DE102019117167A1 - Method for the detection of electrical current pulses as a result of a potential difference between components of a ship's propulsion system - Google Patents

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Harald Reiners
Tino Suckfuell
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    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G01M13/04—Bearings

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion von elektrischen Stromimpulsen infolge eines Potentialunterschieds zwischen Komponenten eines Schiffsantriebs, umfassend die folgenden Schritte:- Erfassen (100) von Funksignalen infolge von elektrischen Stromimpulsen zwischen Komponenten eines Wellenlagers eines Schiffsantriebs;- Verarbeiten (200) der Funksignale zur Extraktion der den Funksignalen zugrundeliegenden Stromimpulsen; und- Analyse (300) der durch die Stromimpulse erzeugten Funksignale zur Überwachung des Wellenlagers des Schiffsantriebs.Die Erfindung betrifft weiterhin ein entsprechendes Sensorsystem, einen Schiffsantrieb mit einem solchen Sensorsystem und ein Computerprogramm zum des Ausführen des Verfahrens.The invention relates to a method for detecting electrical current pulses as a result of a potential difference between components of a ship's propulsion system, comprising the following steps: - Detection (100) of radio signals as a result of electrical current pulses between components of a shaft bearing of a ship's propulsion system; - Processing (200) of the radio signals for extraction the current pulses on which the radio signals are based; and analysis (300) of the radio signals generated by the current pulses for monitoring the shaft bearing of the ship's propulsion system. The invention also relates to a corresponding sensor system, a ship's propulsion system with such a sensor system and a computer program for carrying out the method.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion von elektrischen Stromimpulsen zwischen Komponenten eines Schiffsantriebs infolge eines Potentialunterschiedes zwischen den Komponenten des Schiffsantriebs. Die Erfindung betrifft weiterhin ein entsprechendes Sensorsystem, einen Schiffsantrieb mit einem solchen Sensorsystem und ein Computerprogramm zum des Ausführen des Verfahrens.The invention relates to a method for detecting electrical current pulses between components of a ship propulsion system as a result of a potential difference between the components of the ship propulsion system. The invention further relates to a corresponding sensor system, a ship propulsion system with such a sensor system and a computer program for carrying out the method.

Das Anwendungsgebiet der Erfindung erstreckt sich prinzipiell auf alle rotierenden Maschinen- oder Anlagenteile, die zum Beispiel mittels Wälz- oder Gleitlagerung an einer ortsfesten Tragstruktur gelagert sind. Als spezielles Einsatzgebiet seien jedoch Schiffsantriebe hervorgehoben, bei welchen schädliche Stromdurchgänge durch eine Wellenlagerung zu Lagerschädigungen führen können. Untersuchungen haben ergeben, dass derartige Stromdurchgänge einen wesentlichen Einflussfaktor für die Entstehung von sogenannten WEC's (White Etching Cracks) bilden. Unter WEC werden gewöhnlich Risse im Mikrogefüge des Lagerstahls verstanden, welches lokale weiß anätzende Bereiche aufweist, die aus feinstem, nanokristallinem, carbidfreiem Ferrit oder Ferrit mit einer sehr feinen Verteilung von Carbiden bestehen. Die weiß anätzenden Bereiche um die Risse herum sind dabei härter als das die Risse umgebende, nicht betroffene Mikrogefüge des Lagerstahls und so führen diese weiß anätzenden Bereiche im Laufe der Zeit zur Lagerschädigung. Daher ist eine zuverlässige Detektion von infolge eines Potentialunterschiedes in der Lagerung auftretenden elektrischen Stromflüssen eine Voraussetzung dafür, den Einfluss auf die Lagerschädigung zu überwachen und gegebenenfalls rechtzeitig Wartungsmaßnahmen einzuleiten.The field of application of the invention extends in principle to all rotating machine or system parts that are mounted on a stationary support structure, for example by means of roller or sliding bearings. However, ship drives should be emphasized as a special area of application, in which damaging current passages through a shaft bearing can lead to bearing damage. Investigations have shown that such current passages are a significant factor influencing the development of so-called WECs (White Etching Cracks). WEC is usually understood to mean cracks in the microstructure of the bearing steel, which has local, white etching areas that consist of the finest, nanocrystalline, carbide-free ferrite or ferrite with a very fine distribution of carbides. The white etching areas around the cracks are harder than the unaffected microstructure of the bearing steel surrounding the cracks, and so these white etching areas lead to bearing damage over time. Reliable detection of electrical current flows occurring as a result of a potential difference in the bearing is therefore a prerequisite for monitoring the influence on the bearing damage and, if necessary, initiating maintenance measures in good time.

