DE102014204392A1 - System and method for determining measured variables on a rotating component - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein System zur Ermittlung von Messgrößen an einem rotierenden Bauteil einer Maschine, insbesondere einer Welle (9), umfassend eine an der Oberfläche (8) des Bauteils angebrachte Messeinheit (7) mit einem Sensor (6) zur Messung von Veränderungen an der Oberfläche (8) des Bauteils.
Es wird vorgeschlagen, eine Messeinheit (7) zu verwenden, die einen passiven RFID-Transponder (2), TAG, umfasst, der mit dem Sensor (6) verbunden ist, wobei der Messeinheit (7) in Funkreichweite ein RFID-Reader (1), der an einem stehenden Bauteil der Maschine angebracht ist, zugeordnet ist.The invention relates to a system for determining measured variables on a rotating component of a machine, in particular a shaft (9), comprising a measuring unit (7) attached to the surface (8) of the component with a sensor (6) for measuring changes in the sensor Surface (8) of the component.
It is proposed to use a measuring unit (7) which comprises a passive RFID transponder (2), TAG, which is connected to the sensor (6), the measuring unit (7) being within radio range of an RFID reader (1 ) associated with a stationary component of the machine.

Figure DE102014204392A1_0001
Figure DE102014204392A1_0001

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur Ermittlung von Messgrößen an einem rotierenden Bauteil einer Maschine, insbesondere einer Welle, umfassend einen an der Oberfläche des Bauteils angebrachte Messeinheit mit einem Sensor zur Messung von Veränderungen an der Oberfläche des Bauteils.The invention relates to a system for determining measured variables on a rotating component of a machine, in particular a shaft, comprising a measuring unit attached to the surface of the component with a sensor for measuring changes on the surface of the component.

Die Überwachung von Maschinenbauteilen, insbesondere von rotierenden Bauteilten wie Wellen, wird immer wichtiger. Die Maschinenbetreiber wünschen immer häufiger eine online Überwachung, die dazu geeignet ist, Betriebszustände auszuwerten, um daraus Schlüsse für die nächste Inspektion oder Instandhaltung zu treffen und insbesondere einem vorzeitigen Ausfall ohne Vorankündigung vorzubeugen. Allgemein wird die Überwachung als „Condition-Monitoring“ bezeichnet.The monitoring of machine components, in particular of rotating components such as shafts, is becoming increasingly important. Machine operators are increasingly requesting online monitoring that is capable of evaluating operating conditions in order to draw conclusions for the next inspection or maintenance and in particular to prevent premature failure without prior notice. Generally, monitoring is referred to as "condition monitoring".

So sind zur Messung von Drehmomenten auf rotierenden Wellen verschiedene Systeme bekannt. So ist beispielsweise aus der DE 40 42 270 C1 ein System bekannt bei dem das Drehmoment mittels einem Sensor gemessen wird, der aus mehreren Dehnmessstreifen besteht, die zu einer Vollbrückenschaltung verschaltet sind. Zur Energieversorgung sind Schleifringkontakte vorgesehen. Thus, various systems are known for measuring torques on rotating shafts. For example, from the DE 40 42 270 C1 a system is known in which the torque is measured by means of a sensor consisting of a plurality of strain gauges, which are connected to a full bridge circuit. For power supply slip ring contacts are provided.

Weiterhin sind zur berührungslosen Messung Telemetriesysteme bekannt, die mittels Induktion oder einer Batterie mit Energie versorgt werden. Damit eine einwandfreie Übertragung von Energie wie auch der Daten möglich ist, sind individuelle Antennen erforderlich, die in einem Antennenhalter, in einer auf die Anwendung abgestimmten Form, auf der Welle angebracht werden müssen. Furthermore, telemetry systems are known for non-contact measurement, which are powered by induction or a battery with energy. For proper transmission of energy as well as data is possible, individual antennas are required, which must be mounted in an antenna holder, in a form adapted to the application, on the shaft.

Derartige Systeme sind in der Regel sehr aufwendig und teuer, sodass diese nur relativ selten zum Einsatz kommen. Insbesondere an schwer zugänglichen Stellen ist ein Einsatz meist unmöglich.Such systems are usually very expensive and expensive, so that they are relatively rarely used. Especially in hard to reach places an employment is usually impossible.

