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Die Erfindung betrifft Elastomer-Komponenten, wie beispielsweise Lager und Dämpfer, und ist insbesondere auf die Überwachung des Zustands von laminierten Elastomer-Lagern gerichtet, die in Drehflüglern verwendet werden.
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Stand der Technik
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Ein laminiertes Elastomer-Lager umfasst sowohl eine laminierte Elastomer-Einheit als auch Schnittstellenelemente, die an der laminierten Elastomer-Einheit befestigt sind. Die laminierte Elastomer-Einheit umfasst alternierend Elastomer-Schichten und steife Schichten, wie beispielsweise Metallschichten, die in einem Formungsvorgang zusammen vulkanisiert werden. Bei den meisten Gegebenheiten sind die Schnittstellenelemente ebenfalls ein Teil des Formungsvorgangs und werden folglich zusammen mit der laminierten Elastomer-Einheit vulkanisiert. Sowohl die Geometrie der Schichten als auch die der Schnittstellenelemente der Elastomer-Lager können abhängig von der Anwendung variieren.
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Elastomer-Lager werden beispielsweise in Drehflüglern, wie beispielsweise Helikopter, verwendet. Die Elastomer-Lager durchleben eine Veränderung in der Steifigkeit durch die Verwendung, das Alter und Umweltzustände. Die Elastomer-Einheit wird durch die relative Bewegung der Schnittstellenelemente in Scherung belastet. Dies kann zu Rissen in der Elastomer-Einheit führen und schließlich verursachen, dass sie ausfällt. Gegenwärtig basiert die Bestimmung der Intaktheit oder des Zustands dieser Lager rein auf visuellen Inspektionen.
US2005/0073111 - Elastomer-Element ausgestattet mit Überwachungsmitteln - beschreibt, wie ein Elastomer-Element mit Einteilungen auf seiner sichtbaren Fläche versehen wird, was es folglich möglich macht, die Ausbreitung eines Risses lediglich durch visuelle Inspektion auszuwerten und zu überwachen. Es gibt noch Raum für Verbesserungen.
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Zusammenfassung
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und ein System zum Überwachen der Intaktheit und des Zustands einer Elastomer-Komponente zu definieren.
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Die zuvor genannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein Intaktheits- und Zustandsüberwachungssystem einer Elastomer-Komponente gelöst. Gemäß der Erfindung umfasst das System zumindest einen Aktor, zumindest einen Sensor und zumindest eine Verarbeitungseinheit. Der zumindest eine Aktor wandelt elektrische Signale in eine physikalische Kraft um. Der Aktor kann ein Piezo-Aktor, wie beispielsweise ein Piezo-Stapelaktor, sein. Der zumindest eine Sensor ist dazu eingerichtet, eine oder mehrere physikalische Größen in elektrische Sensorsignale umzuwandeln. Der Sensor kann ein piezoelektrischer Beschleunigungsmesser sein. Der zumindest eine Sensor und der zumindest eine Aktor sind direkt oder indirekt an der Elastomer-Komponente befestigt. Die Verarbeitungseinheit steuert den zumindest einen Aktor, um mittels eines Aktor-Signals eine physikalische Kraft in die Elastomer-Komponente einzubringen. Danach nimmt die Verarbeitungseinheit ein Antwortsignal auf, das von dem zumindest einen Sensor empfangen wird, und analysiert das gespeicherte Antwortsignal, um dadurch zumindest einen Intaktheits- und Zustandsindikator zu bestimmen und zu speichern.
