtosis bestimmt. Von Vorteil ist dabei, dass eine noch sicherere Bestimmung ermöglicht ist.In an advantageous embodiment, a plurality of values for kurtosis are determined from the sensor signal. The advantage here is that an even safer determination is possible.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der bestimmte Kurtosiswerte mit einem vorgegebenen Wert verglichen und bei Überschreiten des vorgegebenen Wertes auf ein schadhaftes Teil geschlossen. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Erkennung des schadhaften Teils ermöglicht ist.In an advantageous embodiment, the determined Kurtosiswerte is compared with a predetermined value and closed when the predetermined value is exceeded on a defective part. The advantage here is that a simple detection of the defective part is possible.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der bestimmte Kurtosiswert mit einem vorgegebenen Wert verglichen und bei Überschreiten des vorgegebenen Wertes wird der zum Kurtosiswert zugeordnete Frequenzwert verwendet zur Bestimmung des schadhaften Teils, insbesondere wobei der Frequenzwert als Schadensfrequenzwert bezeichnet wird. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache schnelle Bestimmung des schadhaften Teils ermöglicht ist.In an advantageous embodiment, the determined kurtosis value is compared with a predetermined value and, when the predetermined value is exceeded, the frequency value associated with the kurtosis value is used to determine the defective part, in particular wherein the frequency value is referred to as the damage frequency value. The advantage here is that a simple fast determination of the defective part is possible.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der jeweils bestimmte Kurtosiswert mit einem vorgegebenen Wert verglichen und die Hüllkurve des Sensorsignals bestimmt und, insbesondere bei Überschreiten des vorgegebenen Wertes durch den Kurtosiswert, die zu den aus dem Grundrauschen herausragenden Amplituden gehörigen Frequenzwerte bestimmt werden,
wobei diese Frequenzwerte verglichen werden mit den bestimmten Drehzahlen der Verzahnungsteile des Getriebes und deren Oberschwingungen, insbesondere also deren im erfassten Spektrum sich befindenden Harmonischen,
wobei bei Übereinstimmung das schadhafte Teil bestimmt wird
und wobei bei Nicht-Übereinstimmung als schadhaftes Teil ein Lager gemeldet und/oder angezeigt wird. Von Vorteil ist dabei, dass eine Bestimmung des schadhaften Teils, also Verzahnteil oder Lager ermöglicht ist.In an advantageous embodiment, the respectively determined kurtosis value is compared with a predetermined value and the envelope curve of the sensor signal is determined and, in particular, when the predetermined value is exceeded by the kurtosis value which is determined at the frequency values belonging to the amplitudes outstanding from the background noise,
wherein these frequency values are compared with the determined rotational speeds of the toothed parts of the transmission and their harmonics, in particular their harmonics located in the detected spectrum,
where the defective part is determined in agreement
and in case of non-compliance as a defective part of a camp reported and / or displayed. The advantage here is that a provision of defective part, ie Verzahnteil or bearing is possible.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Drehzahl einer Welle des Getriebes bestimmt,
insbesondere mittels eines mit der Welle verbundenen Drehzahlsensors, mittels eines mit der Welle verbundenen Winkelsensors oder mittels eines das Getriebe antreibenden drehzahlgeregelten Elektromotors, wobei die bei der Drehzahlregelung vorgesehene Solldrehzahl oder die bei der Drehzahlregelung bestimmte Istdrehzahl als Drehzahl der Welle des Getriebes verwendet wird. Von Vorteil ist dabei, dass eine Drehzahlwert ohne Aufwand bestimmbar ist.In an advantageous embodiment, the rotational speed of a shaft of the transmission is determined
in particular by means of a speed sensor connected to the shaft, by means of an angle-connected with the shaft or by means of a gear-driving speed-controlled electric motor, wherein the speed control provided in the target speed or the specific speed determined during the speed control is used as the speed of the shaft of the transmission. The advantage here is that a speed value can be determined without effort.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung werden aus den Verzahnungsdaten des Getriebes aus der bestimmten Drehzahl der Welle des Getriebes die Drehzahlwerte der anderen drehbar gelagerten Verzahnteile des Getriebes bestimmt
und es werden zugehörige Oberschwingungen, insbesondere also Harmonische, der Drehzahlwerte aller drehenden Verzahnteile des Getriebes bestimmt. Von Vorteil ist dabei, dass in einfacher Weise die möglichen Frequenzen bestimmbar sind und somit der Schaden eindeutig zuordenbar ist, wenn seine Frequenz mit einer der möglichen Frequenzen übereinstimmt, insbesondere im Wesentlichen, also im Rahmen der Messgenauigkeit und/oder Genauigkeit der Bestimmung.In an advantageous embodiment, the rotational speed values of the other rotatably mounted toothed parts of the transmission are determined from the toothing data of the transmission from the specific rotational speed of the shaft of the transmission