Für eine wünschenswerte serienmäßige Ausstattung von Bauteilen steht derzeit kein kostengünstiges, funktionsfähiges System zur Verfügung, mit dem ein Drehmoment an einem rotierenden Bauteil gemessen werden kann.For a desirable standard equipment of components currently no cost-effective, functional system is available with which a torque can be measured on a rotating component.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein System und ein Verfahren vorzuschlagen, mittels dem Messgrößen an einem rotierenden Bauteil einer Maschine kostengünstig überwacht werden können.An object of the invention is therefore to propose a system and a method by means of which measured variables can be monitored cost-effectively on a rotating component of a machine.

Erfindungsgemäß wird ein System entsprechend der eingangs genannten Art vorgeschlagen, bei dem die RFID-Technologie eingesetzt wird. Das System ist dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit einen passiven RFID-Transponder, TAG, umfasst, der mit dem Sensor verbunden ist, wobei der Messeinheit in Funkreichweite ein RFID-Reader, der an einem stehenden Bauteil der Maschine angebracht ist, zugeordnet ist.According to the invention, a system according to the aforementioned type is proposed in which the RFID technology is used. The system is characterized in that the measuring unit comprises a passive RFID transponder, TAG, which is connected to the sensor, wherein the measuring unit is assigned within radio range of an RFID reader, which is attached to a stationary component of the machine.

Die Messeinheit mit dem RFID-Chip, wie auch der RFID-Reader, können dabei an oder alternativ auch in dem Bauteil angeordnet sein. Weiterhin kann der RFID-Reader mit einer Auswerteinheit verbunden sein, die mit der Steuerung der Maschine in Verbindung steht. The measuring unit with the RFID chip, as well as the RFID reader, can be arranged on or alternatively also in the component. Furthermore, the RFID reader can be connected to an evaluation unit which is connected to the control of the machine.

Die zum Messen von Messgrößen benötigte Energie kann vom RFID-Reader aus auf den RFID-Transponder oder TAG übertragen werden, wobei auf dem TAG eine Energiespeichereinheit angeordnet sein kann, mittels der Energie speicherbar ist.The energy required for measuring measured variables can be transmitted from the RFID reader to the RFID transponder or TAG, wherein an energy storage unit can be arranged on the TAG, by means of which energy can be stored.

Unter einer Messeinheit oder auch RFID-Sensoreinheit versteht man einen TAG der mit mindestens einem Sensor verbunden ist. Dabei kann der Sensor auf dem TAG angeordnet oder mit diesem elektrisch verbunden sein. A measuring unit or RFID sensor unit is understood to mean a TAG which is connected to at least one sensor. In this case, the sensor can be arranged on the TAG or electrically connected thereto.

Der Sensor kann dabei einen Dehnmessstreifen umfassen, mittels dem zumindest eine maßliche Änderung bzw. die Dehnung an der Oberfläche des Bauteils messbar ist. Dabei kann das Bauteil eine Welle oder aber auch jedes andere rotierende Bauteil einer Maschine sein, wie z.B. die Bauteile einer Kupplung oder eines Getriebes. So können Längenänderungen durch angreifenden Zugkräfte, Druckkräfte oder Momente erfasst werden.The sensor may comprise a strain gauge, by means of which at least one dimensional change or the strain on the surface of the component can be measured. In this case, the component may be a shaft or any other rotating component of a machine, such as. the components of a clutch or a transmission. Thus, changes in length can be detected by attacking tensile forces, compressive forces or moments.

Weiterhin kann der Sensor mehrere Dehnmessstreifen umfassen, die zu einer Wheatstoneschen Messbrücke zusammengeschaltet sind, sodass auch auftretende Momente gemessen werden können. Furthermore, the sensor may comprise a plurality of strain gauges, which are connected together to form a Wheatstone measuring bridge, so that also occurring moments can be measured.

In einer bevorzugten Ausführung ist die Messeinheit mittels einer Klebeverbindung mit der Oberfläche verbunden. In a preferred embodiment, the measuring unit is connected to the surface by means of an adhesive connection.

Weiterhin kann die Überwachung ausgeweitet werden und dafür auf der Oberfläche der Welle mehrere Messeinheiten angebracht werden. Das Auslesen aller RFID-Sensoreinheiten kann dabei mittels eines RFID-Readers erfolgen, der während der Drehung des Bauteils mit den einzelnen RFID-Sensoreinheiten kommuniziert und diese mit Energie versorgt. Wobei zur Unterscheidung der Messstellen codierte Daten übermittelt werden können. Furthermore, the monitoring can be extended and for this purpose several measuring units are mounted on the surface of the shaft. The reading out of all RFID sensor units can take place by means of an RFID reader, which communicates with the individual RFID sensor units during the rotation of the component and supplies them with energy. Coded data can be transmitted to distinguish the measuring points.