Die EP 2 539 680 B1 offenbart eine technische Lösung zur Detektion einer Schädigung von Wälzlagern bei umrichtergespeisten elektrischen Maschinen. Hierzu ist eine elektrische Maschine an einem Umrichter angeschlossen. Zur Erfassung eines das Wälzlager passierenden Entladungsereignisses erfolgt eine Messung in zwei unterschiedlichen Frequenzbändern, wobei im ein- bis mehrstelligen Megaherzbereich eines Frequenzbandes die Energie des Entladungsereignisses bestimmt wird und in einem anderen Frequenzband oberhalb einem Gigahertz nach einem Koinzidenten-ereignis gesucht wird, wobei das Koinzidentenereignis zeigt, dass von einem schädlichen Lagerstromereignis ausgegangen werden muss. Diese technische Lösung zur Detektion von Lagerströmen erweist sich daher als zu anwendungsspezifisch und ist schwer auf andere Anwendungsgebiete übertragbar.The EP 2 539 680 B1 discloses a technical solution for the detection of damage to rolling bearings in converter-fed electrical machines. For this purpose, an electrical machine is connected to a converter. To record a discharge event passing through the roller bearing, a measurement is made in two different frequency bands, with the energy of the discharge event being determined in the one to multi-digit megahertz range of one frequency band and a coincidence event being searched for in another frequency band above one gigahertz, with the coincident event being shown that a damaging bearing current event must be assumed. This technical solution for the detection of bearing currents therefore proves to be too application-specific and is difficult to transfer to other areas of application.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein einfaches und zuverlässiges Verfahren und Sensorsystem zur Detektion von elektrischen Stromimpulsen infolge eines Potentialunterschiedes zwischen Komponenten eines Schiffsantriebs zu schaffen, damit Lagerschäden zum Beispiel in der Nähe von Korrosionsschutzeinrichtungen reduziert oder vermieden werden können.It is therefore an object of the present invention to provide a simple and reliable method and sensor system for the detection of electrical current pulses as a result of a potential difference between components of a ship's propulsion system, so that bearing damage, for example in the vicinity of corrosion protection devices, can be reduced or avoided.

Die Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 und das Sensorsystem gemäß Anspruch 7 gelöst. Den speziellen Anwendungsfall eines Schiffsantriebs gibt Anspruch 9 an und der Anspruch 10 widmet sich einem das Verfahren verkörpernden Computerprogramm. Rückbezogene abhängige Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.The object is achieved by the method according to claim 1 and the sensor system according to claim 7. Claim 9 specifies the special application of a ship propulsion system and claim 10 is dedicated to a computer program embodying the method. Dependent claims referenced back show advantageous developments of the invention.

Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zur Detektion von elektrischen Stromimpulsen infolge eines Potentialunterschiedes zwischen Komponenten eines Schiffsantriebs die folgenden Schritte:

  • - Erfassen von Funksignalen infolge von elektrischen Stromimpulsen zwischen Komponenten eines Wellenlagers eines Schiffsantriebs;
  • - Verarbeiten der Funksignale zur Extraktion der den Funksignalen zugrundeliegenden Stromimpulsen; und
  • - Analyse der durch Stromimpulse erzeugten Funksignale zur Überwachung des Wellenlagers des Schiffsantriebs.
According to the present invention, a method for the detection of electrical current pulses due to a potential difference between components of a ship's propulsion system comprises the following steps:
  • - Detection of radio signals as a result of electrical current pulses between components of a shaft bearing of a ship propulsion system;
  • - Processing of the radio signals to extract the current pulses on which the radio signals are based; and
  • - Analysis of the radio signals generated by current pulses to monitor the shaft bearings of the ship's propulsion system.

Die hier beschriebene Erfindung ist besonders geeignet zur Detektion von Stromimpulsen, getrieben durch Gleichspannung, wie sie auftreten bei Schiffsantrieben aufgrund von Korrosionsschutzsystemen und/oder statischen Aufladungen von rotierenden Komponenten. Schlussendlich führen die Stromimpulse zu Stromdurchschlägen bzw. Blitzentladungen in den Lagern. Die Stromdurchschläge führen zu erheblichen Lagerschäden und Lagerausfällen, unter anderem durch Unterbrechen des isolierenden Ölfilms zwischen Lagerringen und Wälzkörpern.The invention described here is particularly suitable for the detection of current pulses driven by direct voltage, such as occur in ship propulsion systems due to corrosion protection systems and / or static charges from rotating components. Ultimately, the current pulses lead to electric breakdowns or lightning discharges in the bearings. The electric breakdowns lead to considerable bearing damage and bearing failures, among other things by interrupting the insulating oil film between the bearing rings and the rolling elements.

