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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Identifizieren eines Typs eines Lagers gemäß Patentanspruch 1. Die vorliegende Erfindung bezieht sich des Weiteren auf ein Verfahren zum Identifizieren eines Typs eines Lagers gemäß Patentanspruch 9.
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Lager werden in unterschiedlichen Arten von Maschinen, beispielsweise in rotierenden Maschinen, verwendet. Manchmal sind die eingebauten Lager den Kunden unbekannt. In einem solchen Fall ist es schwierig, ein Lager zu ersetzen und ein geeignetes Lager bereitzuhalten, wenn sich das Lager verschlechtert oder fehlerhaft ist. Des Weiteren gibt auch es einige Schwierigkeiten bei der Detektion und Analyse des Lagerzustands, wenn der Typ des Lagers unbekannt ist.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfache Möglichkeit zum Identifizieren eines bereits eingebauten Lagers bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Identifizieren eines Typs eines Lagers gemäß Patentanspruch 1 und ein Verfahren zum Identifizieren eines Typs eines Lagers gemäß Patentanspruch 9 gelöst.
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Die Vorrichtung kann eine Detektionseinheit zum Detektieren einer Schwingungsfrequenz des Lagers und eine Identifizierungseinheit zum Identifizieren des Typs des Lagers basieren auf der detektierten Schwingungsfrequenz aufweisen. Das Lager kann beispielsweise Teil einer Maschine sein. Die Vorrichtung kann Teil der Maschine sein oder kann außerhalb der Maschine angeordnet sein und kann mit der Maschine oder dem Lager für den Zweck der Identifizierung verbunden sein.
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Um die Schwingungsfrequenz zu detektieren, kann die Detektionseinheit die Maschine und/oder das Lager überwachen und kann die Schwingungsfrequenz direkt über die Schwingung des Lagers oder indirekt über eine Schwingung der Maschine detektieren.
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Wenn die Identifizierungseinheit den Typ des Lagers, d.h. die Lagerbezeichnung, basierend auf der detektierten Schwingungsfrequenz identifiziert hat, kann die Information über die Lagerbezeichnung verwendet werden, um eine genaue Diagnose des Lagers durchzuführen, da die spezifischen Eigenschaften des Lagers nun bekannt sind. Des Weiteren kann die Identifizierung des Typs des Lagers für verschiedene Schätzungen des Lagers verwendet werden, beispielsweise der Lebensdauer des Lagers oder irgendeines anderen Zustands des Lagers. Nachdem das Lager identifiziert wurde, kann zusätzlich die Identifizierung und der Typ des Lagers verwendet werden, um ein geeignetes Ersatzlager, wenn nötig, bereitzustellen. Wenn ein Ausfall oder eine Verschlechterung des Lagers auftritt, können des Weiteren die Informationen über die Lagerbezeichnung und die spezifischen Merkmale und Eigenschaften des Lagers für eine Prognose über die Ursache der Verschlechterung oder des Ausfalls verwendet werden. Insbesondere können die Lagerbezeichnung und das Wissen über die Ursache verwendet werden, um einzelne Teile des Lagers zu ersetzen.
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Die Schwingungsfrequenz kann einer Frequenz eines Wälzkörpers, der den inneren oder äußeren Laufring des Lagers passiert, einer Frequenz eines Dralls eines Wälzkörpers und/oder einer Schwingungsfrequenz der Maschine, in der das Lager integriert ist, entsprechen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Identifizierungseinheit dazu ausgebildet, die detektierte Schwingungsfrequenz mit mehreren Schwingungsfrequenzen, die in einer Datenbank gespeichert sind, zu vergleichen und den Typ des Lagers basierend auf dem Ergebnis des Vergleichs zu identifizieren.
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In einer Ausführungsform kann die Datenbank anstelle von Schwingungsfrequenzen die Abmessungen von mehreren Lagern enthalten. Basierend auf diesen Lagerabmessungen können die Lagerfrequenzen als eine Funktion einer Wellengeschwindigkeit der Maschine abgeleitet werden, und dann kann die Identifizierungseinheit die detektierte Schwingungsfrequenz mit den abgeleiteten Lagerfrequenzen vergleichen, um den Typ des Lagers zu identifizieren.
