DE102019209605A1

DE102019209605A1 - Vorrichtung zum Detektieren eines Defekts einer rotierenden Anordnung

Info

Publication number: DE102019209605A1
Application number: DE102019209605.0A
Authority: DE
Inventors: Per-Erik Larsson
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2019-07-01
Filing date: 2019-07-01
Publication date: 2021-01-07
Also published as: US11397130B2; US20210003477A1; CN112240829A

Abstract

Eine Vorrichtung (1) zum Detektieren eines Defekts einer rotierenden Anordnung (2) ist offenbart, wobei die rotierende Anordnung (2) ein oder mehrere rotierende Elemente (4, 6) aufweist, wobei die Vorrichtung (1) aufweist: eine Messeinheit (8) zum Messen eines Parameters (P) der rotierenden Anordnung (2) über eine vordefinierte Zeitdauer, eine Berechnungseinheit (10) zum Berechnen eines Mittelwerts und einer Standardabweichung des Parameters (P) der vordefinierten Zeitdauer und zum Berechnen eines Schwellwertes basierend auf einer Summe des Mittelwerts und der Standardabweichung während der vordefinierten Zeitdauer, und eine Detektionseinheit (12) zum Detektieren eines Defekts durch Vergleichen eines aktuellen Werts des Parameters (P) mit dem berechneten Schwellwert, wobei die Berechnungseinheit (10) dazu ausgebildet ist, den berechneten Schwellwert unter Verwendung eines Stabilitätsfaktors anzupassen, wobei der Stabilitätsfaktor eine variable Funktion der Standardabweichung und des Mittelwerts ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Detektieren eines Defekts einer rotierenden Anordnung gemäß Patentanspruch 1 und auf ein Verfahren zum Detektieren eines Defekts einer rotierenden Anordnung gemäß Patentanspruch 7.
In einer rotierenden Anordnung, beispielsweise einem Lager, das ein oder mehrere rotierende Elemente, wie einen Lagerring, Wälzkörper oder einen Käfig, aufweist, ist es notwendig, die rotierende Anordnung, insbesondere die rotierenden Elemente, zu überwachen, um Defekte oder Ausfälle dieser Elemente zu detektieren. Solche Defekte können zu einem Ausfall der kompletten rotierenden Anordnung führen, was vermieden werden sollte. Heutzutage können die Verfahren und Vorrichtungen zum Detektieren solcher Defekte einen Schwellwert für einen Parameter der rotierenden Anordnung verwenden, wobei der Schwellwert basierend auf einer Standardabweichung und einem Mittelwert der Entwicklung des Parameters festgesetzt werden kann. Ein solches Festsetzen eines Schwellwerts kann während einer Lernperiode nach der Installation der rotierenden Anordnung initialisiert werden. Jedoch wurde beobachtet, dass in unterschiedlichen Anwendungen Störungen, beispielsweise Schwingungen, auftreten können, die zu einer instabilen Entwicklung des Parameterwertes führen können. Wenn die Entwicklung des Parameterwertes während des Festsetzens sehr stabil ist, kann ein Schwellwert auf einen Schwellwert festgesetzt werden, der sehr nahe an dem Mittelwert ist, was das Risiko von falschen Positiven erhöht, da bereits kleine Abweichungen den Schwellwert überschreiten und einen Defekt angeben würden. Wenn die Entwicklung des Parameterwertes sehr instabil ist, kann auf der anderen Seite der Schwellwert zu hoch festgesetzt werden, um Variationen aufgrund von Schwingungen zu kompensieren, was zu dem Risiko führt, dass Defekte nicht rechtzeitig detektiert werden.
Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung und Verfahren zum Detektieren eines Defekts einer rotierenden Anordnung für stabile sowie instabile Parametermessungen bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Detektieren eines Defekts einer rotierenden Anordnung mit einem oder mehreren rotierenden Elementen gemäß Patentanspruch 1 und durch ein Verfahren zum Detektieren eines Defekts einer rotierenden Anordnung gemäß Patentanspruch 7 gelöst.
Die rotierende Anordnung kann beispielsweise ein Lager sein, das ein oder mehrere rotierende Elemente, wie einen Lagerring, Wälzkörper oder einen Käfig, aufweist. Die Vorrichtung zum Detektieren eines Defekts der rotierenden Anordnung weist eine Messeinheit zum Messen eines Parameters der rotierenden Anordnung über eine vordefinierte Zeitdauer auf. Messen in diesem Kontext kann sich auf eine direkte Messung des Parameters oder auf eine Berechnung des Parameters unter Verwendung von anderen gemessenen Werten beziehen. Der Parameter kann irgendein Parameter der rotierenden Anordnung sein, der sich ändert, wenn ein Defekt auftritt.
Um in der Lage zu sein, einen Schwellwert für diesen Parameter zu definieren, der einen Defekt angibt, wenn er überschritten wird, weist die Vorrichtung eine Berechnungseinheit zum Berechnen des Schwellwerts auf. Für diesen Zweck berechnet die Berechnungseinheit einen Mittelwert und eine Standardabweichung des Parameters, der über die vordefinierte Zeitdauer gemessen wird, und berechnet dann den Schwellwert basierend auf einer Summe des Mittelwerts und der Standardabweichung während der vordefinierten Zeitdauer. Der Mittelwert kann als der Mittelwert aller Werte des Parameters während der vordefinierten Zeitdauer berechnet werden. Die Standardabweichung kann als die Quadratwurzel der Varianz der Parameterwerte während der vordefinierten Zeitdauer berechnet werden.
