DE202016106888U1 - Device for condition monitoring - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zur Zustandsüberwachung eines Getriebeelements, umfassend eine Sensorvorrichtung (1) mit mindestens einem Sensorelement (2), wobei das mindestens eine Sensorelement (2) dazu vorgesehen ist, Zustandsgrößen zu erfassen, eine mit dem mindestens einen Sensorelement (2) verbundene Signalverarbeitungseinheit (3), die dazu vorgesehen ist, aus den Zustandsgrößen Messdaten zu generieren und an eine Auswerteinrichtung (4) weiterzuleiten, sowie eine Energieversorgungseinheit (5), die dazu vorgesehen ist, zumindest die Sensorvorrichtung (1) mit elektrischer Energie zu versorgen, wobei das mindestens eine Sensorelement (2) unmittelbar an einem Entstehungsort der Zustandsgrößen integriert ist oder zumindest mittelbar über ein Koppelmedium (6) mit dem Entstehungsort der Zustandsgrößen verbunden ist, um eine Signalqualität der zu erfassenden Zustandsgrößen zu verbessern.Device for condition monitoring of a transmission element, comprising a sensor device (1) with at least one sensor element (2), wherein the at least one sensor element (2) is provided to detect state variables, a signal processing unit (3) connected to the at least one sensor element (2) , which is intended to generate measurement data from the state variables and forward it to an evaluation device (4), and a power supply unit (5) which is provided to supply at least the sensor device (1) with electrical energy, wherein the at least one sensor element (2) is integrated directly at a place of origin of the state variables or at least indirectly via a coupling medium (6) is connected to the place of origin of the state variables in order to improve a signal quality of the state variables to be detected.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Zustandsüberwachung eines Getriebeelements, wobei die Vorrichtung insbesondere in einem Getriebe einer Windkraftanlage verwendbar ist. The invention relates to a device for condition monitoring of a transmission element, wherein the device is used in particular in a transmission of a wind turbine.

Bei Getrieben von Windkraftanlagen werden zur Zustandsüberwachung von Getriebeelementen Sensoren zur Messung unterschiedlicher Zustandsgrößen, wie beispielsweise Schwingungen, Temperaturen und Drehzahlen verwendet. Die Sensoren sind in der Regel an gut zugänglichen Stellen am Getriebegehäuse angebracht und mit Kabeln an einer Auswerteinrichtung angeschlossen, in der die Signale für unterschiedlichste Aufgaben weiterverarbeitet werden. Die Anordnung und Positionierung der Sensoren führt bei manchen Signalen zu einer Beeinträchtigung der Signalqualität, wobei dann insbesondere ein Signal-Rausch-Verhältnis schlecht ausfällt. Insbesondere bei Getrieben kommt es zur Überlagerung von Signalen verschiedenster Herkunft, wodurch sich das Signal-Rausch-Verhältnis verschlechtert. In transmissions of wind turbines sensors for measuring different state variables, such as vibrations, temperatures and speeds are used for condition monitoring of transmission elements. The sensors are usually mounted in easily accessible places on the gear housing and connected with cables to an evaluation device, in which the signals are processed for a wide variety of tasks. The arrangement and positioning of the sensors results in some signals to a deterioration of the signal quality, in which case in particular a signal-to-noise ratio is bad. In gearboxes, in particular, signals of various origins are superimposed, as a result of which the signal-to-noise ratio is impaired.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Zustandsüberwachung eines Getriebeelements zu schaffen, mit welcher insbesondere die Erfassung von Zustandsgrößen des Getriebeelements verbessert wird. The object of the present invention is to provide a device for condition monitoring of a transmission element, with which in particular the detection of state variables of the transmission element is improved.

Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand von Patentanspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. The object is solved by the subject matter of claim 1. Preferred embodiments are the subject of the dependent claims.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Zustandsüberwachung eines Getriebeelements umfasst eine Sensorvorrichtung mit mindestens einem Sensorelement, wobei das mindestens eine Sensorelement dazu vorgesehen ist, Zustandsgrößen zu erfassen, eine mit dem mindestens einen Sensorelement verbundene Signalverarbeitungseinheit, die dazu vorgesehen ist, aus den Zustandsgrößen Messdaten zu generieren und an eine Auswerteinrichtung weiterzuleiten, sowie eine Energieversorgungseinheit, die dazu vorgesehen ist, zumindest die Sensorvorrichtung mit elektrischer Energie zu versorgen, wobei das mindestens eine Sensorelement unmittelbar an einem Entstehungsort der Zustandsgrößen integriert ist oder zumindest mittelbar über ein Koppelmedium mit dem Entstehungsort der Zustandsgrößen verbunden ist, um eine Signalqualität der zu erfassenden Zustandsgrößen zu verbessern. Insbesondere ist das Getriebeelement drehbar in einem Getriebe, vorzugsweise einer Windkraftanlage angeordnet. Das Anwendungsgebiet der Erfindung ist jedoch nicht auf Getriebe für Windkraftanlage beschränkt. Vielmehr sind auch Getriebe für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge und Nutzfahrzeuge, aber auch Getriebe für Industrieanwendungen denkbar. The device according to the invention for condition monitoring of a transmission element comprises a sensor device with at least one sensor element, wherein the at least one sensor element is provided to detect state variables, a signal processing unit connected to the at least one sensor element, which is provided to generate measurement data from the state variables and to forward an evaluation device, and a power supply unit which is provided to supply at least the sensor device with electrical energy, wherein the at least one sensor element is integrated directly at a place of origin of the state variables or at least indirectly connected via a coupling medium with the place of origin of the state variables to improve a signal quality of the state variables to be detected. In particular, the transmission element is rotatably arranged in a transmission, preferably a wind turbine. However, the field of application of the invention is not limited to transmissions for wind turbines. Rather, transmissions for vehicles, especially motor vehicles and commercial vehicles, but also transmissions for industrial applications are conceivable.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst die Sensorvorrichtung, die Signalverarbeitungseinheit, die Auswerteinrichtung und die Energieversorgungseinheit. Die Sensorvorrichtung weist mindestens ein Sensorelement auf, das vorzugsweise über eine Verkabelung mit der Signalverarbeitungseinheit verbunden ist. Vorzugsweise ist das mindestens eine Sensorelement dazu vorgesehen, Schwingungen zu erfassen. Unter Schwingungen sind insbesondere Vibrationen aber auch akustische Schwingungen unterschiedlicher Frequenz und Amplitude zu verstehen. Bevorzugt ist das mindestens eine Sensorelement dazu vorgesehen, Temperaturen zu erfassen. Dabei ist das Erfassen von absoluten Temperaturen ebenso vorteilhaft wie das Erfassen von Temperaturunterschieden. Mithin kann unter einer Zustandsgröße eine Temperatur oder Schwingung verstanden werden. The device according to the invention comprises the sensor device, the signal processing unit, the evaluation device and the energy supply unit. The sensor device has at least one sensor element, which is preferably connected via a wiring to the signal processing unit. Preferably, the at least one sensor element is intended to detect vibrations. Vibrations are to be understood in particular as vibrations but also as acoustic vibrations of different frequency and amplitude. Preferably, the at least one sensor element is provided to detect temperatures. The detection of absolute temperatures is just as advantageous as the detection of temperature differences. Consequently, a state variable can be understood to mean a temperature or oscillation.

