DE102019207256B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Eigendiagnose einer Überwachungsvorrichtung eines Bauteils, sowie Gasturbinentriebwerk mit einer Vorrichtung zur Eigendiagnose einer Überwachungsvorrichtung eines Bauteils - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur Eigendiagnose einer Überwachungsvorrichtung eines Bauteils, sowie Gasturbinentriebwerk mit einer Vorrichtung zur Eigendiagnose einer Überwachungsvorrichtung eines Bauteils Download PDF

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Abstract

Vorrichtung zur Eigendiagnose (1) einer Überwachungsvorrichtung (2) eines Bauteils (3) mit einem rotierenden Element (4), wobei die Überwachungsvorrichtung (2) eingerichtet und ausgebildet ist, mechanische Schäden des Bauteils (3) im Bauteilbetrieb zu erkennen,
gekennzeichnet durch
mindestens eine Anregungsvorrichtung (5) zur Abgabe mindestens eines mechanischen Signals (S) in das Bauteil (3), wobei das mindestens eine mechanische Signal (S) charakteristisch für einen vorab bekannten möglichen mechanischen Schaden des Bauteils (3) ist, und
eine Vergleichsvorrichtung (6) für den Vergleich der mechanischen Signalantwort (T) des Bauteils (3) mit Betriebsdaten.

Description

  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Vorrichtuung zur Eigendiagnose einer Überwachungsvorrichtung eines Bauteils mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Eigendiagnoseverfahren für eine Überwachungsvorrichtung eines Bauteils mit den Merkmalen des Anspruchs 11.
  • Schäden an Bauteilen mit einem rotierenden Element können im Betrieb eine echte Gefahr darstellen oder zumindest die Lebensdauer des Bauteils vermindern. Die Druckschriften US 2017/0199162 A1 und DE 10 2016 202 340 A1 belegen den technischen Hintergrund in dieser Sache, wobei es sinnvoll ist, solche Bauteile im Betrieb zu überwachen.
  • Die Validierung einer Überwachungsvorrichtung ist aber im Betrieb unter realen Bedingungen schwer möglich, da z.B. absichtlich Schäden in das System eingeführt werden müssten. Bei komplexen Vorrichtungen, wie z.B. Gasturbinentriebwerken, wäre der Aufwand sehr hoch.
  • Im Folgenden werden Ausführungsformen beschrieben, die diesem Umstand abhelfen sollen, insbesondere im Hinblick auf eine Verwendung in einem Gasturbinentriebwerk.
  • Dabei wird eine Vorrichtung verwendet, die eine Eigendiagnose einer Überwachungsvorrichtung eines Bauteils mit einem rotierenden Element vorsieht. Die Überwachungsvorrichtung ist dabei eingerichtet und ausgebildet, mechanische Schäden des Bauteils im Bauteilbetrieb zu erkennen.
  • Mindestens eine Anregungsvorrichtung dient der Abgabe mindestens eines mechanischen Signals in das Bauteil, wobei das mindestens eine mechanische Signal charakteristisch für einen vorab bekannten möglichen mechanischen Schaden des Bauteils ist. Somit kann ein typisches mechanisches Schadsignal z.B. vorab gezielt an Vorversuchen mit bekannten Schäden gewonnen werden.
  • Die Vorrichtung zur Eigendiagnose weist ferner eine Vergleichsvorrichtung für die mechanische Signalantwort des Bauteils mit Betriebsdaten auf. Damit kann dann z.B. festgestellt werden, ob der durch das mechanische Signal angeregte Körperschall oder der zeitliche Verlauf einer Anregung einer Eigenfrequenz des Bauteils - als Simulation eines Schadens - von der Überwachungsvorrichtung entsprechend identifiziert wird.
  • In einer Ausführungsform kann das Bauteil als Zahnrad, Wälzlager, insbesondere als Kugellager, als Zylinderlager, als Kegelrollenlager, als Tonnenlager, als Nadellager, als Schrägkugellager oder als Gleitlager ausgebildet sein. All diesen Bauteilen ist gemeinsam, dass sie mit einem rotierenden Element zusammenwirken (z.B. dem Innenring eines Wälzlagers) oder selbst rotierend sind (z.B. als Zahnrad). Insbesondere kann das rotierende Element somit eine Welle, ein Zahnrad, ein Teil einer Welle, ein Teil eines Gleitlagers oder ein Teil eines Wälzlagers sein.