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In einigen Ausführungsformen bestimmt die Verarbeitungseinheit, ob die Elastomer-Komponente im Gebrauch ist oder nicht, indem die Sensorsignale analysiert werden, um Schwingungen zu identifizieren, die ein Anzeichen des Gebrauchs sind. Dies wird vorgenommen, um die Anzahl der Stunden, in denen die Elastomer-Komponente verwendet worden ist, zu beobachten, und den zumindest einen Intaktheits- und Zustandsindikator mit der Anzahl der Verwendungsstunden zu korrelieren. In anderen Ausführungsformen umfasst das System einen Schwingungsenergiegewinner. In diesen Ausführungsformen kann es vorteilhaft sein, wenn die Verarbeitungseinheit bestimmt, ob die Elastomer-Komponente im Gebrauch ist oder nicht, indem eine Ausgabe des Schwingungsenergiegewinners analysiert wird, ob sein Level Schwingungen entspricht, die ein Indikator des Gebrauchs sind. Dadurch kann ebenfalls die Anzahl der Stunden zu überwacht werden, die die Elastomer-Komponente verwendet wird, und auch der zumindest eine Intaktheits- und Zustandsindikator mit der Anzahl der Verwendungsstunden korreliert werden.
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Vorteilhafterweise verfolgt und analysiert die Verarbeitungseinheit mehrere gespeicherte Intaktheits- und Zustandsindikatoren über die Zeit, um zu bestimmen, ob die Elastomer-Komponente in einer Anfangszeitspanne, in einer Hauptverwendungszeitspanne oder in einer Endzeitspanne ihrer Lebensdauer ist, wobei jede Zeitspanne durch einen Intaktheits- und Zustandsmarker repräsentiert wird. Die Anfangszeitspanne hat eine Steifheitscharakteristik der Elastomer-Komponente, die langsam mit der Verwendung ansteigt/zunimmt. Die Hauptverwendungszeitspanne kann mehrere tausend Verwendungsstunden sein, wenn die Steifheit des Elastomers eine relativ begrenzte Varianz hat. Der Eintritt in die Endzeitspanne kann bestimmt werden, wenn bei der Verwendung ein zweiter langsamer Anstieg/zweite langsame Zunahme der Steifheit vorliegt. Die Elastomer-Komponente wird dann anfangen, das Ende ihrer Lebensdauer zu erreichen, wenn die Steifheit anfängt, zu fallen und weniger zu werden. Geeigneterweise führt die Verarbeitungseinheit eine Kalibrierung der Bestimmung der Hauptverwendungszeitspanne und der Endzeitspanne mittels der Bestimmung der Anfangszeitspanne durch. Die Verarbeitungseinheit kann bevorzugt den Intaktheits- und Zustandsmarker auf Warnung stellen, wenn die Endzeitspanne bestimmt wird. Die Verarbeitungseinheit kann dann auch einen Countdown-Zähler für ein Ende der Lebensdauer basierend auf einer abgeschätzten Anzahl der restlichen Verwendungsstunden hinzufügen, der die restliche Lebensdauer von dort herunterzählt, wo die Endzeitspanne bestimmt wurde. Vorteilhafterweise umfasst das System eine Kommunikationseinheit. Eine Kommunikationseinheit kann einen Intaktheits- und Zustandsmarker und/oder einen Intaktheits- und Zustandsindikator und/oder ein gespeichertes Antwortsignal optisch, über Drähte oder drahtlos kommunizieren. Die Kommunikationseinheit kann in einigen Ausführungsformen visuelle Mittel aufweisen, um die Intaktheit und den Zustand einer Elastomer-Komponente während einer visuellen Inspektion anzuzeigen und auch, um die Elastomer-Komponente zu identifizieren, was auch beispielsweise für eine Wartung nützlich ist.
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In einigen Ausführungsformen ist die Elastomer-Komponente eine laminierte Elastomer-Komponente. Bei diesen Ausführungsformen ist die laminierte Elastomer-Komponente dann manchmal ein Teil eines laminierten Elastomer-Lagers. Der zumindest eine Sensor und der zumindest eine Aktor sind dann direkt oder indirekt an dem laminierten Elastomer-Lager befestigt.
