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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen eines Lagers einer mehrphasigen elektrischen Maschine. Überdies betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Überwachen eines Lagers einer mehrphasigen elektrischen Maschine.
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Das Interesse richtet sich vorliegend auf mehrphasige elektrische Maschinen, insbesondere dreiphasige elektrische Maschinen, welche zumindest ein Lager aufweisen. Ein solches Lager, das auch als Motorlager bezeichnet werden kann, kann beispielsweise als Gleitlager oder als Wälzlager ausgebildet sein. Mit einem derartigen Lager kann beispielsweise die Welle der elektrischen Maschine gelagert sein. Aufgrund von übermäßigem Verschleiß fallen die Lager mit der Zeit aus. Hierbei ist es erforderlich, dass eine Beschädigung und/oder der Ausfall des Lagers automatisch rechtzeitig erkannt werden kann, um Gegenmaßnahmen planen zu können. Auf diese Weise können – je nach Anwendung der elektrischen Maschine – Produktionsausfallzeiten minimiert und die Anlagenverfügbarkeit erhöht werden.
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Verfahren zum Überwachen von Lagern von elektrischen Maschinen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise werden an den Lagern oder im Bereich der Lager entsprechende Schwingungssensoren angeordnet, mit denen erkannt werden kann, ob ein fehlerhafter Betriebszustand des Lagers vorliegt. Die Verwendung von Schwingungssensoren bringt allerdings den Nachteil mit sich, dass diese teuer sind und aufwendig zu installieren sind. Weiterhin ist es bekannt, Stromzangen und/oder Strom- und Spannungssensoren in Motoransteuergeräten, wie beispielsweise Umrichtern, Sanftstartern und Motorsteuergeräten, zu verwenden. Hierbei ist es auch bekannt, dass zum Überwachen der Lager die Phasenströme der elektrischen Maschine untersucht werden. Hierzu kann beispielsweise eine Spektralanalyse der Phasenströme durchgeführt werden.
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In diesem Zusammenhang beschreibt die
WO 2012/084535 A1 ein Verfahren zur Überwachung und Fehlerdiagnose einer rotierenden elektrischen Maschine, die durch einen Umrichter gespeist wird, wobei eine Stromsignatur von Ausgangssignalen des Umrichters aufgenommen wird, eine Transformation der Stromsignatur durchgeführt wird und die transformierte Stromsignatur in zumindest einem Frequenzband zur Erkennung eines Schadens an der Maschine ausgewertet wird.
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Bei dem Überwachen von Lagern von elektrischen Maschinen sind die Grenzwerte zur Unterscheidung zwischen einem Gut- und einem Fehlerfall geeignet zu wählen. Hierzu beschreibt die
KR 100969243 B1 ein Verfahren zum Bestimmen eines Fehlers eines rotierenden Bauteils einer elektrischen Maschine. Dabei werden Messdaten von der rotierenden Maschinenkomponente in einem normalen Betriebszustand und einem fehlerhaften Betriebszustand bezüglich einer Fehlerfrequenzlinie bestimmt. Weiterhin ist es auch bekannt, dass zum Überwachen des Lagers nur geeignete Frequenzbereiche untersucht werden. Diese Frequenzbereiche können beispielsweise über neuronale Netze angelernt und bei Änderungen der Betriebsbedingungen aktualisiert werden.
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Ein weiterer wichtiger Aspekt bei Überwachung der Lager anhand der Ströme der elektrischen Maschine ist die Rauschunterdrückung. Hierzu kann beispielsweise die Abtastfrequenz an die Frequenzvariation der Motorgrundfrequenz angepasst werden. Weiterhin ist es bekannt, dass mit Hilfe eines Modells der elektrischen Maschine im Gutfall bekannte Signalbestandteile vom Messsignal eliminiert werden. Hierzu beschreibt beispielsweise die
US 6,199,023 B1 ein Verfahren zum Entfernen von Störsignalen in einem Prozess der Motorstromsignaturanalyse bei einer elektrischen Maschine. Hierbei wird simultan die elektrische Spannung und der elektrische Strom an dem Motor gemessen. Zudem wird die Spannung an dem Modell für die elektrische Maschine zum Bestimmen eines äquivalenten Stroms in dem Motormodell angelegt. Ferner wird der äquivalente Strom von dem gemessenen Strom subtrahiert, um einen korrigierten Motorstrom zu erzeugen, welcher mittels der Motorstromsignaturanalyse verarbeitet werden kann.