and it will be associated harmonics, especially harmonics, the speed values of all rotating gear parts of the transmission determined. The advantage here is that the possible frequencies can be determined in a simple manner and thus the damage can be unambiguously assigned if its frequency coincides with one of the possible frequencies, in particular substantially, that is within the scope of the measurement accuracy and / or accuracy of the determination.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der zum Kurtosiswert zugeordnete Frequenzwert verglichen mit den bestimmten Drehzahlwerten der Wellen beziehungsweise Verzahnteile des Getriebes und mit den bestimmten Oberschwingungen
und daraus wird bei Übereinstimmung, insbesondere im Wesentlichen Übereinstimmung, somit das Verzahnteil als schadhaftes Teil bestimmt
und bei Nicht-Übereinstimmung wird ein Lager als schadhaftes Teil bestimmt. Von Vorteil ist dabei, dass ein einfaches Verfahren anwendbar ist.In an advantageous embodiment, the frequency value associated with the kurtosis value is compared with the specific rpm values of the shafts or toothed parts of the transmission and with the specific harmonics
and from this, the toothed part is determined as a defective part in case of agreement, in particular substantially agreement
and in case of non-compliance, a warehouse will be designated as a defective part. The advantage here is that a simple method is applicable.
Wichtige Merkmale bei der Vorrichtung zur Durchführung eines vorgenannten Verfahrens sind, dass ein Körperschallsensor zur Erfassung des Sensorsignals verwendet wird, welcher an ein Gehäuseteil einer Vorrichtung, insbesondere Getriebe oder ein Getriebe umfassende Vorrichtung, berührend positioniert wird. Von Vorteil ist dabei, dass nur ein Körperschallsensor mit Auswerteeinheit notwendig ist, wobei die Auswerteeinheit einen Analog-Digital-Wandler aufweist und einen Rechner zur Auswertung der digitalen Daten aufweist.Important features in the apparatus for carrying out an aforementioned method are that a structure-borne noise sensor is used for detecting the sensor signal, which is positioned in contact with a housing part of a device, in particular a transmission or a transmission comprehensive device. The advantage here is that only a structure-borne sound sensor with evaluation is necessary, the evaluation has an analog-to-digital converter and has a computer for the evaluation of the digital data.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.Further advantages emerge from the subclaims. The invention is not limited to the combination of features of the claims. For the skilled person, further meaningful combination options of claims and / or individual claim features and / or features of the description and / or figures, in particular from the task and / or the task posing by comparison with the prior art arise.
Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
In der
In the
Zum Verständnishintergrund der Erfindung wird darauf verwiesen, dass eine Normalverteilung statistisch schwankender Werte bestimmt ist durch 
Die zugehörige Kurtosis ist ein höheres Moment bei einer Verteilung von N statisch schwankenden Werten und wird bestimmt gemäß. 
Bei der Erfindung wird ein Sensor mit dem Gehäuse eines Getriebes in Berührung gebracht, so dass akustische Wellen erfassbar sind. Als Sensor ist ein Körperschallsensor geeignet, der Frequenzen bis 5 kHz oder bis 50 kHz mit gutem Signal-Rausch-Verhältnis erfassen kann. Der Sensor arbeitet bevorzugt auf Basis der Piezo-Technologie.In the invention, a sensor is brought into contact with the housing of a transmission, so that acoustic waves can be detected. As a sensor, a structure-borne sound sensor is suitable, which can detect frequencies up to 5 kHz or up to 50 kHz with good signal-to-noise ratio. The sensor works preferably on the basis of piezo technology.
Das Sensorsignal entspricht also dem Beschleunigungsverlauf der Oberfläche des Getriebegehäuses im Berührpunkt des Sensors mit dem Getriebe.The sensor signal thus corresponds to the acceleration curve of the surface of the transmission housing in the contact point of the sensor with the transmission.
Das Sensorsignal wird einer Auswerteeinheit zugeführt, die den zeitabhängigen Beschleunigungsverlauf auswertbar macht und die Detektion eines lokalen Schadens ermöglicht.The sensor signal is fed to an evaluation unit, which is the time-dependent Acceleration process makes evaluable and allows the detection of a local damage.
Als Schaden ist beispielsweise ein Schaden an einem Zahn eines Verzahnteils des Getriebes oder an einem Lager des Getriebes möglich. Damage to a tooth of a toothed part of the transmission or to a bearing of the transmission is possible, for example.