  • Die Anregungsvorrichtung zur Anregung schadenstypischer Mermale kann in einem im Betrieb relativ zum Bauteil feststehendem Element, insbesondere einer Ringstruktur eines Wälzlagers, insbesondere einem Außenring, angeordnet sein. Die Anordnung in einem feststehenden Teil erlaubt eine einfachere Anbindung an Aktuierungs- und Auswertungsvorrichtungen.
  • Das von der Anregungsvorrichtung inbesondere zur Anregung von Eigenfrequenzen abgegebene mechanische Signal entspricht in einer Ausführungsform dem mechanischen Signal (z.B. Körperschall), das bei einem Schaden eines Zahns eines Zahnrades, einem Mischreibungsereignis in einem Gleitlager, einem Kugelschaden in einem Wälzlager, einem Innenringschaden eines Wälzlagers, einem Außenringschaden eines Wälzlagers und / oder einer Überrollung eines Fremdkörpers im Wälzlager auftritt. Dies sind Ereignisse, die Überwachungsvorrichtungen erkennen müssen, um einen auftretenden Schaden frühzeitig zu erkennen.
  • Auch kann das erzeugte mechanische Anregungssignal ein periodisch auftretendes Signal sein, wobei die Periodizität insbesondere an die Drehzahl des rotierenden Elements gekoppelt ist. Viele Schadenssignale weisen eine Periodizität auf.
  • Dabei kann das gemessene mechanische Signal ein Körperschallsignal oder ein Vibrationssignal sein.
  • Das von der Anregungsvorrichtung erzeugte Signal kann dabei so ausgebildet sein, dass durch das mechanische Signal mindestens eine Eigenfrequenz des Bauteils anregbar ist. Das anregende Signal kann z.B. ein Impulstoß sein.
  • Die mindestens eine Anregungsvorrichtung kann dabei z.B. ein piezoelektrisches Element, ein pneumatisches und / oder hydraulisches Element zur Erzeugung der mechanischen Anregung aufweisen. Diese Elemente sind genau ansteuerbar, so dass die in das Bauteil abgegebene mechanische Anregung gut beeinflussbar ist.
  • Die Überwachungsvorrichtung kann dabei besonderes eingerichtet und ausgebildet sein, um ein Bauteil eines Gasturbinentriebwerks zu überwachen.
  • Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zur Eigendiagnose mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst.
  • In einer Ausführungsform des Verfahrens zur Eigendiagnose entspricht das zur Anregung abgegebene mechanische Signal dem Signal, das bei einem Schaden eines Zahns eines Zahnrades, einem Mischreibungsereignis in einem Gleitlager, einem Kugelschaden in einem Wälzlager, einem Innenringschaden eines Wälzlagers, einem Außenringschaden eines Wälzlagers und / oder durch eine Überrollung eines Fremdkörpers im Wälzlager erzeugt wird.
  • Auch kann das anregende mechanische Signal als ein periodisch auftretendes Signal in das Bauteil eingebracht werden, wobei die Periodizität an die Drehzahl des rotierenden Elements gekoppelt sein kann.
  • Das abgegebene mechanische Signal kann dabei ein Körperschallsignal oder ein Vibrationssignal sein, da diese Signale regelmäßig bei Überwachungen detektiert werden müssen.
  • Durch das anregende mechanische Signal kann in einer Ausführungsform des Eigendiagnoseverfahrens mindestens eine Eigenfrequenz des Bauteils anregbar sein.
  • Eine Ausführungsform der Vorrichtung zur Eigendiagnose kann als externe Prüfvorrichtung ausgebildet sein oder in ein Gasturbinentriebwerk integriert sein. Im letzteren Fall wäre es möglich, während des Betriebs eine Diaganose der Überwachung durchzuführen.