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Einem zuverlässigen, kommerziellen Einsatz dieser Verfahren zur Motorlagerüberwachung steht entgegen, dass einerseits die Rauschunterdrückung unzureichend ist und andererseits die genannten Verfahren jeweils nicht robust gegenüber Schwankungen bzw. Änderungen der Betriebsbedingungen sind. Beispielsweise können Änderungen der Last und der Drehzahl auftreten.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie ein Lager einer mehrphasigen elektrischen Maschine zuverlässiger überwacht werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren und durch eine Vorrichtung gemäß den Merkmalen der jeweiligen unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Überwachen eines Lagers einer mehrphasigen elektrischen Maschine. Die elektrische Maschine kann eine Asynchronmaschine oder eine Synchronmaschine sein. Das Verfahren umfasst das Erfassen der jeweiligen Phasenströme der elektrischen Maschine, das Bestimmen einer ersten Stromkomponente und einer zweiten Stromkomponente mittels einer d/q-Transformation oder auch Park-Transformation aus den jeweiligen Phasenströmen, das Bestimmen eines ersten Frequenzspektrums zumindest eines Anteils der ersten Stromkomponente und/oder eines zweiten Frequenzspektrums zumindest eines Anteils der zweiten Stromkomponente und das Überprüfen eines Vorliegens eines fehlerhaften Betriebszustands des Lagers anhand des ersten und/oder des zweiten Frequenzspektrums.
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Vorliegend soll zumindest ein Lager einer elektrischen Maschine überwacht werden. Insbesondere soll überprüft werden, ob das Lager einen fehlerhaften Betriebszustand aufweist bzw. das Lager defekt ist. Insbesondere soll überprüft werden, ob eine Beschädigung des Lagers vorliegt und/oder ob mit einem Ausfall des Lagers zu rechnen ist. Das Lager kann als Gleitlager ausgebildet sein. Insbesondere ist das Lager als Wälzlager ausgebildet. Bei der elektrischen Maschine handelt es sich um eine mehrphasige elektrische Maschine, insbesondere eine dreiphasige elektrische Maschine. Die elektrische Maschine ist als rotierende elektrische Maschine ausgebildet und kann beispielsweise einen entsprechenden Rotor umfassen. Das Lager kann zum Lagern des Rotors bzw. der Welle der elektrischen Maschine dienen.