Die Anordnung des mindestens einen Sensorelements unmittelbar am Entstehungsort der Zustandsgröße, ermöglicht eine Verbesserung der Signalqualität, insbesondere eine Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses. Dies rührt insbesondere von dem kurzen Messweg zwischen dem mindestens einen Sensorelement und dem Entstehungsort der Zustandsgröße. Mit anderen Worten ist ein Sensorelement, das eine Temperatur in einem Wälzkontakt messen soll, vorzugsweise unmittelbar an der Lauffläche des Wälzkörpers angeordnet. Dementsprechend ist ein Sensorelement, das eine Temperatur an einer Verzahnung messen soll, vorzugsweise unmittelbar an der Verzahnung angeordnet. Bevorzugt ist die gesamte Sensorvorrichtung in dem jeweiligen Getriebeelement integriert, insbesondere in einer dafür vorgesehenen Aussparung angeordnet, wobei das mindestens eine Sensorelement unmittelbar am Entstehungsort der Zustandsgrößen am jeweiligen Getriebeelement angeordnet ist. The arrangement of the at least one sensor element directly at the point of origin of the state variable, enables an improvement of the signal quality, in particular an improvement of the signal-to-noise ratio. This stems in particular from the short measuring path between the at least one sensor element and the place of origin of the state variable. In other words, a sensor element which is to measure a temperature in a rolling contact, preferably arranged directly on the running surface of the rolling body. Accordingly, a sensor element which is to measure a temperature at a toothing, preferably arranged directly on the toothing. Preferably, the entire sensor device is integrated in the respective transmission element, in particular arranged in a recess provided therefor, wherein the at least one sensor element is arranged directly at the place of origin of the state variables on the respective transmission element.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das mindestens eine Sensorelement in einer Welle integriert. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das mindestens eine Sensorelement in einem Zahnrad integriert. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das mindestens eine Sensorelement in einem Planetenträger integriert. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das mindestens eine Sensorelement in einem Planetenradbolzen integriert. Des Weiteren sind auch andere Getriebeelemente denkbar, in denen das mindestens eine Sensorelement integrierbar ist, wie beispielsweise Lagerelemente. According to a preferred embodiment, the at least one sensor element is integrated in a shaft. According to a further preferred embodiment, the at least one sensor element is integrated in a gearwheel. According to a further preferred embodiment, the at least one sensor element is integrated in a planet carrier. According to a further preferred embodiment, the at least one sensor element is integrated in a planetary pin. Furthermore, other transmission elements are conceivable in which the at least one sensor element is integrated, such as bearing elements.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das mindestens eine Sensorelement über das Koppelmedium, vorzugsweise einem Getriebeöl, mit einer Welle oder einem Zahnrad verbunden, um insbesondere Schädigungsmechanismen an der Welle oder dem Zahnrad zu erfassen. Weiter kann das Sensorelement über das Koppelelement auch mit einem Lager, beispielsweise auch lediglich mit einem Teil eines Wälzlagers, verbunden sein. Als Koppelmedium können auch andere Flüssigkeiten vorgesehen sein, die eine Ausbreitung, insbesondere von hochfrequenten Schwingungen erlauben. Das Koppelmedium wird mittels Düse, vorzugsweise als Ölsäule ausgebildet. Die Ölsäule strömt durchgehend sowie unterbrechungslos zwischen dem mindestens einen Sensorelement und der Welle oder dem Zahnrad. Die in der Welle oder dem Zahnrad erzeugten Schwingungen werden insbesondere durch Schädigungsmechanismen wie Risse verändert, wobei dadurch insbesondere eine Rissinitiierung oder ein Risswachstum mittels Sensorelement aufspürbar ist. According to a further preferred embodiment, the at least one sensor element via the coupling medium, preferably one Transmission oil, connected to a shaft or a gear, in particular to detect damage mechanisms on the shaft or the gear. Furthermore, the sensor element can also be connected via the coupling element to a bearing, for example also only to a part of a roller bearing. As a coupling medium and other liquids may be provided which allow a propagation, in particular of high-frequency oscillations. The coupling medium is formed by means of a nozzle, preferably as an oil column. The oil column flows continuously and without interruption between the at least one sensor element and the shaft or the gear. The vibrations generated in the shaft or the gearwheel are modified in particular by damage mechanisms such as cracks, whereby in particular crack initiation or crack growth by means of the sensor element can be detected.