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Die Datenbank kann Teil der Vorrichtung sein oder kann entfernt zu der Vorrichtung angeordnet sein. Die Identifizierungseinheit kann mit der Datenbank beispielsweise über eine Funkverbindung kommunizieren. In der Datenbank können mehrere Schwingungsfrequenzen mit korrespondierenden Lagertypen gespeichert sein. Somit kann die Identifizierungseinheit die detektierte Schwingungsfrequenz mit mehreren Schwingungsfrequenzen vergleichen, und, wenn es eine identische gespeicherte Schwingungsfrequenz gibt, kann der korrespondierende Typ des Lagers als der Typ des vorliegenden Lagers identifiziert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform hat die detektierte Schwingungsfrequenz ein Schwingungsmuster und die Identifizierungseinheit ist dazu ausgebildet, das Schwingungsmuster mit mehreren Schwingungsmustern zu vergleichen.
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Zusätzlich oder alternativ kann die Datenbank mehrere Schwingungsmuster enthalten, wobei jedes Schwingungsmuster einem spezifischen Typ eines Lagers entspricht. In einem solchen Fall kann die Identifizierungseinheit ein Schwingungsmuster der detektierten Schwingungsfrequenz, d.h. eine spezifische Sequenz von Werten innerhalb der detektierten Schwingungsfrequenz, bestimmen und kann das bestimmte Schwingungsmuster mit den gespeicherten Schwingungsmustern vergleichen.
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Zum Erfassen des Schwingungssignals kann die Detektionseinheit einen Schwingungssensor aufweisen. Der Schwingungssensor kann zum Messen oder Erfassen der Schwingung der gesamten Maschine oder des Lagers innerhalb der Maschine verwendet werden. Der Schwingungssensor kann mit der Detektionseinheit über ein Kabel verbunden sein oder kann mit der Detektionseinheit über eine Funkverbindung kommunizieren.
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Eine bevorzugte Art des Durchführens der Identifizierung des Typs des Lagers kann auf einer Transformation des Schwingungssignals von dem Zeitbereich in den Frequenzbereich, beispielsweise unter Verwendung eines schnellen Fouriertransformationsalgorithmus, basieren.
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In diesem Fall weist die Vorrichtung des Weiteren eine Berechnungseinheit zum Transformieren des erfassten Schwingungssignals von dem Zeitbereich in den Frequenzbereich auf. Wenn das Signal in dem Frequenzbereich ist, kann die Identifizierungseinheit eine oder mehrere Frequenzen in dem Frequenzbereichssignal detektieren, die das Schwingungsmuster darstellen. In dem Frequenzbereich können die Signalfrequenzen einfacher detektiert werden als in dem Zeitbereich, da beispielsweise Rauschfrequenzen spezifiziert und eliminiert werden können.
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Insbesondere wenn sich der Zustand des Lagers verschlechtert, oder wenn das Lager stark belastet ist, wird es Indikatoren bei bestimmten Frequenzen in dem Frequenzbereich geben. Ein Mustervergleich kann mit den in dem Frequenzbereich identifizierten Frequenzen verwendet werden und kann dann mit einer bekannten Ablage von Lagerfrequenzen, die in der Datenbank gespeichert ist, verglichen werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Detektionseinheit dazu ausgebildet sein, zu entscheiden, ob sich das Lager verschlechtert oder belastet ist, und kann, wenn dies der Fall ist, die Schwingungsfrequenz des Lagers detektieren. Die Verschlechterung kann aufgrund des Auftretens einer spezifischen Schwingungsfrequenz bestimmt werden. Defekte oder verschlechterte Lager, oder ein stark belastetes Lager, zeigen ein harmonisches Schwingungsmuster mit einer Grundfrequenz, die einer charakteristischen Frequenz des Typs des Lagers entspricht.
