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Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zur
frühzeitigen
Erfassung von Unwuchten und/oder Mangelschmierzuständen an
rotierenden Maschinenteilen mit mindestens einem Messsensor und
einem batterie- oder netzbetriebenen Messinstrument, das eine Leiterplatine
mit integrierten Schaltungen, Schnittstellen für den Messsensor sowie ein
Anzeige- und Bedienfeld aufweist, wobei der Messsensor eine von
dem Messinstrument mit Strom versorgte Schaltungsanordnung mit einem
ein- oder mehrachsigen Sensor für
die Aufnahme von Beschleunigungswerten und einen Analog/Digital-Wandler
zur Digitalisierung analoger Messsignale aufweist und wobei die
integrierten Schaltungen des Messinstrumentes die Stromversorgung
des Messsensors in vorgegebenen Intervallen lediglich kurzzeitig
freigeben und nach Erfassung aktueller Messwerte wieder unterbrechen.
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Eine Vorrichtung mit den eingangs
beschriebenen Merkmalen ist aus der Druckschrift
DE 203 02 454 bekannt. Die bekannte
Vorrichtung ist über Schnittstellen
an die elektronische Steuerung eines Schmierstoffspenders angeschlossen,
der das Maschinenteil mit Schmierstoff versorgt. Die Messvorrichtung
erlaubt eine zustandsorientierte Instandhaltung des Maschinenteils,
z. B. eines Wälzlagers, ohne
Anschluss an ein zentrales Überwachungssystem.
Die Messvorrichtung erkennt einen beginnenden Lagerdefekt oder einen
Mangelschmierungszustand. Der Schmierstoffspender, an den die Messvorrichtung
angeschlossen ist, behebt die Mangelschmierung bzw. verzögert bei
einem Lagerdefekt durch eine geeignete, von der elektronischen Steuerung
vorgegebene Zusatzschmierung den Schadensverlauf.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Messvorrichtung mit den eingangs beschriebenen Merkmalen anzugeben,
die sich durch eine ver besserte Erfassung von Unwuchten und/oder
Mangelschmierzuständen
an rotierenden Maschinenteilen auszeichnet.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass
die integrierten Schaltungen des Messinstruments über das
Bedienfeld anwählbare
Funktionen zur Betriebskalibrierung des Messinstruments und zur
Abgabe von Warnsignalen aufweisen,
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- wobei die Funktion zur Betriebskalibrierung die Erfassung
von Beschleunigungsmesswerten am rotierenden Maschinenteil über einen
vorgegebenen Zeitraum hinweg, eine Mittelwertbildung der hierbei
erfassten Beschleunigungsmesswerte sowie eine Abspeicherung des
Mittelwerts als Betriebskalibrierwert umfasst und
- wobei die nach Festlegung des Betriebskalibrierwertes aktivierte
weitere Funktion Warnsignale abgibt, sofern die von dem Sensor gemessenen
Beschleunigungswerte einen Grenzwert, der aus dem Produkt des Betriebskalibrierwertes
mit einem über
das Bedienfeld einstellbaren Multiplikator gebildet wird, überschreitet.
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Erfindungsgemäß wird bei der Betriebskalibrierung
ein definierter Sollzustand des rotierenden Maschinenteiles bestimmt,
mit dem die aktuellen Messwerte während des Betriebes verglichen
werden. Der über
das Bedienfeld einstellbare Multiplikator weist einen Wert größer als
100 % auf und kann an den jeweiligen Anwendungsfall angepasst werden.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
kann beispielsweise eine durch Verschmutzung hervorgerufene Unwucht
an einem Ventilator, z. B. in einem Zementwerk, frühzeitig
durch die Warnsignale angezeigt werden, so dass eine Reinigung durchgeführt werden
kann, bevor es zu Beschädigungen
des Ventilators durch die Unwucht kommt. Ferner können beispielsweise
bei der Überwachung
von Wälzlagern frühzeitig
Maßnahmen getroffen
werden, um den durch die Messvorrichtung angezeigten Mangelschmierzustand
zu beheben, z. B. durch eine außerplanmäßige Sonderschmierung
des Wälzlagers.
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Vorzugsweise weisen die integrierten
Schaltungen des Messinstrumentes einen Schaltungsalgorithmus für eine Alarmfunktion
auf, die ein im Anzeigefeld erscheinendes Alarmsignal abgibt, sofern
die Beschleunigungsmesswerte in mehreren aufeinanderfolgenden Messzyklen
den Grenzwert überschreiten.
Sofern hingegen der unmittelbar nach einer Warnung gemessene Beschleunigungsmesswert
wieder unterhalb des Grenzwertes liegt, wird die Warnung nicht mehr
angezeigt. Hierdurch wird vermieden, dass bereits durch eine einzelne
Messung, die unter Umständen
lediglich einen punktuellen Extremwert oder aber auch eine Fehlmessung
darstellt, ein Alarm ausgelöst
wird.