Vorzugsweise umfasst die Energieversorgungseinheit einen Nanogenerator, der dazu vorgesehen ist, Energie aus mindestens einer Umgebungsgröße zu generieren. Mit anderen Worten ist der Nanogenerator dazu vorgesehen Energy Harvesting zu betreiben. Mittels Energy Harvesting ist die Generierung geringer Mengen von elektrischer Energie aus Umgebungsgrößen, insbesondere aus der Umgebungstemperatur, aus Vibrationen oder aus Fluidströmungen möglich. Dadurch wird eine Energieübertragung mittels Kabel vermieden. Bevorzugt erfolgt die Energieübertragung zumindest zwischen der Energieversorgungseinheit und dem mindestens einen Sensorelement kabellos, vorzugsweise mittels Induktion. Insbesondere ist zur Energie- und Signalübertragung innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung die RFID-Technologie vorgesehen. Preferably, the power supply unit comprises a nanogenerator, which is intended to generate energy from at least one environmental quantity. In other words, the nano-generator is intended to operate energy harvesting. By means of energy harvesting it is possible to generate small amounts of electrical energy from environmental variables, in particular from the ambient temperature, from vibrations or from fluid flows. As a result, an energy transfer is avoided by means of cables. The energy transfer preferably takes place wirelessly, at least between the energy supply unit and the at least one sensor element, preferably by means of induction. In particular, the RFID technology is provided for energy and signal transmission within the device according to the invention.

Bevorzugt umfasst die Energieversorgungseinheit einen Energiespeicher. Als Energiespeicher kann sowohl ein wiederaufladbarer Akkumulator oder eine vorzugsweise über die gesamte Lebensdauer des Getriebebauteils ausgelegte Batterie vorgesehen sein. Ferner sind aber auch Kondensatoren zur Energiespeicherung denkbar. Insbesondere kann der Nanogenerator zur Energiespeicherung mit dem Energiespeicher zusammenwirken. The energy supply unit preferably comprises an energy store. As energy storage, both a rechargeable battery or a preferably designed over the entire life of the transmission component battery may be provided. Furthermore, but also capacitors for energy storage are conceivable. In particular, the nanogenerator can interact with the energy store for energy storage.

Vorzugsweise ist die Energieversorgungseinheit in die Sensorvorrichtung integriert. Somit ist die Energieversorgungseinheit unmittelbar in der Sensorvorrichtung angeordnet und dazu vorgesehen, die Sensorvorrichtung, ebenso wie weitere in der Sensorvorrichtung integrierte Elemente, wie beispielsweise das mindestens eine Sensorelement mit elektrischer Energie zu versorgen. Preferably, the power supply unit is integrated in the sensor device. Thus, the power supply unit is arranged directly in the sensor device and provided to supply the sensor device, as well as other integrated in the sensor device elements, such as the at least one sensor element with electrical energy.

Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Signalverarbeitungseinheit in die Sensorvorrichtung integriert ist und zur kabellosen Signalübertragung vorgesehen ist. Dazu weist die Signalverarbeitungseinheit ein Sendeelement auf, das mit einem Empfängerelement der Auswerteinrichtung kabellos zusammenwirkt. In der Auswerteinheit werden die Messsignale ausgewertet, insbesondere analysiert und mit vorgegebenen Referenzwerten verglichen. The invention includes the technical teaching that the signal processing unit is integrated in the sensor device and is provided for wireless signal transmission. For this purpose, the signal processing unit has a transmitting element which cooperates wirelessly with a receiver element of the evaluation device. In the evaluation unit, the measurement signals are evaluated, in particular analyzed and compared with predetermined reference values.

Insbesondere ist die Signalverarbeitungseinheit dazu vorgesehen, eine Relevanz der Messdaten zu beurteilen und nur relevante Messdaten an die Auswerteinrichtung weiterzuleiten. Dadurch wird der Datenstrom zwischen der Signalverarbeitungseinheit und der Auswerteinrichtung erheblich reduziert. Dabei wird auch der Energieverbrauch der Signalverarbeitungseinheit gesenkt, da eine Beurteilung der Relevanz der Messdaten in einem Rechen- oder Vergleichsschritt mit Referenzdaten weniger Energie benötigt, als die Signalübermittlung zur Auswerteinrichtung. In particular, the signal processing unit is provided to assess a relevance of the measurement data and to forward only relevant measurement data to the evaluation device. As a result, the data flow between the signal processing unit and the evaluation device is considerably reduced. In this case, the energy consumption of the signal processing unit is lowered, since an assessment of the relevance of the measurement data in a computing or comparison step with reference data requires less energy than the signal transmission to the evaluation device.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung, in welcher gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind, näher erläutert. Hierbei zeigt In the following, embodiments of the invention with reference to the drawing, in which the same or similar elements are provided with the same reference numerals, explained in more detail. This shows

1 eine vereinfachte schematische Schnittdarstellung eines teilweise dargestellten Getriebes mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zustandsüberwachung eines Getriebeelements gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, 1 2 is a simplified schematic sectional view of a partially illustrated transmission with a device according to the invention for condition monitoring of a transmission element according to a first exemplary embodiment,

2 eine vereinfachte schematische Schnittdarstellung eines teilweise dargestellten Getriebes mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zustandsüberwachung eines Getriebeelements gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, 2 2 is a simplified schematic sectional view of a partially illustrated transmission with a device according to the invention for condition monitoring of a transmission element according to a second exemplary embodiment,