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Wenn die vorgeschlagene Vorrichtung verwendet wird, ist es möglich, ein Lager, das bereits in einer Maschine eingebaut ist, zu identifizieren, ohne den spezifischen Typ des Lagers zu kennen. Mit der vorgeschlagenen Vorrichtung ist es nur notwendig, die Schwingungsfrequenz des Lagers ohne irgendwelche weiteren Kenntnisse zu detektieren. Die detektierte Schwingungsfrequenz kann dann mit gespeichert Frequenzen verglichen werden, die spezifischen Typen von Lagern entsprechen. Somit ist es möglich, ein Lager auch nach dem Einbau in einer Maschine zu identifizieren.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Identifizieren eines Typs eines Lagers, wobei das Verfahren ein Detektieren einer Schwingungsfrequenz des Lagers und ein Identifizieren des Typs des Lagers basierend auf der detektierten Schwingungsfrequenz aufweist.
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Noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Computerprogrammprodukt, das einen Computerprogrammcode aufweist, der dazu ausgebildet ist, eine Steuereinheit, z.B. einen Computer, und/oder einen Computer der oben diskutierten Vorrichtung zu veranlassen, die oben diskutierten Schritte durchzuführen. Die Datenbank kann auch durch das Computerprogramm implementiert werden.
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Das Computerprogrammprodukt kann als eine Speichervorrichtung, wie beispielsweise eine Speicherkarte, ein USB-Stick, eine CD-ROM, eine DVD, bereitgestellt werden und/oder kann eine Datei sein, die von einem Server, insbesondere einem entfernten Server, in einem Netzwerk heruntergeladen werden kann. Das Netzwerk kann ein kabelloses Kommunikationsnetzwerk zum Übertragen der Datei mit dem Computerprogrammprodukt sein.
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Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen sowie in der Beschreibung und den Figuren definiert. Dabei können Elemente, die in Kombination mit anderen Elementen beschrieben oder gezeigt sind, allein oder in Kombination mit anderen Elementen vorhanden sein, ohne von dem Schutzumfang abzuweichen.
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Im Folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei die Zeichnungen nur beispielhaft sind und nicht dazu gedacht sind, den Schutzumfang zu begrenzen. Der Schutzumfang ist nur durch die begleitenden Ansprüche definiert.
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Die Figuren zeigen:
- 1: eine schematische Ansicht eine Vorrichtung zum Identifizieren eines Typs eines Lagers.
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Im Folgenden sind dieselben oder ähnlich wirkende Elemente mit denselben Bezugszeichen angegeben.
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1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum Identifizieren eines Lagers 4, das Teil einer Maschine 2 sein kann. Das Lager 4 kann bereits in der Maschine 2 eingebaut sein, ohne Kenntnis über den Typ des Lagers 4.
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Um den Typ des Lagers 4 zu identifizieren, um beispielsweise einen geeigneten Ersatz für das Lager 4 zu finden, weist die Vorrichtung 1 die Detektionseinheit 6 auf. Die Detektionseinheit 6 kann eine Schwingungsfrequenz des Lagers 4 direkt detektieren oder kann die Schwingungsfrequenz des Lagers 4 indirekt über eine Schwingung der Maschine 2 detektieren. Zum Detektieren der Schwingungsfrequenz kann die Detektionseinheit 6 einen Schwingungssensor 8 aufweisen. Der Schwingungssensor 8 (obwohl außerhalb des Lagers 4 gezeigt) kann innerhalb des Lagers 4 zum Detektieren der Schwingungsfrequenz innerhalb des Lagers 4 angeordnet sein, kann an einem Gehäuse der Maschine 2, an einem Gehäuse des Lagers 4 oder innerhalb des Gehäuses des Lagers 4 angeordnet sein.
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Der Schwingungssensor 8 kann Schwingungen von unterschiedlichen Teilen des Lagers 4 erfassen, beispielsweise eine Schwingung, wenn ein Wälzlager 18 den inneren oder äußeren Laufring des Lagers 4 passiert, eine Frequenz eines Dralls eines Wälzkörpers 18 und/oder eine Schwingungsfrequenz der Maschine 2, in der das Lager integriert ist. Es sollte beachtet werden, dass, obwohl das Lager 4 als ein Kugellager mit einem Innenring 14, einem Außenring 16 und Kugeln 18 gezeigt ist, irgendeine andere Art von Lager 4 verwendet werden kann, beispielsweise ein Rollenlager, ein Kegelrollenlager oder ähnliches.