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Ein Intaktheits- und Zustandsindikator kann eine relative Steifheit der Elastomer-Komponente sein, ein anderer Intaktheits- und Zustandsindikator kann ein Dämpfungsverhältnis der Elastomer-Komponente sein.
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Das Aktor-Signal kann geeigneterweise ein Puls sein, um einen physikalischen Impuls in die Elastomer-Komponente zu induzieren. Das Antwortsignal ist dann eine Impulsantwortfunktion. In einigen Ausführungsformen ist das Aktor-Signal eine Frequenzmodulation, um eine variierende Frequenzanregung in die Elastomer-Komponente zu induzieren. In weiteren Ausführungsformen kann das Aktor-Signal zwischen einer Frequenzvariation und einem Puls sein.
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Die verschiedenen zusätzlichen Verbesserungen des Systems gemäß der Erfindung können in jeglicher gewünschten Weise kombiniert werden, solange keine widersprüchlichen Merkmale kombiniert werden.
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Die voranstehend genannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung auch durch ein Verfahren zum Beobachten der Intaktheit und des Zustands einer Elastomer-Komponente gelöst. Gemäß der Erfindung umfasst das Verfahren die Schritte eines Induzierens, Speicherns, Analysierens und Bestimmens. Bei dem Induzierschritt wird ein physikalischer Kraftimpuls in die Elastomer-Komponente mittels zumindest eines Aktors induziert, der direkt oder indirekt an der Elastomer-Komponente befestigt ist. In dem Speicherschritt wird eine Antwort, eine Impulsantwortfunktion, gespeichert. Die Impulsantwortfunktion ist die Antwort der Elastomer-Komponente auf den induzierten Impuls und wird mittels zumindest eines Sensors gemessen, der direkt oder indirekt an der Elastomer-Komponente befestigt ist. Der Analysierschritt analysiert die gespeicherte Impulsantwortfunktion. Der Bestimmungsschritt bestimmt zumindest einen Intaktheits- und Zustandsindikator anhand der in dem Analysierschritt vorgenommenen Analyse.
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Der zumindest eine Intaktheits- und Zustandsindikator kann eine relative Steifheit der Elastomer-Komponente und/oder ein Dämpfungsverhältnis der Elastomer-Komponente sein.
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In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner die Schritte eines Nachverfolgens und Bestimmens einer Zeitspanne. Der Nachverfolgungsschritt verfolgt mehrere bestimmte Intaktheits- und Zustandsindikatoren über die Zeit. Der Zeitspannenbestimmungsschritt bestimmt mittels der Nachverfolgung, ob die Elastomer-Komponente in einer Anfangszeitspanne, in einer Verwendungszeitspanne oder in einer Endzeitspanne der Verwendung ist.
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Die unterschiedlichen zusätzlichen Verbesserungen der Sensorlageranordnung gemäß der Erfindung können in jeglicher Weise kombiniert werden, solange keine widersprüchlichen Merkmale kombiniert werden.
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Ein Hauptzweck der Erfindung ist es, ein Mittel bereitzustellen, das im Vergleich zu einem reinen Verlassen auf visuelle Inspektionen fähig ist, Messwerte zuverlässig einzusetzen, die in einer Bestimmung des Zustands und/oder der verbleibenden brauchbaren Lebensdauer von Elastomer-Lagern assistieren können. Dies wird durch ein Intaktheits- und Zustandsüberwachungssystem einer Elastomer-Komponente gemäß der Erfindung erreicht. Das System umfasst einen Aktor, einen Sensor und eine Verarbeitungseinheit. Der Sensor und der Aktor müssen direkt oder indirekt an der Elastomer-Komponente befestigt sein. Der Aktor induziert einen Impuls oder möglicherweise eine Frequenzmodulation in die Elastomer-Komponente. Der Sensor misst die Antwort, die Impulsantwortfunktion. Die Verarbeitungseinheit analysiert die Impulsantwortfunktion und bestimmt einen Intaktheits- und Zustandsindikator. Dies wird wiederholt, und wenn genug Indikatoren bestimmt wurden, kann ein Intaktheits- und Zustandsmarker bestimmt werden, der erfasst, ob die Elastomer-Komponente in einer Anfangszeitspanne einer Verwendung, in einer Hauptverwendungszeitspanne oder in einer Endzeitspanne der Verwendung ist. Die Elastomer-Komponente kann eine laminierte Elastomer-Komponente sein, welche wiederum ein Teil eines laminierten Elastomer-Lagers ist.