  • Es werden nun beispielhaft Ausführungsformen mit Bezug auf die Figuren beschrieben; in den Figuren zeigen:
    • 1 eine Seitenschnittansicht eines Gasturbinentriebwerks;
    • 2 eine Seitenschnittgroßansicht eines stromaufwärtigen Abschnitts eines Gasturbinentriebwerks;
    • 3 eine zum Teil weggeschnittene Ansicht eines Getriebes für ein Gasturbinentriebwerk;
    • 4 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform der Vorrichtung zur Eigendiagnose in Verbindung mit einem Wälzlager;
    • 5 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Eigendiagnose in Verbindung mit einem Gleitlager;
  • 1 stellt ein Gasturbinentriebwerk 10 mit einer Hauptdrehachse 9 dar. Das Gasturbinentriebwerk 10 umfasst einen Lufteinlass 12 und einen Fan 23, der zwei Luftströme erzeugt: einen Kernluftstrom A und einen Bypassluftstrom B. Das Gasturbinentriebwerk 10 umfasst einen Kern 11, der den Kernluftstrom A aufnimmt. Das Kerntriebwerk 11 umfasst in Axialströmungsreihenfolge einen Niederdruckverdichter 14, einen Hochdruckverdichter 15, eine Verbrennungseinrichtung 16, eine Hochdruckturbine 17, eine Niederdruckturbine 19 und eine Kernschubdüse 20. Eine Triebwerksgondel 21 umgibt das Gasturbinentriebwerk 10 und definiert einen Bypasskanal 22 und eine Bypassschubdüse 18. Der Bypassluftstrom B strömt durch den Bypasskanal 22. Der Fan 23 ist über eine Welle 26 und ein epizyklisches Planetengetriebe 30 an der Niederdruckturbine 19 angebracht und wird durch diese angetrieben.
  • Im Betrieb wird der Kernluftstrom A durch den Niederdruckverdichter 14 beschleunigt und verdichtet und in den Hochdruckverdichter 15 geleitet, wo eine weitere Verdichtung erfolgt. Die aus dem Hochdruckverdichter 15 ausgestoßene verdichtete Luft wird in die Verbrennungseinrichtung 16 geleitet, wo sie mit Kraftstoff vermischt wird und das Gemisch verbrannt wird. Die resultierenden heißen Verbrennungsprodukte breiten sich dann durch die Hochdruck- und die Niederdruckturbine 17, 19 aus und treiben diese dadurch an, bevor sie zur Bereitstellung einer gewissen Schubkraft durch die Düse 20 ausgestoßen werden. Die Hochdruckturbine 17 treibt den Hochdruckverdichter 15 durch eine geeignete Verbindungswelle 27 an. Der Fan 23 stellt allgemein den Hauptteil der Schubkraft bereit. Das epizyklische Planetengetriebe 30 ist ein Untersetzungsgetriebe.
  • Eine beispielhafte Anordnung für ein Getriebe-Fan-Gasturbinentriebwerk 10 wird in 2 gezeigt. Die Niederdruckturbine 19 (siehe 1) treibt die Welle 26 an, die mit einem Sonnenrad 28 des epizyklischen Planetengetriebes 30 gekoppelt ist. Mehrere Planetenräder 32, die durch einen Planetenträger 34 miteinander gekoppelt sind, befinden sich von dem Sonnenrad 28 radial außen und kämmen damit. Der Planetenträger 34 führt die Planetenräder 32 so, dass sie synchron um das Sonnenrad 28 kreisen, während er ermöglicht, dass sich jedes Planetenrad 32 um seine eigene Achse drehen kann. Der Planetenträger 34 ist über Gestänge 36 mit dem Fan 23 dahingehend gekoppelt, seine Drehung um die Triebwerksachse 9 anzutreiben. Ein Außenrad oder Hohlrad 38, das über Gestänge 40 mit einer stationären Stützstruktur 24 gekoppelt ist, befindet sich von den Planetenrädern 32 radial außen und kämmt damit.