Nachdem der Schwellwert festgesetzt ist, kann eine Detektionseinheit einen Defekt durch Vergleichen eines aktuellen Werts des Parameters P mit dem berechneten Schwellwert detektieren.
Um sicherzustellen, dass der berechnete Schwellwert hoch genug ist, um falsche Positive zu vermeiden, und niedrig genug ist, um falsche Negative zu vermeiden, ist die Berechnungseinheit dazu ausgebildet, den berechneten Schwellwert unter Verwendung eines Stabilitätsfaktors anzupassen. Der Stabilitätsfaktor ist eine variable Funktion der Standardabweichung und des Mittelwerts. Der Stabilitätsfaktor kompensiert Oszillationen des gemessenen Parameters und stellt sicher, dass der angepasste Schwellwert hoch genug ist, um falsche Positive zu vermeiden, und niedrig genug ist, um falsche Negative zu vermeiden.
Gemäß einer Ausführungsform entspricht die vordefinierte Zeitdauer einer Lernperiode nach der Installation der rotierenden Anordnung. Die Lernperiode kann direkt nach der Installation stattfinden. Beispielsweise kann die Lernperiode stattfinden, bevor die rotierende Anwendung in echt verwendet wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Berechnungseinheit dazu ausgebildet, den Stabilitätsfaktor gemäß der Gleichung zu berechnen: $SF = 2-10*SDev ({CI}_{LP}) / Mean ({CI}_{LP})$
wobei SF der Stabilitätsfaktor ist, CI_LP die Parameterwerte während der Lernperiode sind, SDev(CI_LP) die Standardabweichung der Parameterwerte während der Lernperiode ist und Mean(CI_LP) der Mittelwert der Parameterwerte während der Lernperiode ist.
Um den Stabilitätsfaktor in einem Bereich zwischen -1 und 1 zu halten, kann eine Beschränkungsbedingung festgesetzt werden. Somit kann die Berechnungseinheit dazu ausgebildet sein, den Stabilitätsfaktor auf -1 zu setzen, wenn SDev(CI_LP)/Mean(CI_LP) ≥ 0,3, und den Stabilitätsfaktor auf 1 zu setzen, wenn SDev(CI_LP)/Mean(CI_LP) ≤ 0,1.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Berechnungseinheit dazu ausgebildet, den Schwellwert unter Verwendung eines Alarmempfindlichkeitsfaktors anzupassen. Ein solcher Alarmempfindlichkeitsfaktor kann verwendet werden, um den Schwellwert zu verfeinern. Der Alarmempfindlichkeitsfaktor kann verwendet werden, um zu definieren, ob auch kleine Abweichungen des gemessenen Parameters, die zu einem frühen Alarm führen, oder nur große Abweichungen des gemessenen Parameters, die zu einem späten Alarm führen, abgedeckt werden sollten. Der Alarmempfindlichkeitsfaktor kann abhängig von der rotierenden Anordnung oder irgendeinem Benutzerwunsch angepasst werden.
Der Schwellwert kann somit gemäß der folgenden Gleichung festgesetzt werden: $TP= (AS+SF) * SDev ({CI}_{LP}) + Mean ({CI}_{LP}),$
wobei AS der Alarmempfindlichkeitsfaktor ist. Der Empfindlichkeitsfaktor kann beispielsweise zwischen 3 und 10 sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Detektieren eines Defekts einer rotierenden Anordnung bereitgestellt. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Messen eines Parameters der rotierenden Anordnung über eine vordefinierte Zeitdauer, Berechnen eines Mittelwerts und einer Standardabweichung des Parameters der vordefinierten Zeitdauer, Berechnen eines Schwellwertes basierend auf einer Summe des Mittelwerts und der Standardabweichung während der vordefinierten Zeitdauer und Detektieren eines Defekts durch Vergleichen eines aktuellen Werts des Parameters mit dem berechneten Schwellwert, wobei das Verfahren des Weiteren das Anpassen des berechneten Schwellwertes unter Verwendung eines Stabilitätsfaktors aufweist, wobei der Stabilitätsfaktor eine variable Funktion der Standardabweichung und des Mittelwerts ist.
Die Ausführungsformen und Merkmale, die mit Bezugnahme auf die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung beschrieben sind, gelten entsprechend für das Verfahren der vorliegenden Erfindung.
Gemäß einem weiteren Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Computerprogrammprodukt, das einen Programmcode zum Ausführen des oben beschriebenen Verfahrens aufweist, wenn es auf zumindest einem Computer ausgeführt wird.
Ein Computerprogrammprodukt, wie beispielsweise ein Computerprogrammmittel, kann als eine Speicherkarte, ein USB-Stick, eine CD-ROM, eine DVD oder als eine Datei verkörpert werden, die von einem Server in einem Netzwerk heruntergeladen werden kann. Beispielsweise kann eine solche Datei bereitgestellt werden, indem die Datei, die das Computerprogrammprodukt aufweist, von einem kabellosen Kommunikationsnetzwerk übertragen wird.
Weitere Vorteile und bevorzugte Ausführungsformen sind in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Figuren offenbart. Es sollte des Weiteren beachtet werden, dass ein Fachmann die vorliegenden Merkmale individuell betrachten oder verwenden kann oder die vorliegenden Merkmale anderweitig als angegeben kombinieren kann, ohne den Schutzumfang der Erfindung auszudehnen.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung mittels Ausführungsformen beschrieben, die in den Figuren gezeigt sind. Die gezeigten Ausführungsformen sind lediglich beispielhaft und sind nicht dazu gedacht, den Schutzumfang zu beschränken. Der Schutzumfang ist lediglich durch die angehängten Ansprüche definiert.