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Vorzugsweise weisen die integrierten
Schaltungen des Messinstrumentes eine über das Bedienfeld anwählbare Funktion
zur Ruhekalibrierung des Messinstrumentes auf, wobei die Funktion
zur Ruhekalibrierung die Erfassung von Beschleunigungsmesswerten
am ruhenden Maschinenteil über
einen vorgegebenen Zeitraum hinweg, eine Mittelwertbildung der hierbei
erfassten Beschleunigungsmesswerte sowie eine Abspeicherung dieses
Messwertes als Ruhekalibrierwert umfasst. Zur Ermittlung des Betriebskalibrierwertes
kann durch von den bei der Betriebskalibrierung ermittelten Beschleunigungsmesswerten
jeweils der Ruhekalibrierwert subtrahiert sowie der Betrag dieser
Differenz gebildet werden. Die Ermittlung des Betriebskalibrierwertes
erfolgt dann durch eine Mittelwertbildung dieser Beträge. Hierdurch
wird vermieden, dass sich betragsmäßig hohe positive und negative
Beschleunigungsmesswerte bei der Mittelung zur Bestimmung des Betriebskalibrierwertes
zufällig
kompensieren und ein Betriebskalibrierwert generiert wird, welcher
den gemessenen Schwingungsamplituden am rotierenden Maschinenteil
im Sollzustand nicht entspricht.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung
verfügen
die integrierten Schaltungen des Messinstrumentes über einen
Speicher, der eine chronologische Abspeicherung der Messwerte erlaubt,
welche über
ein an Schnittstellen des Messinstrumentes anschließbares Auslesegerät auslesbar sind.
Hierdurch kann die Historie des Zustandes des zu überwachenden
Maschinenteils einer weiteren Datenverarbeitung zugänglich gemacht
werden. Das Auslesegerät
ist zweckmäßigerweise
als tragbare Vorrichtung ausgebildet, die während eines Rundganges vom Überwachungspersonal
nacheinander an mehrere Messvorrichtungen angeschlossen werden kann.
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Vorzugsweise ist der zeitliche Abstand
zwischen der Erfassung zweier aufeinanderfolgender Messwerte über das
Bedienfeld einstellbar. Für
eine effektive Überwachung
ist es i. Allg. ausreichend, wenn der Abstand einige Minuten beträgt. In einigen Anwendungsfällen genügt auch
ein Abstand von mehr als 10 Minuten. Ein großer zeitlicher Abstand zwischen
zwei Messwerten trägt
zu einer langen Lebensdauer der Batterie des Messinstrumentes bei.
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Das Messinstrument kann Schnittstellen zum
Anschluss an eine elektronische Steuerung eines dezentralen elektromechanischen
Schmierstoffspenders aufweisen, der das Maschinenteil mit Schmierstoff
versorgt. Durch die Messvorrichtung erfasste Mangelschmierzustände können somit
mittels einer Sonderschmierung des Maschinenteils durch den Schmierstoffspender
beseitigt werden. Zu Beginn eines Lagerschadens kann ferner durch
diese Maßnahme
die Betriebsdauer des Lagers ggf. soweit verlängert werden, dass das Lager
erst beim nächsten
planmäßigen Stillstand
der Maschine ausgetauscht werden muss. Alternativ kann die Messvorrichtung
jedoch auch als Stand-Alone-Gerät
verwendet werden, das lediglich den Mangelschmierzustand eines Wälzlagers
oder ähnlichem
anzeigt, welcher ggf. durch eine manuelle Schmierung behoben wird.
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Vorzugsweise protokollieren die integrierten Schaltungen
des Messinstrumentes einen von dem Messsensor erfassten Messwert
als Ruhezustand des Maschinenteils, sofern der Messwert das Produkt
aus einem vorgegebenen Multiplikator und dem Betriebskalibrierwert
unterschreitet. Der Wert dieses Multiplikators beträgt weniger
als 100 %. Die Interpretation eines entsprechend niedrigen Messwertes als
Ruhezustand des Maschinenteils kann beispielsweise dazu genutzt
werden, die turnusmäßige Abgabe
von Schmierstoff zur Schmierung des Maschinenteiles durch den automatisch
arbeitenden Schmierstoffspender zu unterbinden. Der Messsensor kann ferner
zusätzlich
einen Temperatursensor aufweisen, mit dem ebenfalls Betriebsstörungen am
rotierenden Maschinenteil festgestellt werden können.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand
einer lediglich ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung ausführlich
erläutert.