Das Verzahnteil ist mit einer der Wellen des Getriebes drehfest verbunden, also mit der eintreibenden Welle, der abtreibenden Welle oder einer Zwischenwelle.The Verzahnteil is rotatably connected to one of the shafts of the transmission, so with the driving shaft, the driven shaft or an intermediate shaft.
Die eintreibende Welle wird mit einer Drehzahl von einem Motor angetrieben. Dabei ist das erfindungsgemäße Verfahren auch bei Leerlauf des Getriebemotors, also ohne anzutreibende Last, verwendbar. Bei Leerlauf ist die durch einen an einem drehenden Teil angeordneten Schaden bewirkte Impulshaltigkeit des Sensorsignals gering.The driving shaft is driven at one speed by a motor. The method according to the invention can also be used when the geared motor is idling, ie without a load to be driven. At idle, the imparting of the sensor signal caused by damage to a rotating part is small.
Bei einer ersten Auswertungsvariante wird von der Auswerteeinheit die Kurtosis des zeitlichen Verlaufs des Sensorsignals bestimmt. Das Sensorsignal ist dabei zeitlich diskret dargestellt und weist also eine Abfolge von zu einem jeweiligen Zeitpunkt erfassten Werten xi auf, wobei i die N Zeitpunkte durchzählt, wobei N eine ganze Zahl ist.In a first evaluation variant, the evaluation unit determines the kurtosis of the time profile of the sensor signal. The sensor signal is shown discrete in time and thus has a sequence of values x i acquired at a particular time, i counting through the N times, where N is an integer.
Dabei wird die Kurtosis als Mittelwert der vierten Potenz der Abweichung zum Mittelwert bestimmt. Wenn die Kurtosis einen kritischen Wert überschreitet, wird ein Warnsignal erzeugt, da das Überschreiten auf das Vorhandensein eines Schadens schließen lässt.The kurtosis is determined as the mean value of the fourth power of the deviation from the mean value. If the kurtosis exceeds a critical value, a warning signal is generated because the overshoot indicates the presence of a damage.
Bei einer zweiten Auswertungsvariante wird von der Auswerteeinheit ein Zeitabschnitt des Sensorsignals fouriertransformiert, wonach der Zeitabschnitt in der zeitlichen Richtung um einen kleinen Betrag verschoben wird und dann wiederum fouriertransformiert wird. Dies wiederholden ausgeführt, so dass zu ein Fourierspektrum abhängig von der Zeit entsteht. Dabei wird jeweils als Fouriertransformation einen FFT (Fast Fourier Transformation) angewendet.In a second evaluation variant, a time segment of the sensor signal is Fourier-transformed by the evaluation unit, after which the time segment is shifted in the temporal direction by a small amount and then again Fourier-transformed. Repeat this so that a Fourier spectrum arises over time. In each case, an FFT (Fast Fourier Transformation) is used as Fourier transformation.
Somit liegt also zu jedem Frequenzwert ein zeitlicher Verlauf der Amplitude vor, also eine Menge von Amplitudenwerten. Im nächsten Schritt wird zu jedem Frequenzwert die Kurtosis berechnet. Wenn kein Schaden vorliegt, hat die Kurtosis einen im Wesentlichen verschwindenden Wert. Bei Überschreiten eines kritischen Wertes, der wiederum vorgebbar ist, wird ebenfalls ein Warnsignal erzeugt, da das Überschreiten auf das Vorhandensein eines Schadens schließen lässt.Thus, for each frequency value there is a temporal progression of the amplitude, that is to say a set of amplitude values. In the next step, the kurtosis is calculated for each frequency value. If there is no damage, the kurtosis has a substantially vanishing value. When a critical value is exceeded, which in turn can be specified, a warning signal is also generated, since the exceeding indicates the presence of a damage.
Bei einer dritten Auswertungsvariante wird von der Auswerteeinheit die Kurtosis des Spektrums des Sensorsignals oder seiner Hüllkurve bestimmt.In a third evaluation variant, the evaluation unit determines the kurtosis of the spectrum of the sensor signal or its envelope.
Zur Bildung der Kurtosis im Frequenzspektrum wird das Sensorsignal fouriertransformiert, insbesondere mittels FFT, und dann die Kurtosis der Amplitudenwerte, welche zu jeder Frequenz bestimmt wurden, gebildet. Bei Überschreiten eines kritischen Wertes, der wiederum vorgebbar ist, wird ebenfalls ein Warnsignal erzeugt, da das Überschreiten auf das Vorhandensein eines Schadens schließen lässt.To form the kurtosis in the frequency spectrum, the sensor signal is Fourier-transformed, in particular by means of FFT, and then the kurtosis of the amplitude values determined for each frequency is formed. When a critical value is exceeded, which in turn can be specified, a warning signal is also generated, since the exceeding indicates the presence of a damage.