In einer weiteren Ausführung kann vorgesehen sein, dass jeder RFID-Sensoreinheit ein RFID-Reader zugeordnet ist. In a further embodiment it can be provided that each RFID sensor unit is associated with an RFID reader.

Weiterhin wird ein Verfahren zur Ermittlung von Messgrößen an einem rotierenden Bauteil einer Maschine, insbesondere einer Welle, vorgeschlagen, bei dem eine an der Oberfläche des Bauteils angebrachte Messeinheit mit einem Sensor, die Veränderungen an der Oberfläche des Bauteils gemessen werden, wobei die Messeinheit einen passiven RFID-Transponder, TAG, umfasst, der mit dem Sensor verbunden ist und diesen mit Energie versorgt. Der Messeinheit ist in Funkreichweite ein RFID-Reader, der an einem stehenden Bauteil der Maschine befestigt ist, zugeordnet, der den RFID-Transponder mit Energie versorgt, sodass eine Messung erfolgen kann und Daten ausgetauscht werden können.Furthermore, a method for determining measured variables on a rotating component of a machine, in particular a shaft, is proposed, wherein a measuring unit attached to the surface of the component is provided with a sensor that senses changes in the surface of the component, the measuring unit comprising a passive RFID transponder, TAG, connected to and energizing the sensor. The measuring unit is within radio range of an RFID reader, which is attached to a stationary component of the machine assigned, which supplies the RFID transponder with energy, so that a measurement can be made and data can be exchanged.

Weiterhin ist es denkbar in der Messeinheit weitere Sensoren einzusetzen, mittels denen einer der folgenden Betriebsparameter Temperatur, Druck, Feuchte und/oder Schwingungen erfassbar sind. Furthermore, it is conceivable to use further sensors in the measuring unit, by means of which one of the following operating parameters temperature, pressure, humidity and / or vibrations can be detected.

Weitere Merkmale des erfindungsgemäßen Systems und weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung.Further features of the system according to the invention and further advantages of the invention will become apparent from the following description with reference to the drawing.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Skizzen näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to drawings.

In diesen zeigen:In these show:

1 Funktionsprinzip des RFID-Systems 1 Functional principle of the RFID system

2 Welle mit Messsystem 2 Shaft with measuring system

In 1 wird schematisch das aus dem Stand der Technik bekannte Funktionsprinzip eines RFID-Systems dargestellt. Ein RFID-System umfasst einen RFID-Transponder 2, dieser wird ebenso als RFID-Etikett, Smartlabel, RFID-TAG oder Funktionsetikett bezeichnet, und eine Lesevorrichtung, auch als RFID-Reader 1 bezeichnet.In 1 is schematically illustrated the known from the prior art operating principle of an RFID system. An RFID system comprises an RFID transponder 2 , this is also referred to as an RFID tag, smart label, RFID tag or function label, and a reading device, also as an RFID reader 1 designated.

Die Energieübertragung wie auch die Datenübertragung erfolgt über die Antennen 3 der beiden Bauteile 1, 2.The energy transfer as well as the data transmission takes place via the antennas 3 of the two components 1 . 2 ,

Der RFID-TAG 2 sieht neben einer Antenne, einen analogen Schaltkreis zum Empfangen und Senden, sowie einen digitalen Schaltkreis bzw. Mikrochip vor. Weiterhin weist der RFID-TAG 2 eine Energieversorgungseinheit auf, welche für die Stromversorgung der Schaltkreise sorgt.The RFID tag 2 In addition to an antenna, an analogue circuit for receiving and transmitting, as well as a digital circuit or microchip. Furthermore, the RFID tag 2 a power supply unit, which provides for the power supply of the circuits.

Zur Verstärkung des Messsignals ist ein Verstärker vorgesehen.To amplify the measurement signal, an amplifier is provided.

