DE102018221773A1

DE102018221773A1 - Akustische Zustandsüberwachung eines Lagers unter Berücksichtigung von Schlupf

Info

Publication number: DE102018221773A1
Application number: DE102018221773.4A
Authority: DE
Inventors: Johannes Schäfer
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2018-12-14
Filing date: 2018-12-14
Publication date: 2020-06-18

Abstract

Verfahren zur Überwachung eines Lagers mit einem Innenring, einem Außenring und Wälzkörpern; mit den Schritten Messen von Schall, der von dem Lager emittiert wird, Identifizieren einer von einer Beschädigung des Lagers hervorgerufenen Unregelmäßigkeit in einem Messsignal, Ermitteln eines Schlupfs der Wälzkörper des Lagers, Ermitteln mindestens einer Überrollfrequenz einer hypothetischen Beschädigung auf dem Innenring, auf dem Außenring und/oder auf einem Wälzkörper unter Berücksichtigung des Schlupfs und Abgleich einer Frequenz der Unregelmäßigkeit und der Überrollfrequenz.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach Anspruch 1.
Aus dem Stand der Technik sind Verfahren zur Überwachung von Wälzlagern bekannt, die auf der Aufzeichnung von Schall beruhen, der von dem Lager emittiert wird. Peaks in den daraus generierbaren Spektren können durch berechenbare Frequenzen ihren Ursachen und damit einzelnen Lagerbauteilen zugeordnet werden. Insbesondere, wenn sich ein Schaden auf einer Funktionsfläche eines Wälzlagers, d.h. auf einer Laufbahn eines Innenrings oder Außenrings oder auf einem Wälzkörper entwickelt, kann dieser durch eine Frequenz- oder Ordnungsanalyse lokalisiert werden. Es hat sich allerdings gezeigt, dass derartige Verfahren in der Praxis noch sehr unzuverlässig funktionieren.
Die Druckschrift DE 10 314 295 A1 offenbart ein Verfahren zur Ermittlung des Schlupfs bekannt, bei dem die Messsignale von zwei Drehzahlgebern verglichen werden, die die Drehzahl eines drehenden Lagerinnenrings und eines Wälzkörperkäfigs erfassen. Sofern diese Drehzahlwerte nicht das erwartete Drehzahlverhältnis zueinander aufweisen, kann davon ausgegangen werden, dass ein Schlupf zwischen den genannten beiden Lagerbauteilen vorliegt. Darüber hinaus ist aus der Druckschrift DE 10 314 295 A1 bekannt, zur Schlupfbestimmung mit einem ersten Sensor die zeitliche Drehwinkeländerung des drehbar gelagerten Lagerinnenrings zu messen und mit derjenigen Frequenz zu vergleichen, mit der der Befestigungsort eines zweiten Sensors am Lageraußenring oder am Innenring von den Wälzkörpern des Lagers überrollt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Zuverlässigkeit eines schallbasierten Verfahrens zur Überwachung von Wälzlagern zu verbessern.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1. Eine bevorzugte Weiterbildung ist in Anspruch 2 angegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Überwachung eines Lagers mit einem Innenring und einem Außenring. Es handelt sich um ein Wälzlager. Entsprechend weist das Lager Wälzkörper auf, die zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnet sind und auf jeweils einer Laufbahn des Innenrings und des Außenrings abrollen.
Im Betrieb emittiert das Lager Schall. Es kann sich um Luft- oder Körperschall handeln. Dieser wird mit mindestens einem geeigneten Sensor gemessen. Dabei erzeugt der Sensor ein Messsignal.
Eventuelle Beschädigungen des Lagers wirken sich auf den von dem Lager emittierten Schall aus. Entsprechende Unregelmäßigkeiten sind daher auch in dem Messsignal zu finden.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, durch Beschädigungen des Lagers hervorgerufene Unregelmäßigkeiten in dem emittierten Schall zu identifizieren. Hierzu kann auf Methoden zurückgegriffen werden, die aus dem Stand der Technik bekannt sind. Einzelne derartige Methoden wurden eingangs exemplarisch genannt.
Durch Identifikation von Unregelmäßigkeiten in den Messsignalen lässt sich zunächst nur eine Aussage darüber treffen, ob das Lager beschädigt oder unbeschädigt ist. Um darüberhinausgehend die Art der Beschädigung näher zu spezifizieren und das beschädigte Lagerbauteil benennen zu können, werden für hypothetische Beschädigungen der einzelnen Lagerbauteile Überrollfrequenzen ermittelt. Im Einzelnen wird durch Berechnung oder Simulation mindestens eine Überrollfrequenz einer Beschädigung unter der Annahme ermittelt, der Innenring, der Außenring und/oder ein Wälzkörper des Lagers sei beschädigt. Die Überrollfrequenz einer Beschädigung des Innenrings bzw. des Außenrings bezeichnet dabei die Frequenz, mit der ein Wälzkörper die Beschädigung überrollt. Entsprechend bezeichnet die Überrollfrequenz einer Beschädigung eines Wälzkörpers die Frequenz, mit der diese Beschädigung beim Abrollen des Wälzkörpers auf den Laufbahnen des Innenrings und des Außenrings mit den Laufbahnen in Kontakt kommt.
Die Frequenz der in dem Messsignal identifizierten Unregelmäßigkeit und die Überrollfrequenz der hypothetischen Beschädigung werden abgeglichen. Stimmen beide Frequenzen überein, deutet dies auf eine tatsächliche Beschädigung des entsprechenden Lagerbauteils hin.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass der in Wälzlagern auftretende Schlupf die Überrollfrequenzen von Beschädigungen des Lagers verändert. Infolgedessen wäre der oben beschriebene Abgleich der Frequenz der in dem Messsignal identifizierten Unregelmäßigkeit und die Überrollfrequenz der hypothetischen Beschädigung fehlerbehaftet. Erfindungsgemäß wird daher ein Schlupf der Wälzkörper des Lagers ermittelt und bei der Ermittlung der Überrollfrequenz der hypothetischen Beschädigung berücksichtigt. Dies erfolgt derart, dass eine unter der Prämisse eines schlupffreien Lagers ermittelte Überrollfrequenz um die durch den Schlupf hervorgerufene Änderung korrigiert wird.
Der Schlupf kann durch Berechnung oder Messung ermittelt werden. Es handelt sich um ein Maß für die Abweichung der Winkelgeschwindigkeit der Bewegung der Wälzkörper um eine Drehachse des Lagers unter der Annahme eines kinematisch korrekt abrollenden Lagers von der tatsächlichen Winkelgeschwindigkeit. Weist das Lager einen Lagerkäfig auf, ist die Winkelgeschwindigkeit der Wälzlager identisch mit einer Winkelgeschwindigkeit des Lagerkäfigs. Weist das Lager einen Käfig auf, ist der Schlupf der Wälzkörper identisch mit einem Käfigschlupf.
In einer bevorzugten Weiterbildung wird das erfindungsgemäße Verfahren iterativ für mehrere Lager ausgeführt. Bei dem weiterbildungsgemäßen Verfahren handelt es sich also um ein Verfahren zur Überwachung mehrerer Lager mit jeweils einem Innenring, einem Außenring und Wälzkörpern, mit den Schritten:

- Messen von Schall, der von den Lagern emittiert wird; und
- Identifizieren einer von einer Beschädigung eines der Lager hervorgerufenen Unregelmäßigkeit in einem aus der Messung generierten Messsignal; wobei die folgenden Schritte iterativ für jedes der Lager ausgeführt werden:
- Ermitteln eines Schlupfs der Wälzkörper des Lagers;
- Ermitteln mindestens einer Überrollfrequenz einer hypothetischen Beschädigung auf dem Innenring, auf dem Außenring und/oder auf einem Wälzkörper des Lagers unter Berücksichtigung des Schlupfs; und
- Abgleich einer Frequenz der Unregelmäßigkeit und der Überrollfrequenz.

Die Weiterbildung gestaltet sich besonders vorteilhaft, da sie es nicht nur erlaubt, die Art der Beschädigung zu ermitteln, sondern auch eine exakte Zuordnung der Beschädigung zu dem beschädigten Lager ermöglicht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10314295 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Überwachung eines Lagers mit einem Innenring, einem Außenring und Wälzkörpern; mit den Schritten - Messen von Schall, der von dem Lager emittiert wird; - Identifizieren einer von einer Beschädigung des Lagers hervorgerufenen Unregelmäßigkeit in einem Messsignal; - Ermitteln eines Schlupfs der Wälzkörper des Lagers; - Ermitteln mindestens einer Überrollfrequenz einer hypothetischen Beschädigung des Innenrings, des Außenrings und/oder eines Wälzkörpers unter Berücksichtigung des Schlupfs; und - Abgleich einer Frequenz der Unregelmäßigkeit und der Überrollfrequenz.
Verfahren nach Anspruch 1; dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte iterativ für mehrere Lager ausgeführt werden.