  • Es wird angemerkt, dass die Begriffe „Niederdruckturbine“ und „Niederdruckverdichter“, so wie sie hier verwendet werden, so aufgefasst werden können, dass sie die Turbinenstufe mit dem niedrigsten Druck bzw. die Verdichterstufe mit dem niedrigsten Druck (d. h. dass sie nicht den Fan 23 umfassen) und / oder die Turbinen- und Verdichterstufe, die durch die verbindende Welle 26 mit der niedrigsten Drehzahl in dem Triebwerk (d. h. dass sie nicht die Getriebeausgangswelle, die den Fan 23 antreibt, umfasst) miteinander verbunden sind, bedeuten. In einigen Schriften können die „Niederdruckturbine“ und der „Niederdruckverdichter“, auf die hier Bezug genommen wird, alternativ dazu als die „Mitteldruckturbine“ und „Mitteldruckverdichter“ bekannt sein. Bei der Verwendung derartiger alternativer Nomenklatur kann der Fan 23 als eine erste Verdichtungsstufe oder Verdichtungsstufe mit dem niedrigsten Druck bezeichnet werden.
  • Das epizyklische Planetengetriebe 30 wird in 3 beispielhaft genauer gezeigt. Das Sonnenrad 28, die Planetenräder 32 und das Hohlrad 38 umfassen jeweils Zähne an ihrem Umfang, um ein Kämmen mit den anderen Zahnrädern zu ermöglichen. Jedoch werden der Übersichtlichkeit halber lediglich beispielhafte Abschnitte der Zähne in 3 dargestellt. Obgleich vier Planetenräder 32 dargestellt werden, liegt für den Fachmann auf der Hand, dass innerhalb des Schutzumfangs der beanspruchten Erfindung mehr oder weniger Planetenräder 32 vorgesehen sein können. Praktische Anwendungen eines epizylischen Planetengetriebes 30 umfassen allgemein mindestens drei Planetenräder 32.
  • Das in 2 und 3 beispielhaft dargestellte epizyklische Planetengetriebe 30 ist ein Planetengetriebe, bei dem der Planetenträger 34 über Gestänge 36 mit einer Ausgangswelle gekoppelt ist, wobei das Hohlrad 38 festgelegt ist. Jedoch kann eine beliebige andere geeignete Art von Planetengetrieben 30 verwendet werden. Als ein weiteres Beispiel kann das Planetengetriebe 30 eine Sternanordnung sein, bei der der Planetenträger 34 festgelegt gehalten wird, wobei gestattet wird, dass sich das Hohlrad (oder Außenrad) 38 dreht. Bei solch einer Anordnung wird der Fan 23 von dem Hohlrad 38 angetrieben. Als ein weiteres alternatives Beispiel kann das Getriebe 30 ein Differenzialgetriebe sein, bei dem gestattet wird, dass sich sowohl das Hohlrad 38 als auch der Planetenträger 34 drehen.
  • Es versteht sich, dass die in 2 und 3 gezeigte Anordnung lediglich beispielhaft ist und verschiedene Alternativen in dem Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung liegen. Lediglich beispielhaft kann eine beliebige geeignete Anordnung zur Positionierung des Getriebes 30 in dem Gasturbinentriebwerk 10 und / oder zur Verbindung des Getriebes 30 mit dem Gasturbinentriebwerk 10 verwendet werden. Als ein weiteres Beispiel können die Verbindungen (z. B. die Gestänge 36, 40 in dem Beispiel von 2) zwischen dem Getriebe 30 und anderen Teilen des Gasturbinentriebwerks 10 (wie z. B. der Eingangswelle 26, der Ausgangswelle und der festgelegten Struktur 24) einen gewissen Grad an Steifigkeit oder Flexibilität aufweisen. Als ein weiteres Beispiel kann eine beliebige geeignete Anordnung der Lager zwischen rotierenden und stationären Teilen des Gasturbinentriebwerks 10 (beispielsweise zwischen der Eingangs- und der Ausgangswelle des Getriebes und den festgelegten Strukturen, wie z. B. dem Getriebegehäuse) verwendet werden, und die Offenbarung ist nicht auf die beispielhafte Anordnung von 2 beschränkt. Beispielsweise ist für den Fachmann ohne weiteres erkenntlich, dass sich die Anordnung von Ausgang und Stützgestängen und Lagerpositionierungen bei einer Sternanordnung (oben beschrieben) des Getriebes 30 in der Regel von jenen, die beispielhaft in 2 gezeigt werden, unterscheiden würden.
  • Entsprechend dehnt sich die vorliegende Offenbarung auf ein Gasturbinentriebwerk mit einer beliebigen Anordnung der Getriebearten (beispielsweise sternförmig oder epizyklisch planetenartig), Stützstrukturen, Eingangs- und Ausgangswellenanordnung und Lagerpositionierungen aus.
