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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion mindestens eines potentiell defekten Lagers an einem mehrere Lager aufweisenden Prüfling.
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Bei einem Prüfling, der mehrere Lager aufweist, kann es sich zum Beispiel um ein Getriebe handeln. Bislang bereitet es Schwierigkeiten, defekte Lager, bei welchen Lagerkörper der Lager nicht ordnungsgemäß auf Innenring und Außenring des jeweiligen Lagers abrollen, sondern vielmehr mit Schlupf auf dem Innenring und/oder Außenring rutschen, zu detektieren. Vielmehr müssen dann, wenn akustische Phänomene im Betrieb des Prüflings die Vermutung nahelegen, dass ein Lager defekt ist, sämtliche Lager überprüft bzw. nacheinander ausgetauscht werden, um so über die Methode des Trial and Error letztendlich ein defektes Lager zu detektieren.
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Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein neuartiges Verfahren zur Detektion mindestens eines potentiell defekten Lagers an einem mehrere Lager aufweisenden Prüfling zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
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Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte:
Eine Eingangswelle des Prüflings wird unter Durchlaufen eines definierten Drehzahlbereichs angetrieben, wobei hierbei mit Hilfe eines Sensors am Prüfling Schallwellen erfasst werden, und wobei aus den hierbei erfassten Schallwellen ein drehzahlabhängiges Frequenzspektrum der Schallwellen ermittelt wird.
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Aus dem drehzahlabhängigen Frequenzspektrum wird ein drehzahlabhängiges Ordnungsspektrum ermittelt.
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Aus dem drehzahlabhängigen Ordnungsspektrum werden ein lagerinnenringseitiger Kurvenverlauf und ein lageraußenringseitiger Kurvenverlauf ermittelt, die einen lagerschadentypischen Verlauf aufweisen, wobei die Kurvenverläufe durch Wertepaare aus Ordnung und Drehzahl beschrieben werden.
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Es wird überprüft, ob der lagerinnenringseitige Kurvenverlauf und der lageraußenringseitige Kurvenverlauf ein und demselben Lager zuordenbar sind, wobei dann, wenn dies der Fall ist, die Wertepaare des lagerinnenringseitigen Kurvenverlaufs und die Wertepaare des lageraußenringseitigen Kurvenverlaufs zusammen mit Lagerdaten der Lager des Prüflings als Eingangsgrößen eines Gleichungssystems derart verwendet werden, dass für jedes Lager des Prüflings abhängig von den Wertepaaren des lagerinnenringseitigen Kurvenverlaufs und abhängig von den Wertepaaren des lageraußenringseitigen Kurvenverlaufs und abhängig von den jeweiligen Lagerdaten ein akustischer Parameter für den Innenring und ein akustischer Parameter für den Außenring des jeweiligen Lagers ermittelt wird.
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Das oder jedes Lager, für welches die ermittelten akustischen Parameter von Innenring und Außenring ganzzahlig oder in etwa ganzzahlig sind, wird als potentiell defektes Lager detektiert.
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Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Detektion mindestens eines potentiell defekten Lagers an einem mehrere Lager aufweisenden Prüfling bereit, mit Hilfe dessen automatisch mindestens ein potenziell defektes Lager an einem mehrere Lager aufweisenden Prüfling detektiert werden kann. Hierzu werden mehrere Verfahrensschritte durchlaufen, nämlich die messtechnische Erfassung eines drehzahlabhängigen Frequenzspektrums, die Umrechnung des drehzahlabhängigen Frequenzspektrums in ein drehzahlabhängiges Ordnungsspektrum, die Ermittlung von Kurvenverläufen, die einen lagerschadentypischen Verlauf aufweisen, Überprüfung, ob die Kurvenverläufe ein und demselben Lager zuordenbar sind sowie dann, wenn dies der Fall ist, die automatische bzw. automatisierte Verrechnung von Größen der Wertepaare dieser Kurvenverläufe mit Lagerdaten zur Ermittlung akustischer Parameter für den Innenring und den Außenring aller Lager. Dann, wenn die akustischen Parameter eines Lagers ganzzahlig oder in etwa ganzzahlig sind, wird dieses als potenziell defekt detektiert. Diese Verfahrensschritte sind einfach und ermöglichen eine zuverlässige, wiederholbare, automatische bzw. automatisierte Detektion potenziell defekter Lager an einem Prüfling.