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Die elektrische Maschine wird über jeweilige Phasenströme, beispielsweise drei zueinander phasenverschobene Phasenströme, gespeist. Die Phasenströme können beispielsweise mittels eines Umrichters bereitgestellt werden. Die jeweiligen Phasenströme werden mit einer entsprechenden Erfassungseinrichtung bzw. Messeinrichtung erfasst. Insbesondere werden die jeweiligen Phasenströme in Abhängigkeit von der Zeit erfasst. Mit einer entsprechenden Recheneinrichtung wird eine d/q-Transformation durchgeführt. Hierbei werden die dreiphasigen Größen der elektrischen Maschine in ein zweiphasiges Koordinatensystem mit den Achsen d und q überführt. Als Ergebnis der d/q-Transformation ergeben sich eine erste Stromkomponente, die einer ersten Achse eines Koordinatensystems zugeordnet ist, und eine zweite Stromkomponente, die einer zweiten, zu der ersten Achse rechtwinkligen Achse des Koordinatensystems zugeordnet ist. Die beiden Achsen des Koordinatensystems können mit einer Kreisfrequenz mit dem Rotor mitrotieren. Anschließend wird von zumindest einem Anteil der ersten und/oder der zweiten Stromkomponente ein Frequenzspektrum bestimmt. Zum Bestimmen des Frequenzspektrums kann beispielsweise eine Fourier-Transformation verwendet werden. Anhand des ersten und/oder des zweiten Frequenzspektrums kann dann das Vorliegen des fehlerhaften Betriebszustands des Lagers überprüft werden. Hierzu können beispielsweise typische Frequenzen und/oder Frequenzbereiche in dem ersten und/oder zweiten Frequenzspektrum untersucht werden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird im Unterschied zum Stand der Technik die Frequenzanalyse auf die d/q-transformierten Stromsignale bzw. Stromkomponenten und nicht auf die Phasenströme selbst angewandt. Dadurch verstärken sich die in allen Phasenströmen gleichzeitig vorliegenden Signalanteile, während sich das Rauschen und zufällige Signalanteile herausmitteln. Somit kann auf einfache und effektive Weise eine Rauschunterdrückung ermöglicht werden. Somit können typische Frequenzanteile in dem ersten und/oder zweiten Frequenzspektrum zuverlässiger erkannt werden und somit ein fehlerhafter Betriebszustand bzw. einer Fehlerfall des Lagers zuverlässiger erkannt werden.
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Bevorzugt wird als der zumindest eine Anteil der ersten und/oder der zweiten Stromkomponente jeweils ein Wechselanteil bestimmt, welcher die jeweilige Stromkomponente abzüglich ihres Mittelwerts beschreibt. Vorliegend werden anhand der Phasenströme die erste Stromkomponente bzw. der d-Strom und die zweite Stromkomponente bzw. der q-Strom bestimmt. Sowohl von der ersten Stromkomponente als auch von der zweiten Stromkomponente kann jeweils der Mittelwert bestimmt werden. Der jeweilige Mittelwert kann dann von der jeweiligen Stromkomponente abgezogen werden. Somit werden bei der Frequenzanalyse bzw. beim Bestimmen des jeweiligen Frequenzspektrums nur die Wechselanteile berücksichtigt. Somit können Schwankungen bzw. charakteristische Frequenzen zuverlässiger erkannt werden.
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In einer Ausführungsform werden das erste und das zweite Frequenzspektrum bestimmt, ein Kreuzkorrelationssignal wird aus einer Kreuzkorrelation des ersten und des zweiten Frequenzspektrums bestimmt und das Vorliegen des fehlerhaften Betriebszustands des Lagers wird anhand des Kreuzkorrelationssignals überprüft. Zur Rauschunterdrückung kann vorliegend zusätzlich eine Kreuzkorrelation des ersten und des zweiten Frequenzspektrums bzw. der Stromspektren durchgeführt werden. Dies hat gegenüber einer nach dem Stand der Technik im Zeitbereich durchgeführten Kreuzkorrelation den Vorteil, dass eine Phasenzuordnung nicht berücksichtigt werden muss. Die Kreuzkorrelation stärkt die in den Stromkomponenten gleichzeitig vorliegenden Signalanteile während das Rauschen und zufällige Signalanteil im resultierenden Kreuzkorrelationssignal verringert werden. Somit kann das Signal-Rausch-Verhältnis erhöht werden.