3 eine vereinfachte schematische Schnittdarstellung eines teilweise dargestellten Getriebes mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zustandsüberwachung eines Getriebeelements gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, 3 a simplified schematic sectional view of a partially illustrated transmission with a device according to the invention for condition monitoring of a transmission element according to a third embodiment,

4 eine vereinfachte schematische Schnittdarstellung eines teilweise dargestellten Getriebes mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zustandsüberwachung eines Getriebeelements gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel, 4 a simplified schematic sectional view of a partially illustrated transmission with an inventive device for condition monitoring of a transmission element according to a fourth embodiment,

5 eine vereinfachte schematische Schnittdarstellung eines teilweise dargestellten Getriebes mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zustandsüberwachung eines Getriebeelements gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel, und 5 a simplified schematic sectional view of a partially illustrated transmission with a device according to the invention for Condition monitoring of a transmission element according to a fifth embodiment, and

6 eine vereinfachte schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zustandsüberwachung eines Getriebeelements gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel. 6 a simplified schematic representation of a device according to the invention for condition monitoring of a transmission element according to a preferred embodiment.

Gemäß den 1 bis 3 umfasst ein Getriebe, das vorzugsweise für eine Windkraftanlage vorgesehen ist, einen Planetenradsatz 13 mit einem Hohlrad 14, einer Sonne 15 sowie einem radial zwischen dem Hohlrad 14 und der Sonne 15 kämmenden Planetensatz 16. Dabei umfasst der Planetensatz 16 mehrere als Zahnräder 8 ausgebildete Planetenräder, die drehbar über zwei Lagerstellen 17a, 17b an einem Planetenradbolzen 10 gelagert sind, wobei der Planetenradbolzen 10 drehfest an einem Planetenträger 9 befestigt ist. Ferner ist der Planetenträger 9 drehbar über zwei weitere Lagerstellen 18a, 18b an einem Gehäuse 20 des Getriebes gelagert. Des Weiteren ist im Gehäuse 20 eine Auswerteinrichtung 4 angeordnet, die mit mindestens einer in einem Getriebeelement integrierten Sensorvorrichtung 1 zusammenwirkt. Die Auswerteinrichtung 4 und die Sensorvorrichtung 1 sind Teil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zustandsüberwachung eines Getriebeelements. According to the 1 to 3 For example, a transmission that is preferably provided for a wind turbine includes a planetary gear set 13 with a ring gear 14 , a sun 15 and a radially between the ring gear 14 and the sun 15 combing planetary gear set 16 , This includes the planetary gear set 16 several as gears 8th trained planet gears, which rotates about two bearings 17a . 17b on a planet wheel bolt 10 are stored, wherein the Planetenradbolzen 10 rotatably on a planet carrier 9 is attached. Further, the planet carrier 9 rotatable via two additional bearings 18a . 18b on a housing 20 stored the transmission. Furthermore, in the case 20 an evaluation device 4 arranged with at least one integrated in a transmission element sensor device 1 interacts. The evaluation device 4 and the sensor device 1 are part of a device according to the invention for condition monitoring of a transmission element.

Die jeweilige Sensorvorrichtung 1 weist mehrere Sensorelemente 2 auf, wobei die Sensorelemente 2 dazu vorgesehen sind, Zustandsgrößen, wie Schwingungen und Temperaturen zu erfassen. Ferner umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung mindestens eine Signalverarbeitungseinheit 3 und eine jeweilige Energieversorgungseinheit 5, wobei die jeweilige Signalverarbeitungseinheit 3 mit den Sensorelementen 2 verbunden ist und dazu vorgesehen ist, aus den Zustandsgrößen Messdaten zu generieren und an die Auswerteinrichtung 4 weiterzuleiten. Dabei ist die Signalverarbeitungseinheit 3 in die Sensorvorrichtung 1 integriert und zur kabellosen Signalübertragung vorgesehen. Die Energieversorgungseinheit 5 ist dazu vorgesehen, die Signalverarbeitungseinheit 3 und die Sensorelemente 2 mit elektrischer Energie zu versorgen, wobei die jeweilige Energieversorgungseinheit 5 einen Nanogenerator 11 umfasst, der dazu vorgesehen ist, Energie aus mindestens einer Umgebungsgröße, insbesondere einer Temperatur oder Schwingung zu generieren. Ferner ist die Energieversorgungseinheit 5 in die Sensorvorrichtung 1 integriert und zur kabellosen Energieübertragung vorgesehen. Die Sensorelemente 2 sind unmittelbar an einem Entstehungsort der Zustandsgrößen integriert, um eine Signalqualität der zu erfassenden Zustandsgrößen zu verbessern. The respective sensor device 1 has several sensor elements 2 on, wherein the sensor elements 2 are intended to detect state variables, such as vibrations and temperatures. Furthermore, the device according to the invention comprises at least one signal processing unit 3 and a respective power supply unit 5 , wherein the respective signal processing unit 3 with the sensor elements 2 is connected and is intended to generate measurement data from the state variables and to the evaluation device 4 forward. In this case, the signal processing unit 3 in the sensor device 1 integrated and provided for wireless signal transmission. The power supply unit 5 is intended to the signal processing unit 3 and the sensor elements 2 be supplied with electrical energy, wherein the respective power supply unit 5 a nanogenerator 11 includes, which is intended to generate energy from at least one environmental variable, in particular a temperature or vibration. Further, the power supply unit 5 in the sensor device 1 integrated and intended for wireless power transmission. The sensor elements 2 are integrated directly at a place of origin of the state variables in order to improve a signal quality of the state variables to be detected.