  • Optional kann das Getriebe Neben- und / oder alternative Komponenten (z.B. den Mitteldruckverdichter und / oder einen Nachverdichter) antreiben.
  • Andere Gasturbinentriebwerke, bei denen die vorliegende Offenbarung Anwendung finden kann, können alternative Konfigurationen aufweisen. Beispielsweise können derartige Triebwerke eine alternative Anzahl an Verdichtern und / oder Turbinen und / oder eine alternative Anzahl an Verbindungswellen aufweisen. Als ein weiteres Beispiel weist das in 1 gezeigte Gasturbinentriebwerk eine Teilungsstromdüse 20, 22 auf, was bedeutet, dass der Strom durch den Bypasskanal 22 seine eigene Düse aufweist, die von der Triebwerkskerndüse 20 separat und davon radial außen ist. Jedoch ist dies nicht einschränkend und ein beliebiger Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann auch auf Triebwerke zutreffen, bei denen der Strom durch den Bypasskanal 22 und der Strom durch den Kern 11 vor (oder stromaufwärts) einer einzigen Düse, die als eine Mischstromdüse bezeichnet werden kann, vermischt oder kombiniert werden. Eine oder beide Düsen (ob Misch- oder Teilungsstrom) kann einen festgelegten oder variablen Bereich aufweisen. Obgleich sich das beschriebene Beispiel auf ein Turbofantriebwerk bezieht, kann die Offenbarung beispielsweise bei einer beliebigen Art von Gasturbinentriebwerk, wie z. B. bei einem Open-Rotor (bei dem die Fanstufe nicht von einer Triebwerksgondel umgeben wird) oder einem Turboprop-Triebwerk, angewendet werden. Bei einigen Anordnungen umfasst das Gasturbinentriebwerk 10 möglicherweise kein Getriebe 30.
  • Die Geometrie des Gasturbinentriebwerks 10 und Komponenten davon wird bzw. werden durch ein herkömmliches Achsensystem definiert, das eine axiale Richtung (die auf die Drehachse 9 ausgerichtet ist), eine radiale Richtung (in der Richtung von unten nach oben in 1) und eine Umfangsrichtung (senkrecht zu der Ansicht in 1) umfasst. Die axiale, die radiale und die Umfangsrichtung verlaufen senkrecht zueinander.
  • Ein Gasturbinentriebwerk 10, insbesondere im Zusammenhang mit einem Planetengetriebe 30, weist eine Vielzahl von Bauteilen mit rotierenden Elementen auf, wie z.B. die Welle 26, die durch mehrere - in den 1 bis 3 nicht näher beschriebene - Wälzlager gelagert wird. Auch weist das Planetengriebe 30 z.B. Gleitlager auf, die die Planetenräder 34 lagern.
  • Da ein Gasturbinentriebwerk 10 hohen Sicherheitsstandards unterliegt und lange Wartungsintervalle aufweist, ist eine Überwachung der Bauteile 3 (z.B. ein Wälzlager, ein Gleitlager) mit rotierenden Elementen 4 (z.B. einer Welle oder dem Innenring eines Wälzlagers) sinnvoll. Dazu weist eine Überwachungsvorrichtung 2 z.B. Piezoelemente auf, die im Bauteilbetrieb den bei mechanischen Schäden in einem Gleitlager oder einem Wälzlager auftretenden Körperschall detektieren können.
  • In der Ausführungsform gemäß der 4 sind vier Piezoelemente der Überwachungsvorrichtung 2 jeweils um 90° im Außenring eines Wälzlagers als Bauteil 3 angeordnet. Der Außenring steht dabei fest gegenüber dem Innenring des Wälzlagers 3 als rotierendem Element 4.
  • Mit den Piezoelementen der Überwachungsvorrichtung 2 kann z.B. ein überrollter Schaden eines Wälzkörpers detektiert werden, da dieser in charakteristischer Weise Körperschall abstrahlt.
  • Grundsätzlich sollte die Möglichkeit bestehen, die Funktion (Eigendiagnosefähigkeit) einer solchen Überwachungsvorrichtung 2 zu überprüfen.