Der Sensor 6 ist mit dem TAG 2 verbunden, zusammen bilden sie die Messeinheit oder auch RFID-Sensoreinheit, die auf der Oberfläche 8 einer Welle aufgeklebt ist, wie in 2 gezeigt. Zur Drehmomentmessung wird ein Sensor mit einer Wheatstoneschen-Messbrücke eingesetzt. The sensor 6 is with the DAY 2 connected together, they form the measuring unit or even RFID sensor unit, which on the surface 8th a wave is glued on, as in 2 shown. For torque measurement, a sensor with a Wheatstone bridge is used.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
RFID-Reader  RFID Reader
22
RFID-TAG  RFID TAG
33
Antenne  antenna
44
Energieversorgern  energy suppliers
55
Datenaustausch  data exchange
66
Sensor sensor
77
Messeinheit measuring unit
88th
Oberfläche surface
99
Welle wave

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 4042270 C1 [0003] DE 4042270 C1 [0003]

Claims (8)

System zur Ermittlung von Messgrößen an einem rotierenden Bauteil einer Maschine, insbesondere einer Welle (9), umfassend eine an der Oberfläche (8) des Bauteils angebrachte Messeinheit (7) mit einem Sensor (6) zur Messung von Veränderungen an der Oberfläche (8) des Bauteils, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit (7) einen passiven RFID-Transponder (2), TAG, umfasst, der mit dem Sensor (6) verbunden ist, wobei der Messeinheit (7) in Funkreichweite ein RFID-Reader (1), der an einem stehenden Bauteil der Maschine angebracht ist, zugeordnet ist.System for determining measured variables on a rotating component of a machine, in particular a shaft ( 9 ), comprising one on the surface ( 8th ) of the component attached measuring unit ( 7 ) with a sensor ( 6 ) for measuring changes on the surface ( 8th ) of the component, characterized in that the measuring unit ( 7 ) a passive RFID transponder ( 2 ), TAG, associated with the sensor ( 6 ), the measuring unit ( 7 ) in radio range an RFID reader ( 1 ) associated with a stationary component of the machine. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensors (6) einen Dehnmessstreifen umfasst, mittels dem zumindest eine maßliche Änderung an der Oberfläche messbar ist. System according to claim 1, characterized in that the sensor ( 6 ) comprises a strain gauge, by means of which at least one dimensional change on the surface is measurable. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (6) eine Wheatstonesche-Messbrücke ist. System according to claim 2, characterized in that the sensor ( 6 ) is a Wheatstone bridge. System nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit (7) mittels einer Klebeverbindung mit der Oberfläche verbunden ist. System according to claim 2 or 3, characterized in that the measuring unit ( 7 ) is connected by means of an adhesive bond with the surface. System nach einem der Ansprüche 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Oberfläche (10) mehrere Messeinheiten (7) angebracht sind.System according to one of claims 4, characterized in that on the surface ( 10 ) several measuring units ( 7 ) are mounted. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass alle Messeinheiten (7) mittels eines RFID-Readers (1) ausgelesen werden. System according to claim 5, characterized in that all measuring units ( 7 ) by means of an RFID reader ( 1 ). System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Messeinheit (7) ein RFID-Reader (1) zugeordnet ist.System according to claim 1, characterized in that each measuring unit ( 7 ) an RFID reader ( 1 ) assigned. Verfahren zur Ermittlung von Messgrößen an einem rotierenden Bauteil einer Maschine, insbesondere einer Welle (9), umfassend eine an der Oberfläche (8) des Bauteils angebrachte Messeinheit (7) mit einem Sensor (6) mittels dem Veränderungen an der Oberfläche (8) des Bauteils gemessen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit (7) einen passiven RFID-Transponder (2), TAG, umfasst, der mit dem Sensor (6) verbunden ist und diesen mit Energie versorgt, wobei der Messeinheit (7) in Funkreichweite ein RFID-Reader (1), an einem stehenden Bauteil der Maschine, zugeordnet ist, die den RFID-Chip (2) mit Energie versorgt, sodass eine Messung erfolgen kann und Daten ausgetauscht werden können.Method for determining measured variables on a rotating component of a machine, in particular a shaft ( 9 ), comprising one on the surface ( 8th ) of the component attached measuring unit ( 7 ) with a sensor ( 6 ) by means of changes on the surface ( 8th ) of the component, characterized in that the measuring unit ( 7 ) a passive RFID transponder ( 2 ), TAG, associated with the sensor ( 6 ) and supplies it with energy, wherein the measuring unit ( 7 ) in radio range an RFID reader ( 1 ), on a stationary component of the machine, which is the RFID chip ( 2 ) so that a measurement can take place and data can be exchanged.
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