Die in den Figuren offenbarten Ausführungsformen offenbaren beispielhafte Ausgestaltungen und Anordnungen. Insbesondere die Sensorelemente 2 können in Position, Anzahl, Ausführung und Ausrichtung angepasst werden. Hierdurch kann eine Adaptation an unterschiedliche Anforderungen oder Umgebungsbedingungen erzielt werden. The embodiments disclosed in the figures disclose exemplary embodiments and arrangements. In particular, the sensor elements 2 can be adjusted in position, number, execution and orientation. As a result, an adaptation to different requirements or environmental conditions can be achieved.

Gemäß 1 ist die Sensorvorrichtung 1 in dem Zahnrad 8 des Planetensatzes 16 integriert. Über eine jeweilige Verkabelung 19 sind drei Sensorelemente 2 mit der Signalverarbeitungseinheit 3 verbunden. Alle Sensorelemente 2 sind in dem Zahnrad 8 integriert. Ein erstes Sensorelement 2 kommt radial an der ersten Lagerstelle 17a zur Anlage, wobei ein zweites Sensorelement 2 axial an der zweiten Lagerstelle 17b zur Anlage kommt. Im Wesentlichen sind die beiden Sensorelemente 2 dazu vorgesehen Temperaturen unmittelbar am Entstehungsort der jeweiligen Lagerstelle 17a, 17b zu erfassen. Ferner ist ein drittes Sensorelement 2 dazu vorgesehen Schwingungen am Zahnrad 8 zu erfassen, die durch einen Zahneingriff zwischen dem Zahnrad 8 und dem Hohlrad 14 sowie zwischen dem Zahnrad 8 und der Sonne 15 generiert werden. According to 1 is the sensor device 1 in the gear 8th of the planetary gear set 16 integrated. About a particular wiring 19 are three sensor elements 2 with the signal processing unit 3 connected. All sensor elements 2 are in the gear 8th integrated. A first sensor element 2 comes radially to the first bearing point 17a to the plant, wherein a second sensor element 2 axially at the second bearing point 17b comes to the plant. Essentially, the two sensor elements 2 provided for temperatures directly at the place of origin of the respective storage location 17a . 17b capture. Furthermore, a third sensor element 2 provided vibrations on the gear 8th to grasp that by a tooth engagement between the gear 8th and the ring gear 14 as well as between the gear 8th and the sun 15 to be generated.

Nach 2 ist die Sensorvorrichtung 1 in dem Planetenradbolzen 10 integriert. Über eine jeweilige Verkabelung 19 sind zwei Sensorelemente 2 mit der Signalverarbeitungseinheit 3 verbunden. Beide Sensorelemente 2 sind in dem Planetenradbolzen 10 integriert. Ein erstes Sensorelement 2 kommt radial an der ersten Lagerstellen 17a zur Anlage, wobei ein zweites Sensorelement 2 axial an der zweiten Lagerstelle 17b zur Anlage kommt. Im Wesentlichen sind die beiden Sensorelemente 2 dazu vorgesehen Temperaturen unmittelbar am Entstehungsort der jeweiligen Lagerstelle 17a, 17b zu erfassen. To 2 is the sensor device 1 in the planet wheel bolt 10 integrated. About a particular wiring 19 are two sensor elements 2 with the signal processing unit 3 connected. Both sensor elements 2 are in the planet wheel bolt 10 integrated. A first sensor element 2 comes radially to the first bearings 17a to the plant, wherein a second sensor element 2 axially at the second bearing point 17b comes to the plant. Essentially, the two sensor elements 2 provided for temperatures directly at the place of origin of the respective storage location 17a . 17b capture.

Gemäß 3 sind drei Sensorvorrichtungen 1 in dem Planetenträger 9 integriert. Über ein jeweiliges Kabelelement 19 ist ein jeweiliges Sensorelement 2 mit einer jeweiligen Signalverarbeitungseinheit 3 der jeweiligen Sensorvorrichtung 1 verbunden. Ein erstes und zweites Sensorelement 2 sind in dem Planetenträger 9 integriert und das dritte Sensorelement 2 ist im Planetenradbolzen 10 integriert. Das erste Sensorelement 2 kommt axial an der ersten Lagerstelle 18a des Planetenträgers 9 zur Anlage, wobei ein zweites Sensorelement 2 radial an der zweiten Lagerstelle 18b des Planetenträgers 9 zur Anlage kommt. Das dritte Sensorelement 2 kommt radial an der zweiten Lagerstelle 17b des Planetenradbolzens 10 zur Anlage. Im Wesentlichen sind die Sensorelemente 2 dazu vorgesehen Temperaturen unmittelbar am Entstehungsort der jeweiligen Lagerstelle 18a, 18b, 17b zu erfassen. According to 3 are three sensor devices 1 in the planet carrier 9 integrated. About a respective cable element 19 is a respective sensor element 2 with a respective signal processing unit 3 the respective sensor device 1 connected. A first and second sensor element 2 are in the planet carrier 9 integrated and the third sensor element 2 is in the planet wheel bolt 10 integrated. The first sensor element 2 comes axially to the first bearing point 18a of the planet carrier 9 to the plant, wherein a second sensor element 2 radially at the second bearing point 18b of the planet carrier 9 comes to the plant. The third sensor element 2 comes radially to the second bearing point 17b of the planetary pin 10 to the plant. Essentially, the sensor elements 2 provided for temperatures directly at the place of origin of the respective storage location 18a . 18b . 17b capture.