Zur Bildung der Kurtosis der Hüllkurve wird das Sensorsignal zunächst bandpassgefiltert, gleichgerichtet, tiefpassgefiltert und danach fouriertransformiert, insbesondere mittels FFT, und dann die Kurtosis der Amplitudenwerte, welche zu jeder Frequenz bestimmt wurden, gebildet. Bei Überschreiten eines kritischen Wertes, der wiederum vorgebbar ist, wird ebenfalls ein Warnsignal erzeugt, da das Überschreiten auf das Vorhandensein eines Schadens schließen lässt. Mittels der genannten Hüllkurvenbildung, insbesondere mittels der Gleichrichtung mit nachfolgender Tiefpassfilterung werden die durch einen Schaden eingetragenen Impulsstöße, also Energiebeträge, aus dem Grundrauschen stärker hervorgehoben, so dass zur Erkennung der Impulshaltigkeit ein verbessertes Signal-Rausch-Verhältnis erreichbar ist.To form the kurtosis of the envelope, the sensor signal is first band-pass filtered, rectified, low pass filtered and then Fourier transformed, in particular by FFT, and then the kurtosis of the amplitude values determined for each frequency is formed. When a critical value is exceeded, which in turn can be specified, a warning signal is also generated, since the exceeding indicates the presence of a damage. By means of said envelope curve formation, in particular by means of the rectification with subsequent low-pass filtering, the bursts of pulses, that is to say energy amounts, are emphasized more strongly from the background noise, so that an improved signal-to-noise ratio can be achieved for the detection of the pulse stability.
Die Auswerteeinheit führt also die genannten drei Auswertungsvarianten durch und erzeigt jeweils bei Überschreiten des jeweiligen kritischen Wertes eine Schadenswarnung.The evaluation unit thus carries out the said three evaluation variants and, when the respective critical value is exceeded, produces a damage warning.
Zur möglichst klaren und automatischen Bestimmung des schadhaften Teils wird zunächst die Drehzahl der eintreibenden Welle bestimmt. Hierzu wird entweder der bekannte, durch den Motor, insbesondere durch einen den Motor speisenden Umrichter bewirkte, vorgegebene Drehzahlwert der eintreibenden Welle der Auswerteeinheit übermittelt oder alternativ wird die Drehzahl der eintreibenden Welle von der Auswerteeinheit bestimmt. Zur Bestimmung der Drehzahl mittels der Auswerteeinheit wird bevorzugt im Frequenzspektrum des Sensorsignals die Eingriffsdrehzahl der eintreibenden Getriebestufe ermittelt, da die Zahneingriffsfrequenz der ersten Getriebestufe deutlich erkennbar ist im Spektrum. Aus den bekannten Verzahnungsdaten lässt sich dann die Drehzahl der eintreibenden Welle und die Drehzahl der abtreibenden Welle sowie der Zwischenwelle oder der Zwischenwellen bestimmen. Jedem Verzahnteil ist dabei die entsprechende Zahneingriffsfrequenz zugeordnet.For the clearest possible and automatic determination of the defective part, the speed of the driving shaft is first determined. For this purpose, either the known, caused by the motor, in particular by a motor feeding inverter, predetermined speed value of the driving shaft of the evaluation transmitted or alternatively, the speed of the driving shaft is determined by the evaluation. To determine the rotational speed by means of the evaluation unit, the engagement speed of the driving gear stage is preferably determined in the frequency spectrum of the sensor signal, since the tooth engagement frequency of the first gear stage is clearly recognizable in the spectrum. From the known gear data can then determine the speed of the driving shaft and the rotational speed of the driven shaft and the intermediate shaft or intermediate waves. Each Verzahnteil is assigned the corresponding tooth engagement frequency.
Zu den so bestimmten Drehzahlwerten werden zusätzlich die Harmonischen bestimmt, also diejenigen harmonischen Oberschwingungen, welche im Spektralbereich auftreten können.In addition to the speed values thus determined, the harmonics are determined, ie those harmonic harmonics which can occur in the spectral range.