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Andere Vorteile dieser Erfindung werden aus der ausführlichen Beschreibung offensichtlich.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird nun ausführlicher für erklärende und in keinem Sinne beschränkende Zwecke mit Bezug auf die folgenden Figuren beschrieben, in denen
- 1 ein Beispiel eines laminierten Elastomer-Lagers zeigt,
- 2 ein instrumentiertes laminiertes Elastomer-Lagers gemäß der Erfindung zeigt,
- 3 ein Blockdiagramm eines Aktors, Sensors und Signalverarbeitung und weitere Elektronik der Instrumentation eines Intaktheits- und Zustandsüberwachungssystems gemäß der Erfindung zeigt,
- 4 eine relative Steifheitskennlinie in einem Diagramm einer relativen Steifheit über die Zeit eines laminierten Elastomer-Lagers im Gebrauch während seiner Lebenszeit zeigt,
- 5 eine Antwortkennlinie in einer Frequenzdomäne zeigt, um die relative Steifheit eines Elastomer-Lagers zu bestimmen,
- 6 eine Antwortkennlinie in einer Frequenzdomäne zeigt, um eine Abschätzung einer Dämpfung in einem Elastomer-Lager zu bestimmen.
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Ausführliche Beschreibung
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Um das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung zu verdeutlichen, werden nun Beispiele ihrer ausführlich in Verbindung mit 1 bis 6 beschrieben.
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1 illustriert ein Beispiel eines laminierten Elastomer-Lagers 100. Es kann geeigneterweise zum Halten und Einhängen eines Blatts an einer Nabe eines Rotors für einen Drehflügler verwendet werden. Das Elastomer-Lager 100 umfasst eine laminierte Elastomer-Einheit 110, die im Wesentlichen ein Stapel aus Elastomeren 112 und starren Stärkeelementen 114 in der Form von kugelförmigen Kappen ist. Die Elastomer-Einheit 110 ist zwischen einem inneren Schnittstellenelement 116 und einem äußeren Schnittstellenelement 118 angeordnet. Die Schnittstellenelemente 116, 118 sind aufgrund der laminierten Elastomer-Einheit fähig, sich in Relation zueinander zu verdrehen und zu beugen, was das Elastomer 112 belastet. In diesem Beispiel ist das äußere Schnittstellenelement 118 ein radialer Träger, der an der Nabe befestigt ist, wobei außen relativ zu der Achse des Rotors ist, und das innere Schnittstellenelement 116 ist ein innerer Radialträger, der an einem Basisabschnitt eines entsprechenden Blatts gesichert ist. Das laminierte Elastomer-Lager wird verwendet, um etwas Bewegung, wie beispielsweise ein Neigen der Blätter, bereitzustellen, und um aufgrund der Bewegung, wie beispielsweise von Flatterbewegungen, die über ein Blatt auf den radial inneren Träger der Elastomer-Lager übertragen werden, eine Dämpfung bereitzustellen.
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Wie zuvor erwähnt, wird die Intaktheit eines laminierten Elastomer-Lagers üblicherweise durch eine visuelle Inspektion festgestellt. Feststellen, ob ein laminiertes Elastomer-Lager steif genug ist, um fähig zu sein, sich zurückzubiegen, und feststellen, ob es noch fähig ist, ungewünschte Schwingungen und Schocks heraus zu dämpfen, kann nicht durch eine visuelle Inspektion festgestellt werden. Die visuelle Inspektion ist nur fähig, zu bestimmen, ob es Risse oder andere visuelle Indikatoren gibt, dass sich die Intaktheit des laminierten Elastomer-Lagers sich verschlechtert.