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Bei Durchlaufen des definierten Drehzahlbereichs an der Eingangswelle des Prüflings wird die Drehzahl der Eingangswelle automatisch kontinuierlich erhöht und/oder automatisch kontinuierlich reduziert. Dies ist zur Bestimmung des drehzahlabhängigen Frequenzspektrums und damit letztendlich des drehzahlabhängigen Ordnungsspektrums besonders bevorzugt.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung werden als Schallwellen Körperschallwellen mit Hilfe eines Körperschallsensors oder Luftschallwellen mit Hilfe eines Luftschallsensors automatisch erfasst. Die Erfassung von Körperschallwellen oder Luftschallwellen ist bei der messtechnischen Ermittlung des drehzahlabhängigen Frequenzspektrums bevorzugt.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung werden als lagerinnenringseitiger Kurvenverlauf und als lageraußenringseitiger Kurvenverlauf, die einen lagerschadentypischen Verlauf aufweisen, Kurvenverläufe im Ordnungsspektrum automatisch ermittelt, die in dem Ordnungsspektrum jeweils schräg jedoch mit gegenläufigen Steigungen verlaufen. Dies erlaubt auf besonders einfache Art und Weise die Ermittlung von Kurvenverläufen aus dem Ordnungsspektrum, die einen lagerschadentypischen Verlauf aufweisen.
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Nach einer weiteren Weiterbildung der Erfindung wird zur Überprüfung, ob der lagerinnenringseitige Kurvenverlauf und der lageraußenringseitige Kurvenverlauf ein und demselben Lager zuordenbar sind, einer der Kurvenverläufe mit einem Faktor automatisch skaliert und an einer Achse gespiegelt, wobei der lagerinnenringseitige Kurvenverlauf und der lageraußenringseitige Kurvenverlauf dann ein und demselben Lager zuordenbar sind, wenn nach der Skalierung und Spiegelung eines der Kurvenverläufe die Wertepaare derselben einander entsprechen bzw. in etwa einander entsprechen oder die Kurvenverläufe zusammenfallen bzw. in etwa zusammenfallen. Hiermit kann automatisch und einfach überprüft werden, ob lagerinnenringseitige und lageraußenringseitige Kurvenverläufe ein und demselben Lager zugeordnet werden können.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung werden die Ordnungen der Wertepaare des lagerinnenringseitigen Kurvenverlaufs und die Ordnungen der Wertepaare des lageraußenringseitigen Kurvenverlauf zusammen mit Lagerdaten der Lager des Prüflings als Eingangsgrößen eines überbestimmten Gleichungssystem verwendet, aus welchem automatisch unter Anwendung einer statistischen Fehlerminimierungsmethode die akustischen Parameter für den Innenring und den Außenring jedes Lagers berechnet werden. Über eine statistische Fehlerminimierungsmethode können die akustischen Parameter aus dem überbestimmten Gleichungssystem einfach und zuverlässig ermittelt werden.
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Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
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1 einen Prüfaufbau zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Detektion potentiell defekter Lager an einem Prüfling;
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2 den Aufbau eines Lagers des Prüflings;
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3 ein bei Durchführung des Verfahrens ermitteltes, drehzahlabhängige Ordnungsspektrum, welches einen lagerinnenringseitiger Kurvenverlauf und einen lageraußenringseitiger Kurvenverlauf aufweist, die einen lagerschadentypischen Verlauf aufweisen;
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4 Wertepaare des lagerinnenringseitigen Kurvenverlaufs und des lageraußenringseitiger Kurvenverlaufs;
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5 die Wertepaare der 4 nach Umrechnung des lageraußenringseitigen Kurvenverlaufs zur Überprüfung, ob der lagerinnenringseitige Kurvenverlauf und der lageraußenringseitige Kurvenverlauf ein und demselben Lager zuordenbar sind.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion mindestens eines potenziell defekten Lagers an einem mehrere Lager aufweisenden Prüfling, zum Beispiel an einem Getriebe.
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1 zeigt stark schematisiert einen als Getriebe ausgebildeten Prüfling 1, der mehrere Lager 2 umfasst.
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2 zeigt schematisiert den grundsätzlichen Aufbau eines Lagers 2, wobei das Lager 2 einen Innenring 3 und einen Außenring 4 umfasst, zwischen welchen mehrere Lagerkörper 5 angeordnet sind. Die Lagerkörper 5 werden auch als Wälzkörper bezeichnet und sind durch einen Lagerkäfig 6 in ihrer Relativposition zueinander ausgerichtet und in dieser Relativposition zueinander gesichert.
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Bei einem ordnungsgemäß arbeitenden Lager 2 rollen die Lagerkörper 5 sowohl auf dem Innenring 3 als auch auf dem Außenring 4 des Lagers 2 schlupffrei ab. Dann, wenn ein defektes Lager 2 vorliegt, ist ein derartiges rutschfreies Abrollen der Lagerkörper 5 auf dem Innenring 3 und dem Außenring 4 nicht gewährleistet, vielmehr bildet sich dann ein unerwünschter Schlupf zwischen den Lagerkörpern 5 und dem Innenring 3 sowie Außenring 4 aus. Hierdurch werden dann akustische Phänomene verursacht.