Es zeigen schematisch:
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1 eine
erfindungsgemäße Messvorrichtung
zur frühzeitigen
Erfassung von Mangelschmierzuständen
an Wälzlagern,
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2 einen
vergrößerten Ausschnitt
aus der 1 und
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3 eine
Explosionsdarstellung eines Messsensors der erfindungsgemäßen Messvorrichtung.
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Die 1 zeigt
eine Messvorrichtung zur frühzeitigen
Erfassung von Mangelschmierzuständen
an zwei Wälzlagern 1,
die zur Lagerung einer Welle 2 dienen. Die Messvorrichtung
weist zwei Messsensoren 3 sowie ein batteriebetriebenes Messinstrument 4 auf.
Das Messinstrument 4 besitzt eine nicht dargestellte Leiterplatine
mit integrierten Schaltungen, Schnittstellen 5 für die Messsensoren 3 sowie
ein Anzeige- und Bedienfeld 6, 7. Zur Vermeidung fällen ist
die Batterie (nicht dargestellt) auf die Leiterplatine aufgelötet. Die
Messsensoren 3 weisen jeweils eine von dem Messinstrument 4 mit
Strom versorgte Schaltungsanordnung mit einem zweiachsigen Sensor 8 für die Aufnahme
von Beschleunigungswerten und einen nicht näher dargestellten Analog/Digital-Wandler
zur Digitalisierung analoger Messsignale auf (siehe 3). Die integrierten Schaltungen des
Messinstrumentes 4 geben die Stromversorgung der Messsensoren 3 in
vorgegebenen Intervallen lediglich kurzzeitig frei und unterbrechen
nach Erfassung aktueller Messwerte die Stromversorgung wieder. Die
integrierten Schaltungen des Messinstrumentes 4 weisen über das
Bedienfeld 7 anwählbare
Funktionen zur Betriebskalibrierung des Messinstrumentes und zur
Abgabe von Warnsignalen auf. Die Funktion zur Betriebskalibrierung
umfasst die Erfassung von Beschleunigungsmesswerten an den rotierenden
Maschinenteilen 1 über
einen vorgegebenen Zeitraum hinweg, eine Mittelwertbildung der hierbei
erfassten Beschleunigungsmesswerte sowie eine Abspeicherung des
Mittelwerts als Betriebskalibrierwert. Die nach Festlegung des Betriebskalibrierwertes
aktivierte weitere Funktion gibt über das Anzeigenfeld 6 (s. 2) und ggf. zusätzlich akustisch
Warnsignale ab, sofern die von dem Sensor gemessenen Beschleunigungswerte
einen Grenzwert, der aus dem Produkt des Betriebskalibrierwertes
mit einem über
das Bedienfeld einstellbaren Multiplikator gebildet wird, überschreitet.
Im Ausführungsbeispiel
können
durch Betätigung
von Tasten 9 auf dem Bedienfeld 7 wahlweise Multiplikatoren von
130 % bis 200 % eingegeben werden. Zweckmäßigerweise erfolgt die Betriebskalibrierung über einen
Zeitraum von beispielsweise einer Stunde hinweg. Da die Sensoren 8 für die Aufnahme
der Beschleunigungswerte zweiachsig ausgebildet sind, erfolgt für jede Achse
eine separate Ermittlung des Betriebskalibrierwertes.
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Die integrierten Schaltungen des
Messinstrumentes 4 weisen einen Schaltungsalgorithmus für eine Alarmfunktion
auf, die ein im Anzeigefeld 6 erscheinendes Alarmsignal
abgibt, sofern die Beschleunigungsmesswerte in mehreren auf einanderfolgenden
Messzyklen den Grenzwert überschreiten. Sofern
der unmittelbar nach einer Warnung ermittelte Beschleunigungsmesswert
wieder unterhalb des Grenzwertes liegt, wird hingegen kein Alarm
ausgelöst
und der Warnhinweis im Anzeigefeld erlischt. Die integrierten Schaltungen
des Messinstrumentes 4 weisen ferner eine über das
Bedienfeld 7 anwählbare Funktion
zur Ruhekalibrierung des Messinstrumentes auf. Die Ruhekalibrierung
wird vor der Betriebskalibrierung durchgeführt. Die Funktion zur Ruhekalibrierung
umfasst die Erfassung von Beschleunigungsmesswerten am ruhenden
Maschinenteil 1 über
einen vorgegebenen Zeitraum hinweg, eine Mittelwertbildung der hierbei
erfassten Beschleunigungsmesswerte sowie eine Abspeicherung dieses
Mittelwertes als Ruhekalibrierwert. Zur anschließenden Ermittlung des Betriebskalibrierwertes
wird von den bei der Betriebskalibrierung ermittelten Beschleunigungsmesswerten
jeweils der Ruhekalibrierwert subtrahiert sowie der Betrag dieser
Differenz gebildet. Anschließend
erfolgt die Ermittlung des Betriebskalibrierwertes durch eine Mittelwertbildung
dieser Beträge.