In 4 kämmen zwei Wellen 7 radial miteinander. Dazu ist an der ersten Welle 7 ein Zahnrad 8 drehfest angeordnet und an der zweiten Welle 7 eine Verzahnung 21 ausgebildet. Die erste Welle 7 ist über zwei Lagerstellen 17a, 17b im Gehäuse 20 gelagert und die zweite Welle 7 ist über zwei Lagerstellen 18a, 18b im Gehäuse 20 gelagert. Ferner ist im Gehäuse 20 eine Auswerteinrichtung 4 angeordnet, die mit zwei Sensorvorrichtungen 1 zusammenwirkt, wobei die erste Sensorvorrichtung 1 im Zahnrad 8 integriert ist und die zweite Sensorvorrichtungen 1 in der zweiten Welle 7 integriert ist. Die Auswerteinrichtung 4 und die beiden Sensorvorrichtung 1 sind Teil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zustandsüberwachung von Getriebeelementen. In 4 comb two waves 7 radially with each other. This is on the first wave 7 a gear 8th arranged rotationally fixed and on the second shaft 7 a gearing 21 educated. The first wave 7 is about two bearings 17a . 17b in the case 20 stored and the second wave 7 is about two bearings 18a . 18b in the case 20 stored. Furthermore, in the housing 20 an evaluation device 4 arranged with two sensor devices 1 cooperates, wherein the first sensor device 1 in the gear 8th is integrated and the second sensor devices 1 in the second wave 7 is integrated. The evaluation device 4 and the two sensor device 1 are part of a device according to the invention for condition monitoring of transmission elements.

Die beiden Sensorvorrichtungen 1 weisen jeweils zwei Sensorelemente 2 auf, wobei die Sensorelemente 2 dazu vorgesehen sind, Zustandsgrößen, wie Schwingungen und Temperaturen zu erfassen. Ferner umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung zwei Signalverarbeitungseinheiten 3 und zwei Energieversorgungseinheiten 5, wobei die Signalverarbeitungseinheiten 3 mit den Sensorelementen 2 verbunden sind und dazu vorgesehen sind, aus den Zustandsgrößen Messdaten zu generieren und an die Auswerteinrichtung 4 weiterzuleiten. Die jeweilige Signalverarbeitungseinheit 3 ist in die jeweilige Sensorvorrichtung 1 integriert und zur kabellosen Signalübertragung vorgesehen. Die jeweilige Energieversorgungseinheit 5 ist dazu vorgesehen, die Signalverarbeitungseinheit 3 und die Sensorelemente 2 mit elektrischer Energie zu versorgen, wobei die jeweilige Energieversorgungseinheit 5 einen Nanogenerator 11 umfasst, der dazu vorgesehen ist, Energie aus mindestens einer Umgebungsgröße, insbesondere einer Temperatur oder Schwingung zu generieren. Ferner ist die jeweilige Energieversorgungseinheit 5 in die jeweilige Sensorvorrichtung 1 integriert und zur kabellosen Energieübertragung vorgesehen. Die Sensorelemente 2 sind unmittelbar an einem Entstehungsort der Zustandsgrößen integriert, um eine Signalqualität der zu erfassenden Zustandsgrößen zu verbessern. The two sensor devices 1 each have two sensor elements 2 on, wherein the sensor elements 2 are intended to detect state variables, such as vibrations and temperatures. Furthermore, the device according to the invention comprises two signal processing units 3 and two power supply units 5 , wherein the signal processing units 3 with the sensor elements 2 are connected and are intended to generate measurement data from the state variables and to the evaluation device 4 forward. The respective signal processing unit 3 is in the respective sensor device 1 integrated and provided for wireless signal transmission. The respective energy supply unit 5 is intended to the signal processing unit 3 and the sensor elements 2 be supplied with electrical energy, wherein the respective power supply unit 5 a nanogenerator 11 includes, which is intended to generate energy from at least one environmental variable, in particular a temperature or vibration. Furthermore, the respective power supply unit 5 in the respective sensor device 1 integrated and intended for wireless power transmission. The sensor elements 2 are integrated directly at a place of origin of the state variables in order to improve a signal quality of the state variables to be detected.

Die erste Sensorvorrichtung 1 ist in dem Zahnrad 8 integriert. Die beiden Sensorelemente 2 sind über eine jeweilige Verkabelung 19 mit der Signalverarbeitungseinheit 3 verbunden. Beide Sensorelemente 2 sind in dem Zahnrad 8 integriert. Das erste Sensorelement 2 ist dazu vorgesehen Temperaturen, insbesondere aufgrund des Zahneingriffs zwischen dem Zahnrad 8 und der Verzahnung 21 an der zweiten Welle 7, zu erfassen. Das zweite Sensorelement 2 ist dazu vorgesehen, Schwingungen am Zahnrad 8 zu erfassen, die durch den Zahneingriff zwischen dem Zahnrad 8 und der Verzahnung an der Welle 14 generiert werden. Die zweite Sensorvorrichtung 1 ist in der zweiten Welle 7 integriert. Das Sensorelement 2 ist über eine Verkabelung 19 mit der Signalverarbeitungseinheit 3 verbunden. Beide Sensorelemente 2 sind in der Welle 7 integriert. Die Sensorelemente 2 kommen radial an der jeweiligen Lagerstelle 18a, 18b zur Anlage. Im Wesentlichen sind die Sensorelemente 2 dazu vorgesehen, Temperaturen unmittelbar am Entstehungsort der jeweiligen Lagerstelle 18a, 18b, insbesondere an einem Innenring des Lagerelements zu erfassen. The first sensor device 1 is in the gear 8th integrated. The two sensor elements 2 are over a particular wiring 19 with the signal processing unit 3 connected. Both sensor elements 2 are in the gear 8th integrated. The first sensor element 2 is intended temperatures, in particular due to the meshing between the gear 8th and the gearing 21 at the second wave 7 , capture. The second sensor element 2 is intended to vibrations on the gear 8th to grasp the teeth meshing between the gear 8th and the teeth on the shaft 14 to be generated. The second sensor device 1 is in the second wave 7 integrated. The sensor element 2 is over a wiring 19 with the signal processing unit 3 connected. Both sensor elements 2 are in the wave 7 integrated. The sensor elements 2 come radially to the respective bearing point 18a . 18b to the plant. Essentially, the sensor elements 2 provided, temperatures directly at the origin of the respective storage location 18a . 18b to capture, in particular on an inner ring of the bearing element.