Die erfindungsgemäße Lösung basiert auf der Erkenntnis, dass die speziell infolge von statischer Aufladung rotierender Maschinen- oder Anlagenteile und/oder aufgrund von Korrosionsschutzsystemen erzeugten charakteristischen elektrischen Stromimpulse Funksignale bzw. Funkwellen mit hierfür typischen Signalverläufen erzeugen, welche als Impulse mit recht schneller Abklingphase sichtbar werden. Durch diese Stromimpulsereignisse lassen sich die interessierenden Stromimpulsereignisse aus dem Zeitsignal identifizieren.The solution according to the invention is based on the knowledge that the characteristic electrical current pulses generated especially as a result of static charging of rotating machine or system parts and / or due to corrosion protection systems generate radio signals or radio waves with signal curves typical for this, which become visible as pulses with a very rapid decay phase. The current pulse events of interest can be identified from the time signal by means of these current pulse events.

Auf diese Weise wird eine sehr einfaches und trotzdem sehr zuverlässiges Verfahren zur Detektion von elektrischen Stromimpulsen infolge eines Potentialunterschiedes aufgrund statischer Aufladung bei rotierenden Komponenten eines Schiffsantriebs und/oder aufgrund von Korrosionsschutzsystemen ermöglicht. Dies ist insbesondere bei Schiffsantrieben wichtig, da auf Schiffen häufig Korrosionsschutzeinrichtungen eingesetzt werden, die zu erheblichen Spannungen zwischen der Schiffsantriebswelle und dem Schiffsrumpf führen. Diese Spannungen führen schlussendlich zu Stromdurchschlägen bzw. Blitzentladungen in den Lagern. Diese Stromdurchschläge bzw. elektrischen Stromimpulse führen zu erheblichen Lagerschäden und Lagerausfällen, unter anderem durch Unterbrechen des isolierenden Ölfilms zwischen Lagerringen und Wälzkörpern. Die Erfindung ermöglicht nun die elektrischen Stromimpulse zu erfassen, zu verarbeiten, zu analysieren und schlussendlich die Lagerkomponente, das Lager und/oder den Schiffsantrieb kontinuierlich zu überwachen, die Betriebsverhältnisse zu optimieren und die Lebensdauer sämtlicher Komponenten zu erhöhen.In this way, a very simple and nevertheless very reliable method for the detection of electrical current pulses as a result of a potential difference due to static charging is achieved in the case of rotating components of a ship's propulsion system and / or due to corrosion protection systems. This is particularly important in the case of ship propulsion systems, since corrosion protection devices are often used on ships, which lead to considerable tension between the ship's drive shaft and the ship's hull. These voltages ultimately lead to electrical breakdowns or lightning discharges in the bearings. These electrical breakdowns or electrical current pulses lead to considerable bearing damage and bearing failures, among other things due to the interruption of the insulating oil film between the bearing rings and the rolling elements. The invention now enables the electrical current pulses to be recorded, processed, analyzed and, finally, to continuously monitor the bearing component, the bearing and / or the ship's propulsion system, to optimize the operating conditions and to increase the service life of all components.

Unter dem Begriff „Stromimpulse“ können elektrische Entladungen, Stromdurchgänge, Stromdurchschläge, Stromimpulsereignisse und Ähnliches verstanden werden. Vorzugsweise erzeugen diese Stromimpulse Funksignale, welche besonders in einem Frequenzbereich von mindestens 50 MHz messbar sind. Die Stromimpulse können bei Schiffsantrieben zum Beispiel durch Korrosionsschutzeinrichtungen hervorgerufen werden, die eine hohe Feldstärke zum Beispiel zwischen Außenring und Innenring eines Wälzlagers erzeugen, die wiederum zu schlagartigen Stromdurchschlägen durch den Ölfilm zwischen Lagerring und Wälzlager führen. Diese Stromdurchschläge können anhand der Form ihrer charakteristischen Funksignale erfasst und analysiert werden.The term “current pulses” can be understood to mean electrical discharges, current passages, electrical breakdowns, current pulse events and the like. These current pulses preferably generate radio signals which can be measured particularly in a frequency range of at least 50 MHz. In ship propulsion systems, the current pulses can be caused, for example, by corrosion protection devices that generate a high field strength, for example between the outer ring and inner ring of a roller bearing, which in turn leads to sudden electrical breakdowns through the oil film between the bearing ring and the roller bearing. These electrical breakdowns can be recorded and analyzed based on the shape of their characteristic radio signals.