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In einer weiteren Ausführungsform wird eine Schlupffrequenz der elektrischen Maschine anhand eines Cepstrums der ersten Stromkomponente und/oder der zweiten Stromkomponente bestimmt und die bestimmte Schlupffrequenz wird beim Überprüfen des Vorliegens des fehlerhaften Betriebszustands des Lagers berücksichtigt. Das Cepstrum beschreibt die inverse Fourier-Transformierte des logarithmierten, durch Division mit einer Bezugsgröße dimensionslos gemachten, einseitigen Autoleistungsspektrums. In Folge der Schlupffrequenz der elektrischen Maschine können unter Umständen Störungen in den Stromkomponenten auftreten, die herausgerechnet werden sollen. Dies geschieht insbesondere dadurch, dass periodische Schlupffrequenzen mittels des Cepstrums identifiziert werden und der Amplitudenwert an dieser Stelle vom aktuellen Frequenzspektrum bzw. Stromspektrum subtrahiert wird. Somit können Störungen in Folge der Schlupffrequenz berücksichtigt werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung wird ein Mittelwert der ersten und/oder der zweiten Stromkomponente bestimmt und eine Last der elektrischen Maschine wird anhand des Mittelwerts der ersten und/oder der zweiten Stromkomponente bestimmt. Zur Erhöhung der Robustheit gegenüber Schwankungen der Betriebsbedingungen der elektrischen Maschine können das erste und/oder das zweite Frequenzspektrum lastabhängig bestimmt werden. Die Schätzung der Last dient zur Bestimmung eines Rauschniveaus der Frequenzspektren und/oder des Kreuzkorrelationssignals, um geeignete Grenzwerte zur Beurteilung des Betriebszustands des Lagers zu bestimmen. Vorliegend wird die Last in Abhängigkeit von dem Mittelwert der ersten Stromkomponente und/oder der zweiten Stromkomponente abgeschätzt.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn eine Drehzahl der elektrischen Maschine anhand der bestimmten Last bestimmt wird. Dies ist beispielsweise vorteilhaft, wenn die Drehzahl beispielsweise aus Kostengründen nicht gemessen wird. Somit wird es möglich, das erste Frequenzspektrum, das zweite Frequenzspektrum und/oder das Kreuzkorrelationssignal drehzahl- und/oder lastabhängig zu bestimmen. Somit kann die Überwachung des Betriebszustands des Lagers in Abhängigkeit von aktuellen Betriebsbedingungen der elektrischen Maschine bestimmt werden.
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Bevorzugt wird zum Bestimmen der Drehzahl anhand der bestimmten Last ein Spektrum, insbesondere ein Hüllkurvenspektrum, der ersten und/oder der zweiten Stromkomponente bestimmt. Aus dem Spektrum der ersten und/oder der zweiten Stromkomponente wird das Verhältnis aus dem ersten Seitenband zu einer Grundfrequenz bestimmt. Die Verwendung eines Hüllkurvenspektrums an dieser Stelle erlaubt es, sich auf die relevanten Frequenzbestandteile zu fokussieren, um die Drehzahl mit Hilfe der Last zu schätzen. Weiterhin ist es üblich, eine verbesserte Auflösung über die Anwendung des Cepstrums zu erreichen, das die Identifikation periodischer Bestandteile und damit des genannten Verhältnisses erlaubt. Mit diesem funktionellen Zusammenhang lässt sich dann die Drehzahl abschätzen.
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Bevorzugt wird die Last und/oder die Drehzahl anhand eines jeweiligen funktionellen Zusammenhangs bestimmt, welcher in einer Einlernphase bestimmt wurde. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Last und/oder die Drehzahl nicht gemessen werden. Während der Einlernphase kann die elektrische Maschine beispielsweise mit unterschiedlichen Drehzahlen bzw. vorbestimmten Drehzahlen betrieben werden. Alternativ oder zusätzlich kann die elektrische Maschine mit unterschiedlichen Lasten bzw. vorbestimmten Lasten betrieben werden. Während der Einlernphase können dann die erste und die zweite Stromkomponente anhand der jeweiligen Phasenströme und hieraus die Frequenzspektren bzw. das Kreuzkorrelationssignal bestimmt werden. Zudem können die Mittelwerte der ersten und/oder der zweiten Stromkomponente für unterschiedliche Lasten und/oder Drehzahlen bestimmt werden. Somit können funktionelle Zusammenhänge bestimmt werden, welche die Last in Abhängigkeit von dem Mittelwert der Stromkomponente beschreibt. Zudem kann ein funktioneller Zusammenhang bestimmt werden, welcher die Drehzahl in Abhängigkeit von der abgeschätzten Last beschreibt.