Nach 5 ist eine Welle 7 in einem Gehäuse 20 eines erfindungsgemäßen Getriebes dargestellt. Ferner ist in dem Gehäuse 20 eine Vorrichtung zur Zustandsüberwachung der Welle 7 angeordnet. Die Vorrichtung umfasst eine Sensorvorrichtung 1 mit einem Sensorelement 2 zur Erfassung von Zustandsgrößen, insbesondere zur Erfassung einer hochfrequenten akustischen Schwingung der Welle 7. Dazu ist das Sensorelement 2 mittelbar über ein Koppelmedium 6 mit dem Entstehungsort der Zustandsgrößen verbunden, um eine Signalqualität der zu erfassenden Zustandsgrößen zu verbessern. Die Sensorvorrichtung 1 ist in einer Düse 22 zur Erzeugung einer Ölsäule 23, die als Koppelmedium 6 zwischen der Welle 7 und dem Sensorelement 2 vorgesehen ist, angeordnet. Dazu wird Getriebeöl aus einem Ölsumpf 24 im Gehäuse 20 über eine hydraulische Pumpe 25 zu der Düse 22 gepumpt. Das Sensorelement 2 wird somit über das Getriebeöl mit der Welle 7 verbunden, um insbesondere Schädigungsmechanismen wie Risse 26 an der Welle 7 zu erfassen. Durch Risse 26 verändert sich insbesondere die Art und Ausbreitung der Schwingungen in der Welle 7. Die Schwingungen werden über die Ölsäule 23 zum Sensorelement 2 geleitet und erfasst. Mit dem Sensorelement 2 ist eine Signalverarbeitungseinheit 3 verbunden, die aus den Zustandsgrößen Messdaten generiert und an eine Auswerteinrichtung 4 weiterleitet, die ihrerseits am Gehäuse 20 angeordnet ist. Ferner ist eine Energieversorgungseinheit 5 zur Versorgung der Sensorvorrichtung 1 mit elektrischer Energie in der Düse 21 angeordnet. Die Energieversorgungseinheit 5 umfasst einen Nanogenerator 11, der aus der Strömungsgeschwindigkeit des Getriebeöls elektrische Energie generiert. Die Energieversorgungseinheit 5 und die Signalverarbeitungseinheit 3 sind in die Sensorvorrichtung 1 integriert. To 5 is a wave 7 in a housing 20 a transmission according to the invention shown. Further, in the housing 20 a device for condition monitoring of the shaft 7 arranged. The device comprises a sensor device 1 with a sensor element 2 for detecting state variables, in particular for detecting a high-frequency acoustic oscillation of the shaft 7 , This is the sensor element 2 indirectly via a coupling medium 6 connected to the place of origin of the state variables in order to improve a signal quality of the state variables to be detected. The sensor device 1 is in a nozzle 22 for generating an oil column 23 used as coupling medium 6 between the wave 7 and the sensor element 2 is provided arranged. For this purpose, transmission oil from an oil sump 24 in the case 20 via a hydraulic pump 25 to the nozzle 22 pumped. The sensor element 2 is thus about the transmission oil with the shaft 7 connected to particular damage mechanisms such as cracks 26 on the shaft 7 capture. Through cracks 26 In particular, the nature and propagation of the vibrations in the shaft changes 7 , The vibrations are over the oil column 23 to the sensor element 2 guided and recorded. With the sensor element 2 is a signal processing unit 3 connected, which generates measured data from the state variables and to an evaluation device 4 forward, which in turn on the housing 20 is arranged. Further, a power supply unit 5 to supply the sensor device 1 with electrical energy in the nozzle 21 arranged. The power supply unit 5 includes a nanogenerator 11 , which generates electrical energy from the flow rate of the transmission oil. The power supply unit 5 and the signal processing unit 3 are in the sensor device 1 integrated.