  • Eine Überprüfung der Fehlererkennungsfunktion in einem realen Gasturbinentriebwerks 10 oder bei einem Zertifizierungslauf ist schwierig, da dazu z.B. defekte Lager mit unterschiedlichen Fehlern in ein Gasturbinentriebwerk 10 eingebaut werden müssten, was sehr aufwändig wäre.
  • Im Folgenden wird im Zusammenhang mit der 4 eine Ausführungsform einer Eigendiagnosefunktion 1 für eine solche Überwachungsvorrichtung 2 beschrieben.
  • Dazu ist im feststehenden Außenring des Wälzlagers 3 eine Anregungsvorrichtung 5 (Aktuator) angeordnet. Diese kann z.B. als aktiv angesteuertes Piezoelement ausgebildet sein. In der hier dargestellten Ausführungsform ist eine Anregungsvorrichtung 5 dargestellt, wobei grundsätzlich auch mehr als eine Anregungsvorrichtung 5 vorgesehen sein kann.
  • Die Anregungsvorrichtung 5 kann mindestens eine mechanische Anregung S in das Bauteil 3 abgeben, wobei die mindestens eine mechanische Anregung S charakteristisch für einen vorab bekannten mechanischen Schaden des Bauteils 3 ist. Die Anregungsvorrichtung 5 ist dabei mit einer Steuerungsvorrichtung 7 gekoppelt, in der insbesondere die charakteristischen mechanischen Anregungen S für die mechanischen Schäden gespeichert sind. So weisen Laufbahnschäden am Innenring, Laufbahnschäden am Außenring, Fremdkörperüberollungen, Kugelrisse oder Kugelausbrüche jeweils andere akustische Merkmale auf, die in Form von unterschiedlichen mechanischen Anregungen S in der Steuerungsvorrichtung 7 gespeichert sind.
  • Die mechanischen Anregungen S umfassen somit Frequenzen, Amplituden und periodische Eigenschaften, die aus Vorversuchen bekannt sind. Die aus den Anregungen resultierenden Frequenzen der Einhüllenden der Eigenschwingungen werden z.B. stark von der Umdrehungsgeschwindigkeit des rotierenden Elements 4, hier des Innenrings des Wälzlagers 3, abhängen.
  • Durch die Anregungsvorrichtung 5 erfolgt z.B. eine definierte Anregung der Eigenfrequenzen der Lagerstruktur. Damit kann geprüft werden, ob die Mittel zur frühzeitigen Erkennung von Schäden tatsächlich funktionieren.
  • Ferner weist die dargestellte Ausführungsform der Vorrichtung zur Eigendiagnose 1 eine Vergleichsvorrichtung 6 auf, mit der eine mechanische Signalantwort T (d.h. Körperschall) des Bauteils 3 auf die eingebrachten mechanischen Anregungen S mit aus vergangenen Fehlerfällen abgespeicherten Daten verglichen werden kann.
  • Damit kann festgestellt werden, ob die durch die Anregungsvorrichtung 5 aufgegebenen mechanischen Anregungen S mit den nachgestellten Fehlersignaturen aus den mechanischen Schadensereignissen von der Überwachungsvorrichtung 3 als Schadensereignisse erkannt werden.
  • Die Überwachungsvorrichtung 3 kann dabei insbesondere ausgebildet sein, in einem Gasturbinentriebwerk 10 verwendet zu werden. Demnach ist auch eine entsprechende Eigendiagnosevorrichtung 1 entsprechend eingerichtet und ausgebildet, da z.B. die Anregungsvorrichtung 5 und die mechanischen Anregungen S auf den Betrieb in Gasturbinentriebwerken 10 abgestimmt sind.
  • So ist es möglich, die Vorrichtung zur Eigendiagnose 1 in ein Gasturbinetriebwerk 10 einzubauen, so dass diese z.B. während des Betriebs eine Eigendiagnose der Überwachungseinheit durchführen kann.
  • In 5 ist eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Eigendiagnose 1 für ein Gleitlager 3 dargestellt. Das Gleitlager ist hier ein gegenüber der Welle 4 feststehendes Bauteil 3. Grundsätzlich ist die Beschreibung zur Ausführungsform gemäß 4 auch auf diese Ausführungsform anwendbar.