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In einer weiteren Ausführungsform wird anhand der bestimmten oder einer gemessenen Drehzahl eine Ordnungsanalyse durchgeführt. Die Drehzahl kann beispielsweise mittels eines Drehzahlsensors gemessen werden. Die Ordnungsanalyse beschreibt insbesondere eine Analyse des Geräusches oder einer Schwingung von einer rotierenden elektrischen Maschine. Anders als bei der Frequenzanalyse wird hierbei insbesondere der Energiegehalt der Schwingungen nicht über die Frequenz, sondern über die Ordnung aufgetragen. Die Ordnung ist dabei insbesondere ein Vielfaches der Drehzahl. Die Drehzahlabschätzung kann zur Durchführung einer Ordnungsanalyse benutzt werden. Dabei kann der relevante Frequenzbereich drehzahlunabhängig die (1 + 0,4·n)te bis (1 + 0,6·n)te Ordnung beschreiben, wobei n die Kugelanzahl des Kugellagers angibt.
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In einer weiteren Ausgestaltung wird ein Frequenzbereich des ersten und/oder des zweiten Frequenzspektrums in Abhängigkeit von der abgeschätzten Last und/oder der abgeschätzten oder gemessenen Drehzahl ausgewählt und das Vorliegen des fehlerhaften Betriebszustands des Lagers wird in Abhängigkeit von dem ausgewählten Frequenzbereich überprüft. Somit kann die Überwachung des Lagers an den aktuellen Betriebszustand des Lagers, der die Drehzahl und/oder die Last betrifft, angepasst werden.
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In einer weiteren Ausführungsform wird zum Überprüfen des Vorliegens des fehlerhaften Betriebszustands des Lagers ein Maximalwert des ersten und/oder des zweiten Frequenzspektrums in dem ausgewählten Frequenzbereich bestimmt und mit einem vorbestimmten Grenzwert verglichen. Der vorbestimmte Grenzwert kann beispielsweise von einem Bediener vorgegeben werden. Anhand des vorbestimmten Grenzwerts kann ein Gutfall und/oder ein Fehlerfall des Lagers erkannt werden.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Überwachen eines Lagers einer mehrphasigen elektrischen Maschine umfasst eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen der jeweiligen Phasenströme der elektrischen Maschine und eine Recheneinrichtung zum Bestimmen einer ersten Stromkomponente und einer zweiten Stromkomponente mittels einer d/q-Transformation aus den jeweiligen Phasenströmen, zum Bestimmen eines ersten Frequenzspektrums zumindest eines Anteils der ersten Stromkomponente und/oder eines zweiten Frequenzspektrums zumindest eines Anteils der zweiten Stromkomponente und zum Überprüfen eines Vorliegens eines fehlerhaften Betriebszustands des Lagers anhand des ersten und/oder des zweiten Frequenzspektrums.
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Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Vorrichtung.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen, sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung wird nun anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
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1 eine Vorrichtung zum Überwachen eines Lagers einer mehrphasigen elektrischen Maschine;
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2 einen funktionellen Zusammenhang, welcher eine Last der elektrischen Maschine in Abhängigkeit von einem Mittelwert einer Stromkomponente beschreibt;
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3 einen funktionellen Zusammenhang, welcher ein Verhältnis eines ersten Seitenbands zu einer Grundfrequenz der Stromkomponente in Abhängigkeit von der Last für unterschiedliche Drehzahlen beschreibt;
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4, 5, 6 jeweilige Kennlinien eines Maximalwerts eines Frequenzspektrums der Stromkomponente in Abhängigkeit von der Last für unterschiedliche Betriebszustände des Lagers, wobei die Kennlinien für unterschiedliche Drehzahlen bestimmt sind; und
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7 eine Vorrichtung gemäß 1 in einer weiteren Ausführungsform.