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Gemäß der Erfindung ist es möglich, eine Intaktheits- und Zustandsüberwachung eines laminierten Elastomer-Lagers remote mittels zumindest eines Aktors und eines Sensors durchzuführen, der an oder innerhalb von einem oder beiden der Schnittstellenelemente befestigt ist. Indem das Lager einem bekannten induzierten Signal ausgesetzt wird, eine Antwort des Lagers auf dieses induzierte Signal aufgenommen wird und dann die Frequenzantwortfunktion, die eine messbare Größe ist, die sich auf den Eingang und Ausgang des Systems als eine Funktion seiner dynamischen Eigenschaften bezieht, analysiert wird, können die Intaktheit und der Zustand des Lagers bestimmt werden. Dies kann natürlich mit einer visuellen Inspektion kombiniert werden. Einige Ausführungsformen der Erfindung können eine LED umfassen, die sichtbar in/an dem Lager platziert ist, um dadurch fähig zu sein, auch visuell den gegenwärtigen Intaktheitszustand des Lagers anzuzeigen.
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2 illustriert ein instrumentiertes laminiertes Elastomer-Lager 201 gemäß der Erfindung. Als das laminierte Elastomer-Lager 100 der 1 umfasst dieses Lager auch eine laminierte Elastomer-Einheit 210 mit gestapelten Schichten von Elastomer-Elementen 212 und steifen Stärkeelementen 212, wobei die laminierte Elastomer-Einheit 210 zwischen einem inneren Schnittstellenelement 216 und einem äußeren Schnittstellenelement 218 verbunden ist. In dieser Ausführungsform sind ein Aktor 222 und ein Sensor 224 innerhalb des äußeren Schnittstellenelements 218 befestigt. Die Platzierung des Sensors und des Aktors ist nicht auf das eine oder das andere Schnittstellenelement beschränkt, sie können beide in oder an dem inneren Schnittstellenelement, oder sogar mit dem Sensor 224 in oder an einem Schnittstellenelement und der Aktor 222 in oder an dem anderen Schnittstellenelement befestigt sein. In anderen Ausführungsformen gibt es zwei oder mehrere Sensoren und/oder zwei oder mehrere Aktoren.
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Nur ein Sensor und ein Aktor müssen sich in oder an einem Schnittstellenelement befinden, während die weitere Elektronik irgendwo anders platziert werden kann. Es ist jedoch vorteilhaft, wenn zumindest einige der Elektroniken in der Nähe zu einem Sensor und einem Aktor, bevorzugt allen, platziert sind. Ein geeigneter Ort ist innerhalb eines der Schnittstellenelemente, beispielsweise nah zusammen an einem Sensor und einem Aktor, die so platziert sind, wie es in 2 dargestellt ist.