In einem nachfolgenden Schritt wird im Hüllkurvenspektrum überprüft, ob die bestimmte Schadensfrequenz einem der Drehzahlwerte einer der Wellen oder einer der Zahneingriffsfrequenzwerte oder einer der bestimmten Harmonischen im Wesentlichen entspricht. Wenn eine Übereinstimmung erkannt wird, wird eine Warnmeldung von der Auswerteeinheit angezeigt, welche das schadhafte Teil bezeichnet. Wenn keine Übereinstimmung erkennbar ist, wird angezeigt, dass ein Lagerschaden in einem der Lager einer der Wellen vorliegt. In a subsequent step, it is checked in the envelope spectrum whether the determined damage frequency essentially corresponds to one of the rotational speed values of one of the waves or one of the meshing frequency values or one of the specific harmonics. If a match is detected, a warning message is displayed by the evaluation unit, which designates the defective part. If no match is found, it indicates that there is bearing damage in one of the bearings of one of the shafts.
Auf diese Weise ist also ein automatisches Erkennen eines Schadens ohne Erfahrensdatenbank möglich.In this way, an automatic detection of damage without an experience database is possible.
In der
Dabei wird zunächst das erfasste Sensorsignal zwei Auswertungen unterzogen, wobei die erste Auswertung in der linken Hälfte und die andere Auswertung in der rechten Hälfte verdeutlicht sind.In this case, first the detected sensor signal is subjected to two evaluations, wherein the first evaluation in the left half and the other evaluation in the right half are illustrated.
Bei der ersten Auswertung wird zunächst die spektrale Beschleunigungsdichte, also das gemittelte) diskrete FFT-Spektrum, des Sensorsignals bestimmt.In the first evaluation, first the spectral acceleration density, ie the averaged) discrete FFT spectrum, of the sensor signal is determined.
Aus den Verzahnungsdaten und der vorgegebenen, zumindest ungefähren Drehzahl der eintreibenden Welle, insbesondere Synchrondrehzahl, wird die Zahneingriffsfrequenz der ersten Getriebestufe abgeschätzt. Im FFT-Spektrum wird dann der exakte zugehörige Frequenzwert gesucht und bestimmt. Somit ist dann der wirklich vorhandene beziehungsweise erfasste Zahneingriffsfrequenzwert bekannt.From the gear data and the predetermined, at least approximately rotational speed of the driving shaft, in particular synchronous rotational speed, the meshing frequency of the first gear stage is estimated. In the FFT spectrum, the exact associated frequency value is then searched for and determined. Thus, then the actually existing or detected tooth engagement frequency value is known.
Aus diesem Frequenzwert werden unter Berücksichtigung der bekannten Verzahnungsdaten die Frequenzwerte, insbesondere Drehzahlen, der Verzahnteile beziehungsweise Wellen des Getriebes, insbesondere eintreibende Welle, abtreibende Welle und zumindest eine Zwischenwelle bestimmt.Taking into account the known gear data, the frequency values, in particular rotational speeds, of the gear parts or shafts of the gearbox, in particular the driving shaft, the driven shaft and at least one intermediate shaft are determined from this frequency value.
Zusätzlich werden die harmonischen Oberschwingungen zu den genannten Wellendrehzahlen bestimmt.In addition, the harmonic harmonics are determined at the shaft speeds mentioned.
Die so bestimmten Wellendrehzahlwerte und zugehörigen Oberschwingungsfrequenzwerte werden im Folgenden auch als Schadensfrequenzen bezeichnet.The shaft speed values and associated harmonic frequency values thus determined are also referred to below as damage frequencies.
Alternativ, in
Bei der anderen Auswertung, also der in der rechten Hälfte der
Hierzu wird zunächst das Sensorsignal vorgefiltert und/oder einer Rauschunterdrückung unterzogen. Vorzugsweise ist hierbei ein Bandpassfilter verwendbar. Zusätzlich oder alternativ sind aber auch ein Rauschunterdrückungsverfahren, wie Prewhitening, oder ein adaptierendes Rauschunterdrückungsverfahren, wie Adaptive Noise Cancellation, anwendbar.For this purpose, first the sensor signal is prefiltered and / or subjected to noise suppression. Preferably, a bandpass filter can be used here. Additionally or alternatively, however, a noise suppression method, such as prewhitening, or an adaptive noise suppression method, such as adaptive noise cancellation, are applicable.
Sodann werden die drei Kurtosis-Werte bestimmt, also
- – die Kurtosis des zeitabhängigen, insbesondere unbehandelten, Sensorsignals,
- – die Kurtosis der Hüllkurve und
- – das Kurtogramm.
- The kurtosis of the time-dependent, in particular untreated, sensor signal,
- - the kurtosis of the envelope and
- - the Kurtogram.
Dabei wird zur Bestimmung des Kurtogramms ein zu einem gleitenden Zeitabschnitt des Sensorsignals gehärendes Frequenzspektrum bestimmt, insbesondere mittels short time FFT, also einer FFT-Transformation, und danach zu jedem Frequenzwert die Kurtosis des zu diesem jeweiligen Frequenzwert gehörenden Amplitudenwerts.In this case, to determine the Kurtogramms a gehallenden to a sliding portion of the sensor signal frequency spectrum is determined, in particular by means of short time FFT, ie an FFT transformation, and then for each frequency value, the kurtosis of belonging to this respective frequency value amplitude value.