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In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine Vorrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 1 dient zum Überwachen eines Lagers einer mehrphasigen elektrischen Maschine, insbesondere einer dreiphasigen elektrischen Maschine. Die Vorrichtung 1 umfasst eine Erfassungseinrichtung 2, mit der die jeweiligen Phasenströme ia, ib und ic der elektrischen Maschine erfasst werden können.
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Ferner umfasst die Vorrichtung 1 eine Recheneinrichtung 3, mit der anhand der erfassten Phasenströme ia, ib und ic das Vorliegen eines fehlerhaften Betriebszustands des Lagers überprüft werden kann. Die Recheneinrichtung 3 ist vorliegend schematisch dargestellt. In einem ersten Block 4 werden die jeweiligen Phasenströme ia, ib, ic einer d/q-Transformation unterzogen. Am Ausgang des Blocks 4 wird eine erste Stromkomponente id und eine zweite Stromkomponente iq bereitgestellt. In einem Block 5 wird ein Wechselanteil der ersten Stromkomponente id bestimmt. Hierzu wird ein Mittelwert der ersten Stromkomponente id bestimmt und von der ersten Stromkomponente id abgezogen. Ferner wird am Ausgang des Blocks 5 ein erstes Frequenzspektrum Id bereitgestellt, welches das Frequenzspektrum des Wechselanteils der ersten Stromkomponente id beschreibt. In dem Block 6 wird analog zu dem Block 5 ein zweites Frequenzspektrum Iq bereitgestellt, welches das Frequenzspektrum des Wechselanteils der zweiten Stromkomponente iq beschreibt. In einem Block 7 wird eine Kreuzkorrelation aus dem ersten Frequenzspektrum Id und dem zweiten Frequenzspektrum Iq bestimmt und am Ausgang des Blocks 7 als Kreuzkorrelationssignal Idq bereitgestellt.
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Zudem wird in einem Block 8 ein Mittelwert im der zweiten Stromkomponente iq bestimmt und am Ausgang des Blocks 8 bereitgestellt. Vorliegend wird beispielhaft der Mittelwert im der zweiten Stromkomponente iq bestimmt. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein Mittelwert der ersten Stromkomponente id bestimmt werden. In einem Block 9 ist ein funktioneller Zusammenhang f hinterlegt, welcher die Last L in Abhängigkeit von dem Mittelwert im beschreibt. Der funktionelle Zusammenhang L = f(im) kann – wie nachfolgend näher erläutert – in einer Einlernphase bestimmt werden.
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2 zeigt einen Graphen, bei dem die Last L in Abhängigkeit von dem Mittelwert im dargestellt ist. Die Kurve 15 beschreibt den funktionellen Zusammenhang f der Last L in Abhängigkeit von dem Mittelwert im.
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Unter erneuter Bezugnahme auf 1 umfasst die Recheneinrichtung 3 einen Block 10, in dem ein funktioneller Zusammenhang g der Drehzahl N in Abhängigkeit von der Last L beschrieben ist (N = g(L)). Hierzu zeigt 3 einen Graphen, der ein Verhältnis A des ersten Seitenbands zu der Grundfrequenz in Abhängigkeit von der Last L beschreibt. Zum Bestimmen des Verhältnisses A des ersten Seitenbands zu der Grundfrequenz wird ein Spektrum, insbesondere ein Hüllkurvenspektrum, der zweiten Stromkomponente iq bestimmt. Dabei beschreibt die Kurve 16 eine Umdrehungszahl von 500 Umdrehungen pro Minute, die Kurve 17 beschreibt eine Umdrehungszahl von 1000 Umdrehungen pro Minute und die Kurve 18 beschreibt eine Umdrehungszahl von 1450 Umdrehungen pro Minute.