  • Bei dem Gleitlager 3 werden Schwingungen von Mischreibungsereignissen (z.B. auf Grund einer fehlerhaften Schmierung) nachgestellt. Die mechanischen Anregungsmechanismen sind bei Slip-Stick anders ausgebildet als z.B. bei der Anregung durch Schäden, die im Zusammenhang mit der 4 beschrieben sind.
  • Die Funktion und die Güte der Überwachung kann dabei durch eine Vorrichtung zur Eigendiagnose 1 für eine Überwachungsvorrichtung 2 beurteilt werden. Dazu werden von der Anregungsvorrichtung 5 gezielt mechanische Anregungen S abgegeben, wobei die mechanische Antwort in Form der Schallsignale T von der Überwachungsvorrichtung 2 aufgenommen wird. Die Auswertung erfolgt dann analog zur Ausführungsform gemäß der 4.
  • Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist und verschiedene Modifikationen und Verbesserungen vorgenommen werden können, ohne von den hier beschriebenen Konzepten abzuweichen. Beliebige der Merkmale können separat oder in Kombination mit beliebigen anderen Merkmalen eingesetzt werden, sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen; und die Offenbarung dehnt sich auf alle Kombinationen und Unterkombinationen eines oder mehrerer Merkmale, die hier beschrieben werden, aus und umfasst diese.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Vorrichtung zur Eigendiagnose
    2
    Überwachungsvorrichtung für Bauteil
    3
    Bauteil
    4
    rotierendes Element des Bauteils
    5
    Anregungsvorrichtung
    6
    Vergleichsvorrichtung
    7
    Erzeugungsvorrichtung Anregungssignal
    9
    Hauptdrehachse
    10
    Gasturbinentriebwerk
    11
    Kerntriebwerk
    12
    Lufteinlass
    14
    Niederdruckverdichter
    15
    Hochdruckverdichter
    16
    Verbrennungseinrichtung
    17
    Hochdruckturbine
    18
    Bypassschubdüse
    19
    Niederdruckturbine
    20
    Kernschubdüse
    21
    Triebwerksgondel
    22
    Bypasskanal
    23
    Fan
    24
    stationäre Stützstruktur
    26
    Welle
    27
    Verbindungswelle
    28
    Sonnenrad
    30
    Getriebe
    32
    Planetenräder
    34
    Planetenträger
    36
    Gestänge
    38
    Hohlrad
    40
    Gestänge
    R
    Rotation
    S
    mechanisches Signal der Anregungsvorrichtung
    T
    mechanische Signalantwort des Bauteils

Claims (16)

  1. Vorrichtung zur Eigendiagnose (1) einer Überwachungsvorrichtung (2) eines Bauteils (3) mit einem rotierenden Element (4), wobei die Überwachungsvorrichtung (2) eingerichtet und ausgebildet ist, mechanische Schäden des Bauteils (3) im Bauteilbetrieb zu erkennen, gekennzeichnet durch mindestens eine Anregungsvorrichtung (5) zur Abgabe mindestens eines mechanischen Signals (S) in das Bauteil (3), wobei das mindestens eine mechanische Signal (S) charakteristisch für einen vorab bekannten möglichen mechanischen Schaden des Bauteils (3) ist, und eine Vergleichsvorrichtung (6) für den Vergleich der mechanischen Signalantwort (T) des Bauteils (3) mit Betriebsdaten.
  2. Vorrichtung zur Eigendiagnose nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (3) als Zahnrad, Wälzlager, insbesondere als Kugellager, als Zylinderlager, als Kegelrollenlager, als Tonnenlager, als Nadellager, als Schrägkugellager, oder als Gleitlager ausgebildet ist.
  3. Vorrichtung zur Eigendiagnose nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das rotierende Element (4) eine Welle, ein Zahnrad, ein Teil einer Welle, ein Teil eines Gleitlagers oder ein Teil eines Wälzlagers ist.
  4. Vorrichtung zur Eigendiagnose nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anregungsvorrichtung (5) in einem im Betrieb relativ zum Bauteil (3) feststehenden Element, insbesondere einer Ringstruktur eines Wälzlagers (3), insbesondere einem Außenring, angeordnet ist.