Wenn einer der bestimmten Kurtosiswerte im Kurtogramm oder der Kurtosiswert des zeitabhängigen, insbesondere unbehandelten, Sensorsignals oder der Kurtosiswert der Hüllkurve des vorgefilterten und/oder rauschunterdrückten Sensorsignals einen zugehörigen Grenzwert überschreitet, wird die Warnung ausgegeben, dass ein lokaler Schaden vorliegt. Im anderen Fall wird angezeigt, dass kein lokaler Schaden vorliegt.If one of the particular kurtosis values in the kurtogram or the kurtosis value of the time-dependent, in particular untreated, sensor signal or the kurtosis value of the envelope of the pre-filtered and / or noise-suppressed sensor signal exceeds an associated limit value, the warning is output that there is local damage. Otherwise, it indicates that there is no local damage.
Bei Vorhandensein eines lokalen Schadens wird dasjenige Teil des Getriebes bestimmt, welches den Schaden aufweist. Aus der oben beschriebenen Kurtosis-gestützten Überwachung ist nur der Frequenzwert des Schadens bekannt, nicht aber das den Schaden aufweisende Teil. Die Bestimmung des Teils erfolgt dadurch, dass zunächst die Hüllkurve des Sensorsignals verwendet wird. Wie oben erläutert, wird die Hüllkurve erzeugt, indem das Sensorsignal bandpassgefiltert, gleichgerichtet, tiefpassgefiltert und Fourier-transformiert wird. Somit ragen die Amplituden der Wellendrehzahlen, Zahneingriffsfrequenzen und ihrer Harmonischen aus einem Grundrauschanteil deutlich hervor. Die aus dem Grundrauschanteil deutlich herausragenden Amplituden sind einfach zu bestimmen und somit sind auch die zugehörigen Frequenzwerte bestimmbar. Durch Vergleich mit dem Frequenzwert des Schadens ist somit die entsprechende Wellenfrequenz, Zahneingriffsfrequenz oder zumindest eine Harmonische, also Oberschwingung, einer Zahneingriffsfrequenz bestimmbar und daraus auf das Schadensteil rückschließbar.In the presence of a local damage that part of the transmission is determined which has the damage. From the kurtosis-based monitoring described above, only the frequency value of the damage is known, but not the portion having the damage. The part is determined by first using the envelope of the sensor signal. As discussed above, the envelope is generated by bandpass filtering, rectified, low pass filtered, and Fourier transformed. Thus, the amplitudes of the shaft speeds, gear meshing frequencies and their harmonics clearly protrude from a noise floor. The amplitudes which are clearly outstanding from the noise component are easy to determine, and thus the associated frequency values can also be determined. By comparison with the frequency value of the damage, the corresponding wave frequency, tooth engagement frequency or at least one harmonic, ie harmonic, of a tooth engagement frequency can thus be determined and deduced therefrom on the damage part.
Falls der Frequenzwert der Schadensfrequenz weit ab liegt von einem der Frequenzwerte einer der Wellen, eines Zahneingriffs oder einer Harmonischen hiervon, wird ein anderes drehendes Teil als Schadensteil angezeigt, insbesondere also Lagerschaden.If the frequency value of the damage frequency is far from one of the frequency values of one of the shafts, a tooth engagement or a harmonic thereof, another rotating part is displayed as a damage part, in particular bearing damage.