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Unter weiterer Bezugnahme auf 1 umfasst die Recheneinrichtung 3 einen Block 11, dem die funktionellen Zusammenhänge f, g aus den Blöcken 9 und/oder 10 und das Kreuzkorrelationssignal Idq zugeführt werden. Zudem ist es vorgesehen, dass, wenn eine geschätzte Drehzahl N nicht vorliegt, dem Block 11 alternativ eine gemessene Drehzahl nm zugeführt wird. Die gemessene Drehzahl nm kann beispielsweise mit Hilfe eines Encoders, eines optischen Sensors oder dergleichen bestimmt werden. In dem Block 11 wird ein Frequenzband des Kreuzkorrelationssignals Idq in Abhängigkeit von der abgeschätzten Drehzahl N oder der gemessenen Drehzahl nm und/oder der abgeschätzten Last L ausgewählt. In einem Block 12 wird ein Maximalwert M des Kreuzkorrelationssignals Idq in dem ausgewählten Frequenzband bestimmt und in einem Block 13 mit einem vorbestimmten Grenzwert verglichen.
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In Abhängigkeit von dem Vergleich kann dann mit einer Anzeigeeinheit 14 ein entsprechendes Signal ausgegeben werden. Die Anzeigeeinheit 14 ist vorliegend gemäß einer Ampel ausgeführt und kann je nach Betriebszustand des Lagers eine entsprechende Farbe anzeigen. Bei einem Gutfall kann beispielsweise eine grüne Anzeige bereitgestellt werden. Bei einer leichten Beschädigung bzw. Abnutzung des Lagers kann eine gelbe Anzeige bereitgestellt werden. Bei einem Fehlerfall kann eine rote Anzeige bereitgestellt werden.
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Die 4 bis 6 beschreiben jeweils den Mittelwert im des Kreuzkorrelationssignals Idq, der von dem Block 12 ausgegeben wird in Abhängigkeit von der Last L. Dabei zeigt 4 ein Beispiel für eine Drehzahl von 500 Umdrehungen pro Minute bzw. 500 RPM, 5 ein Beispiel für eine Drehzahl von 1000 Umdrehungen pro Minute bzw. 1000 RPM und 6 ein Beispiel für eine Drehzahl von 1450 Umdrehungen pro Minute bzw. 1450 RPM. Jeder der Graphen gemäß den 4 bis 6 zeigt drei Kurven 19, 20, 21. Die Kurve 19 beschreibt jeweils den Gutfall bzw. ein funktionstüchtiges Lager. Die Kurve 20 beschreibt einen leichten Schaden des Lagers. Die Kurve 21 beschreibt einen schwerwiegenden Fehler des Lagers bzw. einen Fehlerfall. Zum Ermitteln der jeweiligen Kurven 19 bis 21 wurde für die Kurve 19 ein funktionstüchtiges Lager verwendet. Zum Ermitteln der Kurve 20 wurde eine Bohrung mit einem Durchmesser von 1 Millimeter seitlich in dem Innenring des Lagers eingebracht. Dies bewirkt, dass sich eine Vertiefung in der Lauffläche in dem Innenring ausbildet. Zum Bestimmen der Kurve 21 wurde seitlich im Innenring des Lagers eine Bohrung mit einem Durchmesser von 3 Millimetern eingebracht.
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Insgesamt ist zu erkennen, dass insbesondere für höhere Drehzahl der Lagerschaden anhand des Anstiegs der Kurven 20 und 21 deutlich erkannt werden kann. Im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren kann eine Lagerschadenerkennung in einem größeren Betriebsbereich erfolgen. Dies ist insbesondere der Fall, wenn die Drehzahl N und die Last L während der Analyse konstant sind und wenn zugleich gilt, dass die Drehzahl N größer als 1000 Umdrehungen pro Minute ist und die Last L größer als 40 Prozent der Nennlast beträgt.
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7 zeigt die Vorrichtung 1 gemäß 1 in einer weiteren Ausführungsform. Dabei ist die Recheneinrichtung 3 im Wesentlichen identisch zu der Recheneinrichtung 3 gemäß 1 ausgeführt. Die Vorrichtung 1 umfasst ferner eine Einlerneinrichtung 22. Mittels der Einlerneinrichtung 22 können während einer Einlernphase insbesondere die funktionellen Zusammenhänge f und g sowie der Grenzwert bestimmt werden. Hierzu wird die elektrische Maschine mit vorbestimmten Drehzahlen N und/oder vorbestimmten Lasten L betrieben.