1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Vorrichtung zum Detektieren eines Defekts einer rotierenden Anordnung.

Im Folgenden werden gleiche oder ähnlich wirkende Elemente mit denselben Bezugszeichen angegeben.
1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum Detektieren eines Defekts einer rotierenden Anordnung 2. Die rotierende Anordnung 2 kann irgendeine Art von rotierender Anordnung sein, beispielsweise ein Lager, das ein oder mehrere rotierende Elemente 4, 6, wie Lagerringe, Wälzkörper oder Lagerkäfige, aufweist. Der Defekt der rotierenden Anordnung 2 kann ein Defekt von einem der rotierenden Elemente 4, 6 sein.
Die Vorrichtung 1 weist eine Messeinheit 8 zum Messen eines Parameters P der rotierenden Anordnung 2 über eine vordefinierte Zeitdauer auf. Die vordefinierte Zeitdauer kann eine Lernperiode sein, die direkt nach der Installation der rotierenden Anordnung 2 stattfindet. Der Parameter P kann irgendeine Art von Parameter sein, der zum Detektieren eines Defekts verwendet werden kann.
Um einen Schwellwert für den Parameter festzusetzen, ist eine Berechnungseinheit 10 dazu ausgebildet, einen Mittelwert und eine Standardabweichung des Parameters P der vordefinierten Zeitdauer zu berechnen. Die Berechnungseinheit 10 berechnet einen Schwellwert basierend auf einer Summe des Mittelwerts und der Standardabweichung. Um sicherzustellen, dass der berechnete Schwellwert hoch genug ist, um falsche Positive zu vermeiden, und niedrig genug ist, um falsche Negative zu vermeiden, ist die Berechnungseinheit 10 des Weiteren dazu ausgebildet, den berechneten Schwellwert unter Verwendung eines Stabilitätsfaktors zum Kompensieren von Oszillationen des gemessenen Parameters anzupassen. Der Stabilitätsfaktor ist eine variable Funktion der Standardabweichung und des Mittelwerts.
Zusätzlich kann die Berechnungseinheit 10 den Schwellwert unter Verwendung eines Alarmempfindlichkeitsfaktors verfeinern. Das Verwenden des Alarmempfindlichkeitsfaktors stellt die Möglichkeit bereit, unabhängig von dem Mittelwert und der Standardabweichung zu definieren, ob der Schwellwert einen frühen Alarm oder einen späten Alarm bereitstellen sollte. Der Alarmempfindlichkeitsfaktor kann abhängig von der rotierenden Anordnung oder irgendeinem Benutzerwunsch angepasst werden.
Nachdem der Schwellwert während der Lernperiode festgesetzt wurde, kann eine Detektionseinheit 12 einen Defekt unter Verwendung dieses Schwellwertes detektieren. Wenn ein aktueller Wert des Parameters P den Schwellwert überschreitet, wird die Detektionseinheit 12 einen Defekt durch Vergleichen des aktuellen Werts des Parameters P mit dem berechneten und angepassten Schwellwert detektieren.
Indem eine Vorrichtung zum Detektieren eines Defekts einer rotierenden Anordnung bereitgestellt wird, die, wie oben beschrieben ist, einen Stabilitätsfaktor verwendet, kann somit ein Festsetzen des Schwellwertes als ein zu hoher Schwellwert oder ein zu niedriger Schwellwert (aufgrund einer instabilen oder stabilen Entwicklung des Parameters während der Lernperiode) vermieden werden. Somit kann das Risiko einer falschen Detektion (falsche Positive oder falsche Negative) eines Defekts reduziert werden.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: rotierende Anordnung
4, 6: rotierendes Element
8: Messeinheit
10: Berechnungseinheit
12: Detektionseinheit
P: Parameter