Unter dem Begriff „Komponenten eines Wellenlagers eines Schiffsantriebs“ können Maschinen- oder Anlagenteile des Schiffsantriebs und insbesondere Teile eines Wälzlagers oder eines Gleitlagers verstanden werden. Die Komponenten können rotierenden Maschinen- oder Anlagenteile, rotierende Komponenten eines Wellenlagers eines Schiffsantriebs oder mindestens eine rotierende Komponente und eine feststehende Komponente des Schiffsantriebs sein. Die Komponenten können Teile eines Wälzlagers oder eines Gleitlagers sein, wie zum Beispiel ein Lageraußenring, Wälzkörper, ein Lagerinnenring usw.The term “components of a shaft bearing of a ship's drive” can be understood to mean machine or system parts of the ship's drive and in particular parts of a roller bearing or a slide bearing. The components can be rotating machine or system parts, rotating components of a shaft bearing of a ship propulsion system or at least one rotating component and a stationary component of the ship propulsion system. The components can be parts of a rolling bearing or a plain bearing, such as a bearing outer ring, rolling elements, a bearing inner ring, etc.

Unter dem Begriff „Verarbeiten der Funksignale“ kann eine Bearbeitung oder Aufbereitung des empfangenen Funksignals zur Extraktion der den Funksignalen zugrundeliegenden Stromimpulsen verstanden werden. In der Detektorschaltung zur Erkennung der Funksignale kann vorzugsweise das Demodulationsverfahren des Funksignals angewendet werden.The term “processing of the radio signals” can be understood to mean processing or conditioning the received radio signal in order to extract the current pulses on which the radio signals are based. The demodulation method of the radio signal can preferably be used in the detector circuit for recognizing the radio signals.

Unter dem Begriff „Analyse der durch Stromimpulse erzeugten Funksignale“ kann eine Auswertung und gegebenenfalls statistische Bewertung des Ausgangssignals der Demodulation mithilfe eines Computers verstanden werden. Die Bewertung kann gespeichert oder zur weiteren Verarbeitung weitergegeben werden.The term “analysis of the radio signals generated by current pulses” can be understood as an evaluation and, if necessary, statistical evaluation of the output signal of the demodulation with the aid of a computer. The rating can be saved or passed on for further processing.

In einer Ausführungsform wird zur Extraktion der Stromimpulsereignisse, also zur Verarbeitung oder Aufbereitung des empfangenen Funksignals, eine Filterung und insbesondere eine Hüllkurvenbildung bzw. Demodulation verwendet. Das Verfahren umfasst bevorzugt eine Hochpassfilterung des empfangenen Funksignals mit anschließender Gleichrichtung und nachfolgender Tiefpassfilterung.In one embodiment, filtering and, in particular, envelope curve formation or demodulation is used to extract the current pulse events, that is to say to process or condition the received radio signal. The method preferably includes high-pass filtering of the received radio signal with subsequent rectification and subsequent low-pass filtering.

Dies bildet die Voraussetzung dafür, das aufbereitete Funksignal z.B. durch Integration aus einer Ermittlung der Fläche pro Sekunde als Messgröße zu analysieren, um die auftretenden Stromimpulsereignisse zu quantifizieren, also einer Bewertung zugänglich zu machen. In anderen Worten, die Analyse der durch Stromimpulse erzeugten Funksignale zur Überwachung des Wellenlagers umfasst eine Integration des aufbereiteten Signals, um die zugrundeliegenden Stromimpulse zu quantifizieren. Aus dem Messsignal hinter dem Tiefpassfilter der Hüllkurve können mithilfe eines Computers verschiedene Kennwerte berechnet werden, zum Beispiel ein quadratischer Mittelwert der Fläche unterhalb des Funksignals pro Sekunde.This forms the prerequisite for the processed radio signal e.g. to analyze by integration from a determination of the area per second as a measured variable in order to quantify the occurring current impulse events, i.e. to make them accessible to an assessment. In other words, the analysis of the radio signals generated by current pulses for monitoring the shaft bearing includes an integration of the processed signal in order to quantify the underlying current pulses. A computer can be used to calculate various parameters from the measurement signal behind the low-pass filter of the envelope, for example a root mean square value of the area below the radio signal per second.

Alternativ hierzu ist es auch möglich, dass die Analyse durch eine Zählung der Anzahl der Impulse im aufbereiteten Funksignal pro Zeiteinheit durchgeführt wird, um die auftretenden Stromimpulsereignisse zu quantifizieren. Hierbei wird also die Anzahl der Stromimpulsereignisse pro Sekunde als Messgröße für die anschließende Bewertung herangezogen.As an alternative to this, it is also possible for the analysis to be carried out by counting the number of pulses in the processed radio signal per unit of time in order to quantify the current pulse events that occur. The number of current impulse events per second is used as a measured variable for the subsequent evaluation.

Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Sensorsystem zur Detektion von elektrischen Stromimpulsen infolge eines Potentialunterschieds bei (rotierenden) Komponenten eines Schiffsantriebs eine Antenneneinheit oder Empfangseinheit zum Empfangen von Funksignalen infolge von elektrischen Stromimpulsen zwischen (rotierenden) Komponenten eines Wellenlagers eines Schiffsantriebs. Das Sensorsystem umfasst weiterhin eine Signalverarbeitungseinheit oder Signalaufbereitungseinheit zum Verarbeiten der Funksignale zur Extraktion der den Funksignalen zugrundeliegenden Stromimpulsen und eine Analyseeinheit zur Analyse der durch Stromimpulse erzeugten Funksignale zur Überwachung des Wellenlagers des Schiffsantriebs.According to the present invention, a sensor system for the detection of electrical current pulses as a result of a potential difference in (rotating) components of a ship's propulsion system comprises an antenna unit or receiving unit for receiving radio signals as a result of electrical current pulses between (rotating) components of a shaft bearing of a ship's propulsion system. The sensor system further comprises a signal processing unit or signal conditioning unit for processing the radio signals to extract the current pulses on which the radio signals are based and an analysis unit for analyzing the radio signals generated by current pulses for monitoring the shaft bearing of the ship's propulsion system.

Die rotierenden Komponenten des Schiffsantriebs können Teil eines Wälzlagers oder eines Gleitlagers sein. Die Antenneneinheit kann eine Antenne sein.The rotating components of the marine propulsion system can be part of a rolling bearing or a Be plain bearing. The antenna unit can be an antenna.

Die Antenneneinheit, die Signalverarbeitungseinheit und die Analyseeinheit können in einer Detektionseinrichtung untergebracht sein, die eine Schnittstelle zur Verbindung mit einem Anlagen-Zustandsüberwachungssystem oder einer Anlagensteuerung aufweist. So können die gewonnenen Messgrößen kontinuierlich beispielsweise in Form eines analogen Signals zur Weiterverarbeitung und Auswertung an ein Zustandsüberwachungssystem (Condition Monitoring System) übergeben werden.The antenna unit, the signal processing unit and the analysis unit can be accommodated in a detection device which has an interface for connection to a plant condition monitoring system or a plant controller. In this way, the measured variables obtained can be continuously transferred to a condition monitoring system, for example in the form of an analog signal, for further processing and evaluation.

Alternativ oder ergänzend hierzu ist es auch denkbar, eine eigene Detektionseinrichtung als separates Gerät mit vorzugsweise integrierter Alarmierungseinheit zu schaffen. Die Alarmierungseinheit könnte dabei beispielsweise optische oder akustische Signale aussenden, um das Überschreiten eines Grenzwerts oder ein Erreichen eines kritischen Zustands für das Lager zu signalisieren. Natürlich lässt sich eine Messgrö-ßenweitergabe an eine übergeordnete Instanz auch in ein solches lokales Gerät integrieren. Das lokale Gerät kann beispielsweise im Bereich innerhalb des Lagergehäuses oder in einem Getriebe verbaut werden und ist hierdurch gegen äußere elektromagnetische Fremdeinstrahlung störgesichert.As an alternative or in addition to this, it is also conceivable to create a separate detection device as a separate device with preferably an integrated alarm unit. The alarm unit could, for example, send out optical or acoustic signals in order to signal that a limit value has been exceeded or that a critical state has been reached for the warehouse. Of course, the transfer of measured values to a higher-level entity can also be integrated into such a local device. The local device can, for example, be installed in the area within the bearing housing or in a gearbox and is thereby protected against interference from external electromagnetic radiation.

Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Schiffsantrieb ein Sensorsystem, wie oben beschrieben, und ein Wellenlager, wobei das Sensorsystem zur Überwachung des Wellenlagers angeordnet ist. In anderen Worten ist das Sensorsystem zur Detektion von infolge eines Potentialunterschieds in einer Lagerung auftretenden charakteristischen Stromflüssen in einen Schiffsantrieb integriert.According to the present invention, a ship propulsion system comprises a sensor system, as described above, and a shaft bearing, the sensor system being arranged to monitor the shaft bearing. In other words, the sensor system for the detection of characteristic current flows occurring as a result of a potential difference in a bearing is integrated into a ship propulsion system.