Diese Prozedur wird separat für
beide Achsen X, Y eines jeden Sensors 8 durchgeführt.
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Die integrierten Schaltungen des
Messinstrumentes 4 verfügen über einen
Speicher, der eine chronologische Abspeicherung der Messwerte erlaubt,
welche über
ein an Schnittstellen 10 des Messinstrumentes 4 anschließbares Auslesegerät (nicht dargestellt)
auslesbar sind. Der zeitliche Abstand zwischen der Erfassung von
zwei aufeinanderfolgenden Messwerten ist über das Bedienfeld 7 wahlweise auf
6 oder 12 Minuten einstellbar. Im Ausführungsbeispiel wird ein Alarmsignal
abgegeben, sofern die Beschleunigungswerte in fünf aufeinanderfolgenden Messzyklen
den Grenzwert überschreiten.
Das Messinstrument 4 weist Schnittstellen 11 zum
Anschluss an eine elektronische Steuerung eines dezentralen elektromechanischen
Schmierstoffspenders 12 auf, der die Wälzlager 1 mit Schmierstoff
versorgt. Alternativ kann die Messvorrichtung jedoch auch als Stand-Alone-Gerät eingesetzt
werden. In diesem Fall erfolgt beispielsweise lediglich eine Überwachung
der Wälzlager 1 und
ggf. eine Schmierung von Hand. Die Messvorrichtung kann auch zur Erfassung
von Unwuchten an rotierenden Maschinenteilen eingesetzt werden,
die beispielsweise durch eine Verschmutzung des Maschinenteils hervorgerufen
wird. Dies ist z. B. bei dem Einsatz von Lüftern in Zementwerken der Fall.
Die integrierten Schaltungen des Messinstrumentes 4 protokollieren einen
von den Messsensoren 3 erfassten Messwert als Ruhezustand
des Maschinenteils 1, sofern der Messwert das Produkt aus
einem vorgegebenen Multiplikator und dem Betriebskalibrierwert unterschreitet.
Dieser Multiplikator ist kleiner als 100 % und beträgt im Ausführungsbeispiel
70 %. Dem Schmierstoffspender 12 kann hierdurch angezeigt werden,
dass sich die zu überwachenden
Wälzlager 1 im
Ruhezustand befinden und eine turnusmäßige Schmierung der Wälzlager 1,
welche während
des regulären
Betriebes durchgeführt
wird, zurzeit nicht erforderlich ist. Die beiden Messsensoren 3 weisen im
Ausführungsbeispiel
zusätzlich
jeweils einen Temperatursensor auf, wobei die Messwerte der beiden Temperatursensoren
im Anzeigenfeld 6 dargestellt sind. Der Temperaturgrenzwert
für die
Auslösung
einer Warnung bzw. eines Alarms ist ebenfalls über das Bedienfeld 7 einstellbar
und beträgt
im Ausführungsbeispiel
maximal 100 °C.
Die erfindungsgemäße Messvorrichtung
eignet sich insbesondere für
rotierende Maschinenteile ohne Drehzahlregelung mit einer im Wesentlichen
konstanten Drehzahl zwischen 800 und 5.000 Umdrehungen pro Minute.
Die Messung der beiden Messsensoren 3 erfolgt geringfügig zeitlich
versetzt, im Ausführungsbeispiel
mit einem Abstand von wenigen Sekunden. Bei der Erfassung der Beschleunigungsmesswerte
werden Frequenzen bis 500 Hz berücksichtigt,
während
höher frequente Signale,
die bis 2000 Hz gemessen werden, herausgefiltert werden und daher
beim Vergleich von Soll- und Istzustand des rotierenden Maschinenteils
außer Betracht
bleiben.
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Die 3 zeigt
einen der beiden in 1 dargestellten
Messsensoren 3 in einer Explosionsdarstellung. Der Sensor 8 weist
eine Platine 13 auf, welche zweiachsig, und zwar in den
Koordinatenrichtungen X und Y, normal und parallel zur Wälzlagerachse
A Beschleunigungen von bis zu ± 2g
erfassen kann. Die Platine 13 ist mittels eines Stiftes 14 am Gehäuse 15 des
Messsensors 3 befestigt. Das Gehäuse 15 ist über ein
Gewinde 16 an der entsprechenden Messstelle befestigbar,
wobei über
eine Kontermutter 17 eine Sicherung der Schraubverbindung
erfolgt. Der Temperatursensor des Messsensors 3 ist in 3 nicht näher dargestellt.