Vorzugsweise wird zur Rauschunterdrückung eine Bandpassfilterung und/oder eine Hochpassfilterung durchgeführt.Preferably, band-pass filtering and / or high-pass filtering is performed for noise suppression.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- linke Hälfteleft half
- 22
- rechte Hälfteright half
Claims (12)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102011121789.8A DE102011121789B4 (en) | 2011-12-21 | 2011-12-21 | Method for determining a defective part in a transmission and device set up for carrying out the method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102011121789.8A DE102011121789B4 (en) | 2011-12-21 | 2011-12-21 | Method for determining a defective part in a transmission and device set up for carrying out the method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102011121789A1 true DE102011121789A1 (en) | 2013-06-27 |
| DE102011121789B4 DE102011121789B4 (en) | 2022-09-15 |
Family
ID=48575463
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE102011121789.8A Active DE102011121789B4 (en) | 2011-12-21 | 2011-12-21 | Method for determining a defective part in a transmission and device set up for carrying out the method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102011121789B4 (en) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105569931A (en) * | 2015-12-31 | 2016-05-11 | 三一重型能源装备有限公司 | Transmission chain fault diagnosis method for wind power generator |
| CN107063681A (en) * | 2017-03-21 | 2017-08-18 | 昆明理工大学 | A kind of fault signature envelope extraction method under epicyclic gearbox time-varying vibration transfer path |
| CN107525672A (en) * | 2017-08-18 | 2017-12-29 | 西安交通大学 | One kind is based on the improved SKRgram methods of Geordie index |
| CN107907291A (en) * | 2017-10-27 | 2018-04-13 | 安徽容知日新科技股份有限公司 | A kind of impulse detection method and computing device |
| CN107909156A (en) * | 2017-10-27 | 2018-04-13 | 安徽容知日新科技股份有限公司 | A kind of equipment state detecting method and computing device |
| CN110646204A (en) * | 2018-06-27 | 2020-01-03 | 罗伯特·博世有限公司 | Method for early detection of damage, and program and control device for carrying out the method |
| WO2020057892A1 (en) * | 2018-09-19 | 2020-03-26 | Robert Bosch Gmbh | Method for ascertaining the backlash of a gear |
| CN111366360A (en) * | 2020-01-07 | 2020-07-03 | 中国人民解放军国防科技大学 | Method for detecting early fault of planetary gear box by using rotating speed signal |
| CN113418671A (en) * | 2021-05-11 | 2021-09-21 | 中国船舶重工集团公司第七0三研究所 | Drop-out type gear box impact test bed and test method thereof |
| EP4012426A1 (en) * | 2020-12-14 | 2022-06-15 | IMS Gear SE & Co. KGaA | Method for correcting a time-dependent measurement signal of an engine transmission unit and method for detecting wear and / or damage of same by means of this correction method |
| AT524981A1 (en) * | 2021-04-13 | 2022-11-15 | Avl List Gmbh | PROCEDURE FOR ASSESSING THE IMPULSE CONTENT OF A DUT |
-
2011
- 2011-12-21 DE DE102011121789.8A patent/DE102011121789B4/en active Active
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Immovilli F., Cocconcelli M., Bellini A., Rubini R.: Detection of Generalized-Roughness Bearing Fault by Spectral-Kurtosis Energy of Vibration or Current Signals. In: IEEE Transactions on Industrial Electronics. Vol. 56. No. 11, November 2009, 4710 - 4717. * |
| Klein Ulrich: Schwingungsdiagnostische Beurteilung von Maschinen und Anlagen. In: 2000 Verlag Stahleisen Gmbh, Düsseldorf , ISBN 3-514-00663-6, 2000, Seite 19 - 21 und 43 und 76 - 112. * |
| Randall R.B.: Applications of Spectral Kurtosis in Machine Diagnostics and Prognostics. In: Key Engeneering Materials Vols. 293 - 294, 2005, 21 - 30. * |
Cited By (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105569931B (en) * | 2015-12-31 | 2018-05-04 | 三一重型能源装备有限公司 | A kind of driving chain of wind driven generator method for diagnosing faults |
| CN105569931A (en) * | 2015-12-31 | 2016-05-11 | 三一重型能源装备有限公司 | Transmission chain fault diagnosis method for wind power generator |
| CN107063681A (en) * | 2017-03-21 | 2017-08-18 | 昆明理工大学 | A kind of fault signature envelope extraction method under epicyclic gearbox time-varying vibration transfer path |
| CN107525672A (en) * | 2017-08-18 | 2017-12-29 | 西安交通大学 | One kind is based on the improved SKRgram methods of Geordie index |
| CN107525672B (en) * | 2017-08-18 | 2019-07-12 | 西安交通大学 | One kind being based on the improved SKRgram method of Geordie index |
| CN107909156B (en) * | 2017-10-27 | 2020-07-07 | 安徽容知日新科技股份有限公司 | Equipment state detection method and computing equipment |
| CN107907291A (en) * | 2017-10-27 | 2018-04-13 | 安徽容知日新科技股份有限公司 | A kind of impulse detection method and computing device |
| CN107909156A (en) * | 2017-10-27 | 2018-04-13 | 安徽容知日新科技股份有限公司 | A kind of equipment state detecting method and computing device |
| CN110646204A (en) * | 2018-06-27 | 2020-01-03 | 罗伯特·博世有限公司 | Method for early detection of damage, and program and control device for carrying out the method |