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Eine Identifizierungseinheit 10 der Vorrichtung 1 kann die erfasste Schwingungsfrequenz zum Identifizieren des Typs des Lagers 4 verwenden. Beispielsweise kann die Identifizierungseinheit 10 mit einer Datenbank 20 kommunizieren, um die detektierte Schwingungsfrequenz des Lagers 4 mit Schwingungsfrequenzen, die in der Datenbank 20 gespeichert sind, zu vergleichen. Jede gespeicherte Schwingungsfrequenz kann einem spezifischen Typ des Lagers entsprechen und die Identifizierungseinheit 10 kann den Typ des Lagers durch Durchführen eines Mustervergleichs zwischen der erfasste Schwingungsfrequenz und den gespeicherten Schwingungsfrequenzen identifizieren.
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In einer anderen Ausführungsform kann die Datenbank 20 die Abmessungen von mehreren Lagern enthalten. Basierend auf diesen Lagerabmessungen können die Lagerfrequenzen als eine Funktion einer Wellengeschwindigkeit der Maschine 2 abgeleitet werden. In diesem Fall vergleicht die Identifizierungseinheit 10 die detektierte Schwingungsfrequenz mit den abgeleiteten Lagerfrequenzen zum Identifizieren des Typs des Lagers 4.
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In einer weiteren Ausführungsform kann die Detektionseinheit 6 dazu ausgebildet sein, zu entscheiden, ob sich das Lager 4 verschlechtert oder es belastet ist, und kann, wenn dies der Fall ist, die Schwingungsfrequenz des Lagers 4 detektieren. Die Verschlechterung kann aufgrund des Auftretens einer spezifischen Schwingungsfrequenz bestimmt werden. Defekte oder verschlechterte Lager, oder ein stark belastetes Lager, zeigen ein harmonisches Schwingungsmuster mit einer Grundfrequenz, die einer charakteristischen Frequenz des Typs des Lagers entspricht. Des Weiteren kann die Identifizierungseinheit 10 zusätzlich zu dem Typ des Lagers 4 auch die Teile des Lagers 4 identifizieren, die möglicherweise ersetzt werden müssen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Schwingungssensor 8 die Schwingungsfrequenz als ein Schwingungssignal in dem Zeitbereich erfassen. Eine Berechnungseinheit 12 der Vorrichtung 1 kann das erfasste Schwingungssignal von dem Zeitbereich in den Frequenzbereich transformieren, beispielsweise unter Verwendung eines schnellen Fouriertransformationsalgorithmus. Basierend auf dem Frequenzbereichssignal kann die Identifizierungseinheit 10 eine oder mehrere Frequenzen in dem Frequenzbereichssignal detektieren, die ein Schwingungsmuster des Lagers 4 darstellen. Basierend auf diesem Schwingungsmuster kann die Identifizierungseinheit 10 das erfasste Schwingungssignal mit den gespeicherten Schwingungssignalen vergleichen und das Lager 4 identifizieren, wie oben beschrieben ist.
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Wenn die vorgeschlagene Vorrichtung verwendet wird, ist es zusammenfassend möglich, ein Lager, das bereits in einer Maschine eingebaut ist, ohne a priori-Wissen über den spezifischen Typ des Lagers zu identifizieren. Es ist nur notwendig, die Schwingungsfrequenz des Lagers zu detektieren, die dann mit gespeicherten Frequenzen verglichen werden kann, die spezifischen bekannten Typen von Lagern entsprechen. Somit ist es möglich, ein Lager auch nach dem Einbau in einer Maschine zu identifizieren.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Maschine
- 4
- Lager
- 6
- Detektionseinheit
- 8
- Schwingungssensor
- 10
- Identifizierungseinheit
- 12
- Berechnungseinheit
- 14
- Innenring
- 16
- Außenring
- 18
- Wälzkörper
- 20
- Datenbank