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Die Einlerneinrichtung 22 umfasst die Blöcke 4’, 5’, 6’, 7’, 8’, 11’ und 12’, die die gleiche Funktion übernehmen wie die Blöcke 4, 5, 6, 7, 8, 11 und 12 der Recheneinrichtung 3. Ferner umfasst die Einlerneinrichtung 22 einen Block 23, dem der Mittelwert im und die Last L zugeführt werden. In dem Block 23 kann der funktionelle Zusammenhang f, welcher die Last L in Abhängigkeit von dem Mittelwert im beschreibt, bestimmt werden. Der funktionelle Zusammenhang f wird von dem Block 23 an den Block 9 der Recheneinrichtung 3 übertragen. Ferner ist ein Block 24 vorgesehen, mit dem anhand des zweiten Frequenzspektrums Iq das Verhältnis A des ersten Seitenbands zu der Grundfrequenz bestimmt wird. Darüber hinaus umfasst die Einlerneinrichtung einen Block 25, dem der funktionelle Zusammenhang f, das Verhältnis A und die idealerweise gemessene Drehzahl nm zugeführt werden. Der Block 25 kann dann den funktionellen Zusammenhang g bestimmen, der die idealerweise gemessene Drehzahl nm in Abhängigkeit von der Last L beschreibt. Dieser funktionelle Zusammenhang wird dann Block 10 zugeführt. Darüber hinaus umfasst die Einlerneinrichtung 22 einen Block 26, in dem anhand des Maximalwerts M der Grenzwert vorgegeben wird und an den Block 13 der Recheneinrichtung 3 übertragen wird.
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Ferner umfasst die Vorrichtung 1 eine Bedieneinrichtung 27, die beispielsweise von einem Bediener bedient werden kann. In einem Block 28 wird überprüft, ob der Fehler erkannt wurde. Der Block 28 ist mit der Anzeigeeinheit 14 verbunden und empfängt von dieser Signale. Falls der Fehler richtig erkannt wurde, wird der Grenzwert nicht verändert (Block 29). Falls der Fehler falsch erkannt wurde (Block 30), kann in einem Block 31 ein Labeln der Daten erfolgen, bei dem insbesondere der Grenzwert angepasst werden kann. Der veränderte bzw. neue Grenzwert, der an einen Block 32 der Einlerneinrichtung 22 übertragen wird, kann dann an den Block 26 der Einlerneinrichtung 22 und von dort an den Block 13 der Recheneinrichtung 3 übertragen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Erfassungseinrichtung
- 3
- Recheneinrichtung
- 4, 4’
- Block
- 5, 5’
- Block
- 6, 6’
- Block
- 7, 7’
- Block
- 8, 8’
- Block
- 9, 10,
- Block
- 11, 11’
- Block
- 12, 12’
- Block
- 13
- Block
- 14
- Anzeigeeinheit
- 15, 16, 17
- Kurve
- 18, 19, 20
- Kurve
- 21
- Kurve
- 22
- Einlerneinrichtung
- 23, 24, 25
- Block
- 26
- Block
- 27
- Bedieneinrichtung
- 28, 29, 30
- Block
- 31, 32
- Block
- A
- Verhältnis
- f, g
- funktioneller Zusammenhang
- L
- Last
- M
- Maximalwert
- N
- Drehzahl
- nm
- gemessene Drehzahl
- ia, ib, ic
- Phasenstrom
- id, iq
- Stromkomponente
- Id, Iq
- Frequenzspektrum
- Idq
- Kreuzkorrelationssignal
- im
- Mittelwert
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2012/084535 A1 [0004]
- KR 100969243 B1 [0005]
- US 6199023 B1 [0006]