  5. Vorrichtung zur Eigendiagnose nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mechanisch eingebrachte Signal (S) dem Signal entspricht, das bei einem Schaden eines Zahns eines Zahnrades, einem Mischreibungsereignis in einem Gleitlager, einem Kugelschaden in einem Wälzlager (3), einem Innenringschaden eines Wälzlagers (3), einem Außenringschaden eines Wälzlagers (3) und / oder einer Überrollung eines Fremdkörpers im Wälzlager (3) entsteht.
  6. Vorrichtung zur Eigendiagnose nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mechanisch eingebrachte Signal (S) ein periodisch auftretendes Signal ist, wobei die Periodizität insbesondere an die Drehzahl des rotierenden Elements (4) gekoppelt ist.
  7. Vorrichtung zur Eigendiagnose nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mechanisch eingebrachte Signal (S) ein Körperschallsignal oder ein Vibrationssignal ist.
  8. Vorrichtung zur Eigendiagnose nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch das mechanisch eingebrachte Signal (S) mindestens eine Eigenfrequenz des Bauteils (3) anregbar ist.
  9. Vorrichtung zur Eigendiagnose nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Anregungsvorrichtung (4) ein piezoelektrisches Element, ein pneumatisches und / oder hydraulisches Element zur Erzeugung des mechanischen Signals (S) aufweist.
  10. Vorrichtung zur Eigendiagnose nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsvorrichtung (2) besonders eingerichtet und ausgebildet ist, um ein Bauteil (3) eines Gasturbinentriebwerks (10) zu überwachen.
  11. Verfahren zur Eigendiagnose einer Überwachungsvorrichtung (2) eines Bauteils (3) mit einem rotierenden Element (4), wobei die Überwachungsvorrichtung (2) eingerichtet und ausgebildet ist, mechanische Schäden des Bauteils (3) im Bauteilbetrieb zu erkennen, gekennzeichnet durch a) die Abgabe eines mechanischen Signals (S) in das Bauteil (3) durch mindestens eine Anregungsvorrichtung (5), wobei das mindestens eine mechanische Signal (S) charakteristisch für einen vorab bekannten mechanischen Schaden des Bauteils (3) ist, und b) einen Vergleich einer mechanischen Signalantwort (T) des Bauteils (3) mit Betriebsdaten durch eine Vergleichsvorrichtung (6).
  12. Verfahren zur Eigendiagnose nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das mechanische Signal (S) dem Signal entspricht, das bei einem Schaden eines Zahns eines Zahnrades, einem Mischreibungsereignis in einem Gleitlager, einem Kugelschaden in einem Wälzlager (3), einem Innenringschaden eines Wälzlagers (3), einem Außenringschaden eines Wälzlagers (3) und / oder einer Überrollung eines Fremdkörpers im Wälzlager (3) auftritt.
  13. Verfahren zur Eigendiagnose nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das mechanische Signal (S) als ein periodisch auftretendes Signal in das Bauteil (3) eingebracht wird, wobei insbesondere die Periodizität an die Drehzahl des rotierenden Elements (4) gekoppelt ist.
  14. Verfahren zur Eigendiagnose nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das mechanische Signal (S) ein Körperschallsignal oder ein Vibrationssignal ist.
  15. Verfahren zur Eigendiagnose nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass durch das mechanische Signal (S) mindestens eine Eigenfrequenz des Bauteils (3) anregbar ist.
  16. Gasturbinentriebwerk (10) für ein Luftfahrzeug, das Folgendes umfasst: ein Kerntriebwerk (11), das eine Turbine (19), einen Verdichter (14) und eine die Turbine mit dem Verdichter verbindende Kernwelle (26) umfasst; einen Fan (23), der stromaufwärts des Kerntriebwerks (11) positioniert ist, wobei der Fan (23) mehrere Fanschaufeln umfasst; und ein Getriebe (30), das von der Kernwelle (26) antreibbar ist, wobei der Fan (23) mittels des Getriebes (30) mit einer niedrigeren Drehzahl als die Kernwelle (26) antreibbar ist, wobei mindestens ein rotierendes Element (4, 26) mit einer Vorrichtung zur Eigendiagnose nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10 gekoppelt ist.
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