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3 zeigt ein Blockdiagramm des Aktors 322, des Sensors 324 und der Signalverarbeitung 332, 334, 336, 338, 340 und weiterer Elektroniken 345, 350, 352, 354 der Instrumentation eines Intaktheits- und Zustandsüberwachungssystems gemäß der Erfindung. Die Signalverarbeitung und Steuereinheit 340 ist der Mittelpunkt des Systems. Sie initiiert eine Messsequenz durch Senden eines Signals, wie beispielsweise eines Pulses/Impuls oder einer Frequenzmodulation an einen Leistungsverstärker 332, und das verstärkte Signal geht dann an den Aktor 322, welcher ein gestapelter piezoelektrischer Aktor sein kann. Der Aktor 322 ist bevorzugt derart angeordnet, dass eine erzeugte Kraft, sei es ein Impuls oder eine Frequenzmodulation, in die Richtung mit der geringsten Steifheit des Lagers, an dem es befestigt ist, gerichtet ist. Diese Kraft veranlasst das Lager, um seine Basis zu oszillieren. Die Antwort auf den Impuls oder die Frequenzmodulation wird durch den Sensor 324 aufgenommen/gemessen. Das Antwortsignal wird dann verstärkt/gepuffert 334, bevor es tiefpassgefiltert 336 wird, um sicherzustellen, dass der folgende A/D-Wandler 338 bei einer Abtastrate größer als das doppelte der höchsten Frequenz des tiefpassgefilterten Antwortsignals betrieben wird. Nach der A/D-Wandlung 338 wird das nun digitale Antwortsignal einer reinen digitalen Signalverarbeitung unterzogen. Die digitale Signalverarbeitung analysiert das digitale Antwortsignal sowohl in der Zeitdomäne als auch der Frequenzdomäne nach einer Fouriertransformation, geeigneterweise durch eine schnelle Fouriertransformation oder dergleichen. In der Zeitdomäne wird das Antwortsignal typischerweise als eine Amplitude in Relation zu der Zeit analysiert. In der Frequenzdomäne kann die Analyse beispielsweise in Relation zu einem oder mehreren aus Spektrum, Energiespektrum, Energiespektraldichte, Querenergiespektrum, Transferfunktion, Frequenzantwortfunktion (FRF) und Kohärenzfunktion sein.
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Die Messung und Analyse wird in gleichmäßigen Intervallen vorgenommen, wenn das laminierte Elastomer-Lager im Gebrauch ist, geeigneterweise vor und/oder nach einem Flug, wobei nachvollzogen wird, wann, da direkt nach einem Flug das Lager in den meisten Gegebenheiten eine höhere Temperatur erreicht, als es vor dem Flug hat. Es kann vorteilhaft sein, auch zur gleichen Zeit wie das Erfassen eines Antwortsignals, die Lagertemperatur zu messen, wobei geeigneterweise nahe an oder direkt an der laminierten Elastomer-Einheit gemessen wird. Geeigneterweise werden auch ein oder mehrere Umweltzustände wie beispielsweise Temperatur und Luftfeuchtigkeit gemessen.
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Wenn eine Antwortsignalmessung und -analyse vorgenommen wurde, kann das Ergebnis (die Ergebnisse) an eine zentrale Überwachungsstation mittels der Kommunikationseinheit 350 kommuniziert werden. Die Kommunikationseinheit überträgt das Ergebnis (die Ergebnisse) entweder mittels einer Drahtverbindung 354, welche wiederum später eine drahtlose Übertragung aufweisen kann, oder drahtlos 352. Wie erwähnt, kann die Kommunikationseinheit zusätzlich oder ausschließlich eine LED oder dergleichen aufweisen, um visuell den Zustand/die Intaktheit zu kommunizieren, die grün oder gar nichts für einen gesunden Zustand sein kann, wobei orange anzeigt, dass es Zeit ist, eine Wartung anzusetzen, und rot anzeigt, dass die Wartung sofort gemacht werden muss.
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Die Energieversorgung 345 kann einen oder mehrere Energiegewinner, Energiespeicher, Energieumwandler, Filter und eine externe Energieverbindung aufweisen. Energiegewinnung kann geeigneterweise eine Schwingungsenergiegewinnung sein. Energiespeicher kann eine konventionelle Batterie und/oder ein Superkondensator sein.
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Nur der Sensor 324 und der Aktor 322 müssen sich an oder in dem laminierten Elastomer-Lager befinden. Am vorteilhaftesten werden alle Elektroniken innerhalb des Lagers unter Verwendung einer drahtlosen Kommunikation mit einem möglichen Zusatz einer LED untergebracht. Falls sich viele laminierte Elastomer-Lager nahe zueinander befinden, ist es sehr nützlich, dass es möglich ist, einfach mittels einer LED identifizieren zu können, welches Wartung/Instandhaltung benötigt.