Ferner sei darauf hingewiesen, dass sich die erfindungsgemäße Lösung auch durch ein Computerprogrammprodukt verwirklichen lässt, das Programmcodemittel zur Durchführung des Verfahrens auf einer kombinierten mikroprozessorgesteuerten Signalaufbereitungseinheit mit Analyseeinheit abläuft oder auf einem computerlesbaren Datenträger speicherbar ist.It should also be pointed out that the solution according to the invention can also be implemented by a computer program product, the program code means for carrying out the method runs on a combined microprocessor-controlled signal processing unit with analysis unit or can be stored on a computer-readable data carrier.

Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:

  • 1 eine schematische Blockschaltbilddarstellung eines Sensorsystems von elektrischen Stromimpulsen infolge statischer Aufladung bei rotierenden Komponenten eines Schiffsantriebs, und
  • 2 eine schematische Darstellung einer Hüllkurvenbildung zur Aufbereitung des empfangenen Signals als Voraussetzung für die Signalanalyse.
Further measures improving the invention are shown in more detail below together with the description of a preferred exemplary embodiment of the invention with reference to the figures. It shows:
  • 1 a schematic block diagram representation of a sensor system of electrical current pulses due to static charging in rotating components of a ship's propulsion system, and
  • 2 a schematic representation of an envelope curve formation for processing the received signal as a prerequisite for the signal analysis.

Wie in der 1 gezeigt, weist ein hier nur schematisch dargestelltes Sensorsystem einen Propeller 1 auf, der über ein als Wälzlager 2 ausgebildetes Wellenlager drehbar an einer Tragstruktur 3 eines - nicht weiter im Detail dargestellten - Schiffs gelagert ist.Like in the 1 shown, a sensor system shown here only schematically has a propeller 1 on who has a as a rolling bearing 2 formed shaft bearing rotatable on a support structure 3 a - not shown in detail - ship is stored.

Die Schraubenblätter des Propellers 1 erfahren während des Betriebes eine statische Aufladung, dem zufolge kommt es zu einem Stromfluss, welcher durch das Wälzlager 2, hier von einem Lagerinnenring 4 über einen Wälzkörper 5 hinweg zu einem Lageraußenring 6 in die geerdete Tragstruktur 3 eines Schiffsrumpfs abfließt. Korrosionsschutzsysteme führen zu Potentialunterschieden zwischen Propeller bzw. Welle und Schiffsrumpf, dem zufolge kommt es zu einem Stromfluss, welcher durch das Wälzlager 2, hier von einem Lagerinnenring 4 über einen Wälzkörper 5 hinweg zu einem Lageraußenring 6 in die geerdete Tragstruktur 3 eines Schiffsrumpfs abfließt. Bei einem Schmierfilmdurchbruch werden Entladungen im Wälzlager 2 als elektromagnetische Funksignale oder Funkwellen emittiert, welche in einem Frequenzbereich von mindestens oder oberhalb 50 MHz besonders gut detektierbar sind.The propeller blades 1 experience a static charge during operation, as a result of which a current flows through the roller bearing 2 , here from a bearing inner ring 4th via a rolling element 5 away to a bearing outer ring 6th into the grounded supporting structure 3 a ship's hull flows off. Corrosion protection systems lead to potential differences between the propeller or shaft and the ship's hull, which means that a current flows through the roller bearing 2 , here from a bearing inner ring 4th via a rolling element 5 away to a bearing outer ring 6th into the grounded supporting structure 3 a ship's hull flows off. When the lubricant film breaks down, discharges occur in the rolling bearing 2 emitted as electromagnetic radio signals or radio waves, which can be detected particularly well in a frequency range of at least or above 50 MHz.

Eine im Empfangsbereich, also ortsnah zum Wälzlager 2, installierte Antennen- oder Empfangseinheit 10 dient dem Empfangen 100 der elektromagnetischen Funksignale durch einen hieran angebrachte Antenne 11. Eine nachgeschaltete Signalverarbeitungseinheit 20 dient der Verarbeitung 200 der empfangenen Funksignale durch eine Signalverarbeitung, welche bei diesem Ausführungsbeispiel insbesondere eine Hüllkurvenbildung umfasst. Eine nachfolgende Analyseeinheit 30 dient einer Analyse 300 des zeitlichen Verlaufs der Impulse oder Impulsereignisse zur Stromüberwachung im Wälzlager 2.One in the reception area, i.e. close to the rolling bearing 2 , installed antenna or receiving unit 10 serves to receive 100 the electromagnetic radio signals through an antenna attached to it 11 . A downstream signal processing unit 20th is used for processing 200 of the received radio signals by signal processing, which in this exemplary embodiment includes, in particular, an envelope curve formation. A subsequent unit of analysis 30th is used for analysis 300 the timing of the pulses or pulse events for current monitoring in the rolling bearing 2 .