| WO2020057892A1 (en) * | 2018-09-19 | 2020-03-26 | Robert Bosch Gmbh | Method for ascertaining the backlash of a gear |
| CN112673245A (en) * | 2018-09-19 | 2021-04-16 | 罗伯特·博世有限公司 | Method for determining a transmission gap of a transmission |
| CN112673245B (en) * | 2018-09-19 | 2023-07-25 | 罗伯特·博世有限公司 | Method for determining a transmission play of a transmission |
| US11796047B2 (en) | 2018-09-19 | 2023-10-24 | Robert Bosch Gmbh | Method for determining the transmission backlash of a transmission |
| CN111366360A (en) * | 2020-01-07 | 2020-07-03 | 中国人民解放军国防科技大学 | Method for detecting early fault of planetary gear box by using rotating speed signal |
| CN111366360B (en) * | 2020-01-07 | 2022-03-29 | 中国人民解放军国防科技大学 | Method for detecting early fault of planetary gear box by using rotating speed signal |
| EP4012426A1 (en) * | 2020-12-14 | 2022-06-15 | IMS Gear SE & Co. KGaA | Method for correcting a time-dependent measurement signal of an engine transmission unit and method for detecting wear and / or damage of same by means of this correction method |
| AT524981A1 (en) * | 2021-04-13 | 2022-11-15 | Avl List Gmbh | PROCEDURE FOR ASSESSING THE IMPULSE CONTENT OF A DUT |
| CN113418671A (en) * | 2021-05-11 | 2021-09-21 | 中国船舶重工集团公司第七0三研究所 | Drop-out type gear box impact test bed and test method thereof |
| CN113418671B (en) * | 2021-05-11 | 2023-08-01 | 中国船舶重工集团公司第七0三研究所 | Drop-out gearbox impact test bed and test method thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE102011121789B4 (en) | 2022-09-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE102011121789A1 (en) | Method for determination of damaged part in gear box, involves operating driving shaft of gear box at rotation speed, supplying sensor signal to evaluation unit, and determining value for kurtosis from sensor signal | |
| DE102011116961A1 (en) | Method for determining a mechanical damage of a rotor blade of a wind power plant | |
| EP2404059B1 (en) | Method for monitoring wind turbines | |
| DE102008049530A1 (en) | A method of monitoring a powertrain component of a wind turbine | |
| DE69820568T2 (en) | Device and method for analyzing torsional vibrations on rotating parts | |
| EP2937560B1 (en) | Wind energy system diagnosis device for generator components | |
| DE102011117468A1 (en) | Method, arithmetic unit and device for monitoring a drive train | |
| DE102009038011B9 (en) | Method for automatic detection and detection of errors on a balancing machine | |
| DE112012002234B4 (en) | Motor control device | |
| DE69818380T2 (en) | Method for monitoring a planetary gear provided with acceleration sensors in a means of transportation, in particular in a helicopter | |
| DE102016206809A1 (en) | Method for the automated allocation of possible sources of cause for an acoustic conspicuousness of a rotationally synchronous noise source | |
| EP3250918B1 (en) | Method for detecting cavitation | |
| DE102011119466A1 (en) | Method for determining a total damage of at least one rotating component of a drive train | |
| DE10138919C1 (en) | Spectral evaluation method for acoustic diagnosis of heavy machine compares frequency spectrum with alarm characteristic adjusted in dependence on operating parameters | |
| DE102011102400B4 (en) | Method for smoothing a transmission input shaft speed signal of a transmission | |
| DE69823937T2 (en) | Method and device for determining vibrations of the rotor of a rotating machine | |
| DE102010009941A1 (en) | Method for detection of damages of rotor blade of wind turbine in wind farm, involves transmitting error signal if acquired number of event time intervals lies above and below predetermined threshold value for preset analysis time interval | |
| EP3734176A1 (en) | Device for monitoring the operation of a fan | |
| DE102013223294A1 (en) | Method for detecting a change in mass or rigidity of a component of a wind energy plant | |
| EP4012426B1 (en) | Method for correcting a time-dependent measurement signal of an engine transmission unit and method for detecting wear and / or damage of same by means of this correction method | |
| DE102019114930B3 (en) | Method and arrangement for monitoring systems | |
| DE102020116636A1 (en) | Method for monitoring at least one work machine driven by a rotating machine | |
| DE102015210695B3 (en) | Device and method for monitoring a vibration-excited component | |
| DE102019135108A1 (en) | Method and device for determining a change in a mass distribution of a rotor blade of a wind turbine | |
| DE202019102413U1 (en) | Device for monitoring the operation of a fan |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R012 | Request for examination validly filed | ||
| R016 | Response to examination communication | ||
| R016 | Response to examination communication | ||
| R079 | Amendment of ipc main class |
Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: G01M0013020000 Ipc: G01M0013028000 |
|
| R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
| R020 | Patent grant now final |