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4 zeigt eine relative Steifheitskennlinie 466 in einem Diagramm einer relativen Steifheit 462 über die Zeit 464 eines laminierten Elastomer-Lagers im Gebrauch während seiner Lebenszeit. Zum Beginn der Verwendung t1 491 gibt es einen Startpunkt einer anfänglichen Zunahme einer relativen Steifheit. Diese Zunahme der relativen Steifheit setzt sich bis t2 493 fort, was ein Ende des anfänglichen Anstiegs der relativen Steifheitsphase markiert und der Beginn einer langen Zeitspanne mit nur geringen Variationen bei der relativen Steifheit tritt bis t3 495 auf. Die Zeitspanne zwischen t2 493 und t3 495 ist üblicherweise im Bereich von Tausenden von Gebrauchsstunden. Bei t3 495 beginnt ein zweiter erfassbarer und bestimmbarer Anstieg der relativen Steifheit und hält bis t4 497 an. Nach dem Ende t4 497 des Endanstiegs der relativen Steifheit kommt das Ende der Lebensdauer t5 499, wenn die Steifheit mehr und mehr abnimmt, wenn das Lager sich verschlechtert. Tests haben gezeigt, dass von einem Zeitpunkt, an dem der Endanstieg der Steifheit bestimmt wurde, sind zwischen t3 495 und t4 497 ungefähr zwischen einhundert und ein paar hundert Stunden Verwendung übrig, bis das Ende bei t5 499 erreicht wird. Dies ist in den meisten Fällen ausreichend, um fähig zu sein, eine Ersatzwartung für das infrage kommende laminierte Elastomer-Lager anzusetzen.
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Die relative Steifheit kann auf verschiedene Arten bestimmt werden, wobei eine über die Integration der Antwort läuft und eine andere über Bestimmen und Nachverfolgen von resonanten Peaks in der Antwort läuft. 5 zeigt eine Antwortkennlinie 576 in der Frequenzdomäne mit Amplitude 572 zur Frequenz 574, um die relative Steifheit eines Elastomer-Lagers zu bestimmen. Zuerst wird in der Antwort eine Mittelfrequenz fc 586 eines resonanten Peaks bestimmt. Dann wird sie mit einer vorherigen Mittelfrequenz einer vorherigen Antwort verglichen. Falls sich die Mittelfrequenz fc 586 erhöht hat, ist das Elastomer-Lager steifer geworden, falls sie sich anderseits verringert hat 582, ist es weniger steif geworden.
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Wie voranstehend erwähnt, ist ebenfalls die Dämpfung des Elastomer-Lagers wichtig, um seine Intaktheit und seinen Zustand zu bestimmen. Die Dämpfung ist ein Einfluss auf ein oszillierendes System und charakterisiert seine Fähigkeit, Oszillationen zu reduzieren oder zu dämpfen. 6 zeigt eine Antwortkennlinie 676 in der Frequenzdomäne mit einer Amplitude 672 zu einer Frequenz 674, um eine Abschätzung der Dämpfung in einem Elastomer-Lager zu bestimmen. Zuerst wird in der Antwort eine Mittelfrequenz fc 696 eines resonanten Peaks bestimmt. Dann werden von einem Level von -3 dB 692 von einem Peak die zwei Frequenzen f1 694 und f2 698, die dem entsprechen, wo die -3 dB die Antwortkurve 676 kreuzen, zusammen mit der Mittelfrequenz fc 696 verwendet, um eine Abschätzung einer Dämpfrate des Elastomer-Lagers über (f2-fl)/(2fc) zu bestimmen.