Die Antenneneinheit 10 mit der Signalverarbeitungseinheit 20 und der Analyseeinheit 30 kann in einer gemeinsamen Detektionseinrichtung 40 untergebracht sein, welche über eine Datenübertragungs-Schnittstelle 50 an ein - nicht weiter dargestellten - Anlagen-Zustandsüberwachungssystem angeschlossen ist. Ferner kann in die Detektionseinrichtung 50 eine Alarmierungseinheit 60 mit integriert werden, welche als lokale optische Anzeige eines kritischen Zustands dient.The antenna unit 10 with the signal processing unit 20th and the analysis unit 30th can in a common detection device 40 be accommodated, which via a data transmission interface 50 is connected to a - not shown any further - plant condition monitoring system. Furthermore, in the detection device 50 an alarm unit 60 can also be integrated, which serves as a local visual display of a critical condition.

Die 2 illustriert die im Zuge der Signalverarbeitung der empfangenen elektromagnetischen Funkwellen vorzugsweise durchgeführte Hüllkurvenbildung. Demnach erfolgt ausgehend vom empfangenen Funksignale zunächst eine Hochpassfilterung 400, um irrelevante Signalanteile zu eliminieren. Im Schritt 500 wird das Signal gleichgerichtet. Schließlich sorgt eine Tiefpassfilterung 600 für eine Formung von Flächeninhalten zwischen dem Kurvenverlauf und der Abszissenachse, die dann durch die Analyseeinheit 30 bewertet werden kann.The 2 illustrates the envelope curve formation preferably carried out in the course of the signal processing of the received electromagnetic radio waves. Accordingly, based on the received radio signals, high-pass filtering is initially carried out 400 to eliminate irrelevant signal components. In step 500 the signal is rectified. Finally, a low-pass filter takes care of it 600 for shaping the area between the curve profile and the abscissa axis, which is then carried out by the analysis unit 30th can be assessed.

Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. Insbesondere ist die erfindungsgemäße Lösung nicht allein auf Schiffsantriebe anwendbar, sondern allgemein auf nicht leitungsgebundene Stromentladungs-Szenarien. Ferner sei darauf hingewiesen, dass die Signalaufbereitung zur Messgrößengewinnung nicht allein auf eine Hüllkurvenbildung des empfangenen Funksignals festgelegt ist. Es können zu diesem Zweck alternativ auch Samplingverfahren oder andere geeignete Analysen genutzt werden.The invention is not restricted to the preferred exemplary embodiments described above. Rather, modifications thereof are also conceivable, which are also covered by the scope of protection of the following claims. In particular, the solution according to the invention is not only applicable to ship propulsion systems, but rather generally to non-line-based current discharge scenarios. It should also be pointed out that the signal processing for obtaining measured variables is not limited to an envelope curve of the received radio signal. For this purpose, sampling methods or other suitable analyzes can alternatively be used.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
Rotorrotor
22
Wälzlagerroller bearing
33
TragstrukturSupport structure
44th
LagerinnenringBearing inner ring
55
WälzkörperRolling elements
66th
Lageraußenring Bearing outer ring
1010
AntenneneinheitAntenna unit
1111
Antenneantenna
2020th
SignalverarbeitungseinheitSignal processing unit
3030th
AnalyseeinheitAnalysis unit
4040
DetektionseinrichtungDetection device
5050
Datenübertragungs-SchnittstelleData transfer interface
6060
Alarmierungseinheit Alarm unit
100100
Erfassen elektromagnetischen FunksignalenDetecting electromagnetic radio signals
200200
Verarbeiten der empfangenen FunksignaleProcessing the received radio signals
300300
Analyse der FunksignaleAnalysis of the radio signals
400400
HochpassfilterungHigh pass filtering
500500
GleichrichtungRectification
600600
Tiefpassfilterung Low pass filtering
II.
StromflussCurrent flow
AA.
Amplitudeamplitude
tt
Zeittime

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • EP 2539680 B1 [0003]EP 2539680 B1 [0003]

Claims (10)