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Um nun ein potenziell defektes Lager an einem mehrere Lager 2 aufweisenden Prüfling 1 zu detektieren, wird eine Eingangswelle 7 des Prüflings 1 unter Durchlaufen eines definierten Drehzahlbereichs angetrieben. 1 zeigt ein Antriebsaggregat 8, welches die Eingangswelle 7 des Prüflings 1 antreibt, wobei hierbei das Antriebsaggregat 8 vorzugsweise derart drehzahlgeregelt betrieben wird, dass die Drehzahl an der Eingangswelle 7 von einer unteren Grenze des definierten Drehzahlbereichs in Richtung auf eine obere Grenze des definierten Drehzahlbereichs automatisch kontinuierlich erhöht und/oder von der oberen Grenze des definierten Drehzahlbereichs in Richtung auf die untere Grenze des definierten Drehzahlbereichs automatisch kontinuierlich reduziert wird.
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Hierbei werden mit Hilfe eines Sensors 9 Schallwellen erfasst, die dann in einer Auswerteeinrichtung 10 ausgewertet werden, um mindestens ein defektes Lager 2 des Prüflings 1 zu detektieren.
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Aus den mit Hilfe des Sensors 9 erfassten Schallwellen wird ein drehzahlabhängiges Frequenzspektrum (nicht gezeigt) der Schallwellen ermittelt.
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Wird der Drehzahlbereich sowohl unter Reduzierung als auch und Erhöhung der Drehzahl an der Eingangswelle 7 des Prüflings 1 durchlaufen, so können die für jede Drehzahl dann mehrfach erfassten Frequenzen verrechnet, z. B. gemittelt, werden.
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Bei der messtechnischen Erfassung eines drehzahlabhängigen Frequenzspektrums bei Durchlaufen des definierten Drehzahlbereichs können entweder mit Hilfe eines Luftschallsensors Luftschallwellen oder mit Hilfe eines Körperschallsensors Körperschallwellen am Prüfling 1 erfasst werden.
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Ein derartiges drehzahlabhängiges Frequenzspektrum wird automatisch in ein drehzahlabhängiges Ordnungsspektrum 11 umgerechnet. Die Umrechnung von Frequenz in Ordnung erfolgt dabei vorzugsweise unter Verwendung folgender Gleichung: f = n / 60·O wobei f die Frequenz ist, wobei O die Ordnung ist und wobei n die Drehzahl ist.
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Aus dem durch Umrechnung des drehzahlabhängigen Frequenzspektrums gewonnenen drehzahlabhängigen Ordnungsspektrum 11 (siehe 3) werden ein lagerinnenringseitiger Kurvenverlauf 12 und ein lageraußenringseitiger Kurvenverlauf 13 automatisch ermittelt, die einen lagerschadentypischen Verlauf aufweisen.
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Dabei werden solche Kurvenverläufe im Ordnungsspektrum 11 als lagerinnenringseitiger Kurvenverlauf 12 und als lageraußenringseitiger Kurvenverlauf 13 automatisch ermittelt, die in dem Ordnungsspektrum 11 jeweils schräg, jedoch mit gegenläufigen Steigungen zueinander verlaufen. Jeder dieser Kurvenverläufe, also sowohl der aus dem Ordnungsspektrum ermittelte lagerinnenringseitige Kurvenverlauf 12 als auch der lageraußenringseitige Kurvenverlauf 13 ist durch Wertepaare aus Ordnung O und Drehzahl n charakterisiert.
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4 zeigt für die in dem Ordnungsspektrum 11 der 3 ermittelten Kurvenverläufe 12 und 13 jeweils Wertepaare, wobei in 4 über der Drehzahl n die Ordnung O aufgetragen ist.
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Nachfolgend wird überprüft, ob der lagerinnenringseitige Kurvenverlauf 12 und der lageraußenringseitige Kurvenverlauf 13 ein und demselben Lager 2 zuordenbar sind. Dies wird, wie 5 entnommen werden kann, dadurch realisiert, dass in 5 der lageraußenringseitige Kurvenverlauf 13 mit einem Faktor automatisch skaliert und an einer Achse automatisch gespiegelt wird, wobei dann, wenn, wie in 5 gezeigt, der lagerinnenringseitige Kurvenverlauf 12 und der lageraußenringseitige Kurvenverlauf 13 nach Skalierung und Spiegelung des lageraußenringseitigen Kurvenverlaufs 13 in den Kurvenverlauf 13' zusammenfallen bzw. in etwa zusammenfallen oder die Wertepaare derselben einander entsprechen bzw. in etwa einander entsprechen, darauf geschlossen wird, dass die beiden Kurvenverläufe 12, 13 ein und demselben Lager 2 zuordenbar sind.