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Die Erfindung basiert auf der grundlegenden erfinderischen Idee eines Induzieren eines Impulses in eine Elastomer-Komponente und anschließenden Analysierens der Impulsantwortfunktion über die Zeit. Die Erfindung ist nicht auf die voranstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann innerhalb des Umfangs der folgenden Ansprüche variiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1 zeigt ein Beispiel eines laminierten Elastomer-Lagers:
- 100
- laminiertes Elastomer-Lager
- 110
- laminierte Elastomer-Einheit
- 112
- Elastomer
- 114
- steifes Stärkeelement
- 116
- inneres Schnittstellenelement
- 118
- äußeres Schnittstellenelement
- 2 zeigt ein instrumentiertes laminiertes Elastomer-Lager gemäß der Erfindung:
- 201
- instrumentiertes laminiertes Elastomer-Lager gemäß der Erfindung
- 210
- laminierte Elastomer-Einheit
- 212
- Elastomer
- 214
- steifes Stärkeelement
- 216
- inneres Schnittstellenelement
- 218
- äußeres Schnittstellenelement
- 222
- Aktor
- 224
- Sensor
- 3 zeigt ein Blockdiagramm eines Aktors, eines Sensors und einer Signalverarbeitung und weitere Elektroniken der Instrumentierung eines Intaktheits- und Zustandsüberwachungssystems gemäß der Erfindung:
- 322
- Aktor
- 324
- Sensor
- 332
- Leistungsverstärker für den Aktor
- 334
- Sensorvorverstärker/puffer
- 336
- Tiefpassfilter, um die Bandbreite derart zu beschränken, dass ein folgender A/D-Wandler bei einer Abtastrate größer als die doppelte Bandbreite betrieben wird,
- 338
- Analog-zu-Digitalwandler, der bei einer Abtastrate arbeitet, die größer als die doppelte Bandbreite des Tiefpassfilters ist,
- 340
- Signalverarbeitung und Steuereinheit
- 345
- externe Energieversorgung, welche durch einen oder mehrere Energiegewinner vorgenommen werden kann, wie beispielsweise Schwingungsenergiegewinner, Energiespeicher, wie beispielsweise Batterie und/oder Superkondensator, Energiekonverter, Filter und Energieverbindung,
- 350
- Kommunikationseinheit
- 352
- Antenne für drahtlose Kommunikation
- 354
- Drähte oder optische Fasern für eine verdrahtete Kommunikation
- 4 zeigt eine relative Steifheitskurve in einem Diagramm der relativen Steifheit über die Zeit eines laminierten Elastomer-Lagers im Gebrauch während seiner Lebensdauer:
- 462
- relative Steifheit
- 464
- Zeit
- 466
- relative Steifheitskurve über die Lebenszeit eines laminierten Elastomer-Lagers im Gebrauch
- 491
- t1 Beginn der Verwendung, Beginn des anfänglichen Anstiegs der relativen Steifheit
- 493
- t2 Ende des anfänglichen Anstiegs der relativen Steifheit
- 495
- t3 Start des Endanstiegs der relativen Steifheit
- 497
- t4 Ende des Endanstiegs der relativen Steifheit
- 499
- t5 Ende der Lebensdauer
- 5 zeigt eine Antwortkennlinie in einer Frequenzdomäne, um die relative Steifheit eines Elastomer-Lagers zu bestimmen:
- 572
- Amplitude
- 574
- Frequenz
- 576
- Antwortkurve
- 582
- Frequenz der abnehmenden Mittelfrequenz
- 584
- Frequenz der ansteigenden Mittelfrequenz
- 596
- fc Mittelfrequenz.
- 6 zeigt eine Antwortkennlinie in der Frequenzdomäne, um eine Abschätzung der Dämpfung in einer Elastomer-Einheit zu bestimmen:
- 672
- Amplitude
- 674
- Frequenz
- 676
- Antwortkurve
- 692
- - 3 dB
- 694
- f1
- 696
- fc, Mittelfrequenz
- 698
- f2
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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