Claims

Vorrichtung (1) zum Detektieren eines Defekts einer rotierenden Anordnung (2), wobei die rotierende Anordnung (2) ein oder mehrere rotierende Elemente (4, 6) aufweist, wobei die Vorrichtung (1) aufweist: eine Messeinheit (8) zum Messen eines Parameters (P) der rotierenden Anordnung (2) über eine vordefinierte Zeitdauer, eine Berechnungseinheit (10) zum Berechnen eines Mittelwerts und einer Standardabweichung des Parameters (P) der vordefinierten Zeitdauer und zum Berechnen eines Schwellwertes basierend auf einer Summe des Mittelwerts und der Standardabweichung während der vordefinierten Zeitdauer, und eine Detektionseinheit (12) zum Detektieren eines Defekts durch Vergleichen eines aktuellen Werts des Parameters (P) mit dem berechneten Schwellwert, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungseinheit (10) dazu ausgebildet ist, den berechneten Schwellwert unter Verwendung eines Stabilitätsfaktors anzupassen, wobei der Stabilitätsfaktor eine variable Funktion der Standardabweichung und des Mittelwerts ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die vordefinierte Zeitdauer einer Lernperiode nach der Installation der rotierenden Anordnung (2) entspricht.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Berechnungseinheit (10) dazu ausgebildet ist, den Stabilitätsfaktor gemäß SF = 2 - 10*SDev(CI_LP)/Mean(CI_LP) zu berechnen, wobei SF der Stabilitätsfaktor ist, CI_LP die Parameterwerte während der Lernperiode sind, SDev(CI_LP) die Standardabweichung der Parameterwerte während der Lernperiode ist und Mean(CI_LP) der Mittelwert der Parameterwerte während der Lernperiode ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei die Berechnungseinheit (10) dazu ausgebildet ist, den Stabilitätsfaktor auf -1 festzusetzen, wenn SDev(CI_LP)/Mean(CI_LP) ≥ 0,3, und den Stabilitätsfaktor auf 1 festzusetzen, wenn SDev(CI_LP)/Mean(CI_LP) ≤ 0,1.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Berechnungseinheit (10) dazu ausgebildet ist, den Schwellwert unter Verwendung eines Alarmempfindlichkeitsfaktors anzupassen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei die Berechnungseinheit (10) dazu ausgebildet ist, den Schwellwert gemäß TL = (AS + SF) * SDev(CI_LP) + Mean(CI_LP) anzupassen.
Verfahren zum Detektieren eines Defekts einer rotierenden Anordnung (2), wobei die rotierende Anordnung (2) ein oder mehrere rotierende Elemente (4, 6) aufweist, wobei das Verfahren aufweist: Messen eines Parameters (P) der rotierenden Anordnung (2) über eine vordefinierte Zeitdauer, Berechnen eines Mittelwerts und einer Standardabweichung des Parameters (P) der vordefinierten Zeitdauer, Berechnen eines Schwellwertes basierend auf einer Summe des Mittelwerts und der Standardabweichung während der vordefinierten Zeitdauer und Detektieren eines Defekts durch Vergleichen eines aktuellen Wertes des Parameters (P) mit dem berechneten Schwellwert dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ein Anpassen des berechneten Schwellwertes unter Verwendung eines Stabilitätsfaktors aufweist, wobei der Stabilitätsfaktor eine variable Funktion der Standardabweichung und des Mittelwerts ist.