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Die Kurvenverläufe 12, 13' fallen dann in etwa zusammen oder die Wertepaare derselben einander dann in etwa einander, wenn Abweichungen innerhalb eines definierten Toleranzbereichs liegen.
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Dann, wenn festgestellt wurde, dass Wertepaare aus Ordnung O und Drehzahl n des lagerinnenringseitigen Kurvenverlaufs 12 und des lageraußenringseitigen Kurvenverlaufs 13 ein und demselben Lager 2 zugeordnet werden können, werden abhängig von den Wertepaaren des lagerinnenringseitigen Kurvenverlaufs 12, abhängig von den Wertepaaren des lageraußenringseitigen Kurvenverlaufs 13 und abhängig von Lagerdaten der Lager 2 des Prüflings 1 für den Innenring 3 und den Außenring 4 jedes Lagers 2 akustische Parameter durch Lösung eines überbestimmten Gleichungssystems ermittelt.
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Dabei dienen die Ordnungen der Wertepaare des lagerinnenringseitigen Kurvenverlaufs 12, die Ordnungen der Wertepaare des lageraußenringseitigen Kurvenverlaufs 13 und die Lagerdaten der Lager 2 des Prüflings 1 als Eingangsgrößen für dieses Gleichungssystem.
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Vorzugsweise findet folgendes Gleichungssystem Verwendung:
wobei z
w, a und i Lagerdaten sind, wobei O
a Ordnungen aus den Wertepaaren der lageraußenringseitigen Kurvenverlaufs
13 sind, wobei O
i Ordnungen aus den Wertepaaren des lagerinnenringseitigen Kurvenverlaufs
12 sind, wobei P
a der akustische Parameter für Außenring
4 des jeweiligen Lagers
2 und P
i der akustische Parameter für Innenring
3 des jeweiligen Lagers
2 ist. Bein den Lagerdaten z
w handelt es sich um die Anzahl der jeweiligen Lagerkörper des Lagers, bei den Lagerdaten a handelt es sich um die Relativordnung Außenring-Käfig und bei den Lagerdaten i handelt es sich um die Relativordnung Innenring-Käfig des jeweiligen Lagers.
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Bei dem obigen Gleichungssystem handelt es sich um ein überbestimmtes Gleichungssystem, welches dadurch gelöst wird, unter Anwendung eines statistischen Fehlerminimierungsverfahrens die akustischen Parameters Pa und Pi für Innenring und Außenring jedes Lagers 2 berechnet werden, und zwar derart, dass ein Fehler im obigen Gleichungssystem für die Ordnungen Oa und Oi der Wertepaare der Kurvenverläufe 12, 13 unter Verwendung der Lagerdaten zw, a und i des jeweiligen Lagers minimal ist. Dabei kommt als statistische Fehlerminimierungsmethode vorzugsweise die Methode der kleinsten Fehlerquadrate zum Einsatz.
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Das oder jedes Lager, für welches die ermittelten akustischen Parameter Pi und Pa von Innenring 3 und Außenring 4 ganzzahlig oder in etwa ganzzahlig sind, wird als potenziell defektes Lager detektiert. Dann, wenn mehrere Lager 2 des Prüflings 1 durch identische Lagerparameter gekennzeichnet sind, kann es vorkommen, dass für diese Lager 2 die akustischen Parameter Pi und Pa identisch sind, sodass dann mehrere Lager 2 als potenziell defekt detektiert werden.
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Das Verfahren liefert für jedes verbaute Lager ein Wertepaar. Aus dem Abstand diese Wertepaare zu der jeweils nächsten ganzen Zahl lässt sich eine Reihenfolge ableiten. Die Paare mit den kleinsten Abständen zu einer ganzen Zahl haben die höchste Wahrscheinlichkeit für das Geräuschphänomen ursächlich zu sein.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann reproduzierbar und automatisch bzw. automatisiert aus am Prüfling über einen definierten Drehzahlbereich erfassten Schallwellen detektiert werden, ob mindestens ein potentiell defektes Lager 2 an einem Prüfling 1 vorliegt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Prüfling
- 2
- Lager
- 3
- Innenring
- 4
- Außenring
- 5
- Lagerkörper
- 6
- Lagerkäfig
- 7
- Eingangswelle
- 8
- Antriebsaggregat
- 9
- Sensor
- 10
- Auswerteinrichtung
- 11
- Ordnungsspektrum
- 12
- lagerinnenringseitiger Kurvenverlauf
- 13
- lageraußenringseitiger Kurvenverlauf