Ein Verfahren zur Detektion von elektrischen Stromimpulsen infolge eines Potentialunterschieds zwischen Komponenten eines Schiffsantriebs, umfassend die folgenden Schritte: - Erfassen (100) von Funksignalen infolge von elektrischen Stromimpulsen zwischen Komponenten eines Wellenlagers eines Schiffsantriebs; - Verarbeiten (200) der Funksignale zur Extraktion der den Funksignalen zugrundeliegenden Stromimpulsen; und - Analyse (300) der durch die Stromimpulse erzeugten Funksignale zur Überwachung des Wellenlagers des Schiffsantriebs.A method for the detection of electrical current pulses due to a potential difference between components of a ship's propulsion system, comprising the following steps: - Detecting (100) of radio signals as a result of electrical current pulses between components of a shaft bearing of a ship propulsion system; - Processing (200) the radio signals to extract the current pulses on which the radio signals are based; and - Analysis (300) of the radio signals generated by the current pulses for monitoring the shaft bearing of the ship's propulsion system. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Funksignale in einem Frequenzbereich von mindestens 50 MHz detektiert werden.Procedure according to Claim 1 , the radio signals being detected in a frequency range of at least 50 MHz. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Bearbeitung (200) des empfangenden Funksignals durch eine Filterung und insbesondere eine Hüllkurvenbildung erfolgt.Method according to one of the preceding claims, wherein the processing (200) of the received radio signal is carried out by filtering and in particular by forming an envelope. Verfahren nach dem vorigen Anspruch, wobei die Hüllkurvenbildung eine Hochpassfilterung (400) des empfangenden Funksignals mit anschließender Gleichrichtung (500) und nachfolgender Tiefpassfilterung (600) umfasst.Method according to the preceding claim, wherein the envelope curve formation comprises high-pass filtering (400) of the received radio signal with subsequent rectification (500) and subsequent low-pass filtering (600). Verfahren nach dem vorigen Anspruch, wobei die Analyse (300) eine Integration durch die Hüllkurvenbildung aufbereiteten Funksignals umfasst, um die zugrundeliegenden Stromimpulse zu quantifizieren.Method according to the preceding claim, wherein the analysis (300) comprises an integration by the radio signal processed by the envelope curve formation in order to quantify the underlying current pulses. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Analyse (300) eine Zählung der Anzahl der Impulse des durch die Hüllkurvenbildung verarbeiteten Funksignals pro Zeiteinheit umfasst, um die aufgetretenen Stromimpulse zu quantifizieren.Procedure according to Claim 4 wherein the analysis (300) comprises a count of the number of pulses of the radio signal processed by the envelope curve formation per unit of time in order to quantify the current pulses that have occurred. Ein Sensorsystem zur Detektion von elektrischen Stromimpulsen infolge eines Potentialunterschieds zwischen Komponenten eines Schiffsantriebs, umfassend: - eine Antenneneinheit (10) zum Empfangen von Funksignalen infolge von elektrischen Stromimpulsen zwischen Komponenten eines Wellenlagers eines Schiffsantriebs; - eine Signalverarbeitungseinheit (20) zum Verarbeiten der Funksignale zur Extraktion der den Funksignalen zugrundeliegenden Stromimpulsen; und - eine Analyseeinheit (30) zur Analyse der durch die Stromimpulse erzeugten Funksignale zur Überwachung des Wellenlagers des Schiffsantriebs.A sensor system for the detection of electrical current pulses due to a potential difference between components of a ship's propulsion system, comprising: - An antenna unit (10) for receiving radio signals as a result of electrical current pulses between components of a shaft bearing of a ship propulsion system; - A signal processing unit (20) for processing the radio signals to extract the current pulses on which the radio signals are based; and - An analysis unit (30) for analyzing the radio signals generated by the current pulses for monitoring the shaft bearing of the ship's propulsion system. Sensorsystem nach dem vorigen Anspruch, wobei die Komponenten des Wellenlagers zumindest eine rotierende Komponente und eine feststehende Komponente umfasst und insbesondere Teil eines Wälzlagers (2) oder eines Gleitlagers sind.Sensor system according to the preceding claim, wherein the components of the shaft bearing comprise at least one rotating component and one stationary component and are in particular part of a roller bearing (2) or a plain bearing. Ein Schiffsantrieb umfassend ein Sensorsystem nach einem der vorherigen Ansprüche und ein Wellenlager, wobei das Sensorsystem zur Überwachung des Wellenlagers angeordnet ist.A ship propulsion system comprising a sensor system according to one of the preceding claims and a shaft bearing, the sensor system being arranged to monitor the shaft bearing. Ein Computerprogramm umfassend Befehle, die, wenn das Computerprogramm durch einen Computer ausgeführt wird, den Computer veranlassen, die Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 auszuführen.A computer program comprising instructions which, when the computer program is executed by a computer, cause the computer to carry out the steps of the method according to one of the Claims 1 to 6th execute.
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