In 6 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Zustandsüberwachung eines Getriebeelements dargestellt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine Sensorvorrichtung 1 mit einem Sensorelement 2, eine Signalverarbeitungseinheit 3, eine Energieversorgungseinheit 5 und eine Auswerteinrichtung 4. Die Signalverarbeitungseinheit 3 und die Energieversorgungseinheit 5 sind in die Sensorvorrichtung 1 integriert. Ferner ist das Sensorelement 2 über eine Verkabelung 19 mit der Signalverarbeitungseinheit 3 verbunden. Das Sensorelement 2 ist unmittelbar am Entstehungsort der Zustandsgrößen integriert, um eine Signalqualität der zu erfassenden Zustandsgrößen zu verbessern. Die Energieversorgungseinheit 5 umfasst einen Energiespeicher 12 und ist zur kabellosen Energieübertragung, insbesondere über Induktion vorgesehen. Ferner ist die Signalverarbeitungseinheit 3 zur kabellosen Signalübertragung vorgesehen. Des Weiteren ist die Signalverarbeitungseinheit 3 dazu vorgesehen, eine Relevanz der Messdaten zu beurteilen und nur relevante Messdaten an die Auswerteinrichtung 4 weiterzuleiten. In 6 the device according to the invention for condition monitoring of a transmission element is shown. The device according to the invention comprises a sensor device 1 with a sensor element 2 a signal processing unit 3 , a power supply unit 5 and an evaluation device 4 , The signal processing unit 3 and the power supply unit 5 are in the sensor device 1 integrated. Furthermore, the sensor element 2 over a wiring 19 with the signal processing unit 3 connected. The sensor element 2 is integrated directly at the place of origin of the state variables in order to improve a signal quality of the state variables to be detected. The power supply unit 5 includes an energy store 12 and is intended for wireless energy transmission, in particular via induction. Further, the signal processing unit 3 intended for wireless signal transmission. Furthermore, the signal processing unit 3 intended to assess a relevance of the measurement data and only relevant measurement data to the evaluation device 4 forward.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Sensorvorrichtung  sensor device
22
Sensorelement  sensor element
33
Signalverarbeitungseinheit  Signal processing unit
44
Auswerteinrichtung  evaluation
55
Energieversorgungseinheit  Power supply unit
66
Koppelmedium  coupling medium
77
Welle  wave
88th
Zahnrad  gear
99
Planetenträger  planet carrier
10 10
Planetenradbolzen pinion pin
11 11
Nanogenerator nanogenerator
12 12
Energiespeicher energy storage
13 13
Planetenradsatz planetary gear
14 14
Hohlrad ring gear
15 15
Sonne Sun
16 16
Planetensatz planetary set
17a, 17b17a, 17b
Lagerstellen  bearings
18a, 18b18a, 18b
Lagerstellen  bearings
19 19
Kabelelement cable element
20 20
Gehäuse casing
21 21
Verzahnung gearing
22 22
Düse jet
23 23
Ölsäule oil column
24 24
Ölsumpf oil sump
25 25
Pumpe pump
26 26
Riss Crack

Claims (12)

Vorrichtung zur Zustandsüberwachung eines Getriebeelements, umfassend eine Sensorvorrichtung (1) mit mindestens einem Sensorelement (2), wobei das mindestens eine Sensorelement (2) dazu vorgesehen ist, Zustandsgrößen zu erfassen, eine mit dem mindestens einen Sensorelement (2) verbundene Signalverarbeitungseinheit (3), die dazu vorgesehen ist, aus den Zustandsgrößen Messdaten zu generieren und an eine Auswerteinrichtung (4) weiterzuleiten, sowie eine Energieversorgungseinheit (5), die dazu vorgesehen ist, zumindest die Sensorvorrichtung (1) mit elektrischer Energie zu versorgen, wobei das mindestens eine Sensorelement (2) unmittelbar an einem Entstehungsort der Zustandsgrößen integriert ist oder zumindest mittelbar über ein Koppelmedium (6) mit dem Entstehungsort der Zustandsgrößen verbunden ist, um eine Signalqualität der zu erfassenden Zustandsgrößen zu verbessern. Device for condition monitoring of a transmission element, comprising a sensor device ( 1 ) with at least one sensor element ( 2 ), wherein the at least one sensor element ( 2 ) is provided to detect state variables, one with the at least one sensor element ( 2 ) connected signal processing unit ( 3 ), which is intended to generate measurement data from the state variables and to an evaluation device ( 4 ), as well as a power supply unit ( 5 ), which is provided to at least the sensor device ( 1 ) to supply with electrical energy, wherein the at least one sensor element ( 2 ) is integrated directly at a place of origin of the state variables or at least indirectly via a coupling medium ( 6 ) is connected to the place of origin of the state variables in order to improve a signal quality of the state variables to be detected. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Sensorelement (2) dazu vorgesehen ist, zumindest Schwingungen oder Temperaturen zu erfassen. Apparatus according to claim 1, characterized in that the at least one sensor element ( 2 ) is provided to detect at least vibrations or temperatures. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Sensorelement (2) in einer Welle (7) und/oder in einem Zahnrad (8) und/oder in einem Planetenträger (9) und/oder in einem Planetenradbolzen (10) integriert ist. Apparatus according to claim 1, characterized in that the at least one sensor element ( 2 ) in a wave ( 7 ) and / or in a gear ( 8th ) and / or in a planet carrier ( 9 ) and / or in a planetary pin ( 10 ) is integrated. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Sensorelement (2) über das Koppelmedium (6), vorzugsweise einem Getriebeöl, mit einer Welle (7) oder einem Zahnrad (8) verbunden ist, um insbesondere Schädigungsmechanismen an der Welle (7) oder dem Zahnrad (8) zu erfassen. Apparatus according to claim 1, characterized in that the at least one sensor element ( 2 ) via the coupling medium ( 6 ), preferably a transmission oil, with a shaft ( 7 ) or a gear ( 8th ), in particular damaging mechanisms on the shaft ( 7 ) or the gear ( 8th ) capture. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgungseinheit (5) einen Nanogenerator (11) umfasst, der dazu vorgesehen ist, Energie aus mindestens einer Umgebungsgröße zu generieren. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the energy supply unit ( 5 ) a nanogenerator ( 11 ), which is intended to generate energy from at least one environmental quantity. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgungseinheit (5) einen Energiespeicher (12) umfasst. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the energy supply unit ( 5 ) an energy store ( 12 ). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgungseinheit (5) zur kabellosen Energieübertragung vorgesehen ist. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the energy supply unit ( 5 ) is provided for wireless power transmission. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgungseinheit (5) in die Sensorvorrichtung (1) integriert ist. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the energy supply unit ( 5 ) in the sensor device ( 1 ) is integrated. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverarbeitungseinheit (3) in die Sensorvorrichtung (1) integriert ist und zur kabellosen Signalübertragung vorgesehen ist. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the signal processing unit ( 3 ) in the sensor device ( 1 ) and is provided for wireless signal transmission. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverarbeitungseinheit (3) dazu vorgesehen ist, eine Relevanz der Messdaten zu beurteilen und nur relevante Messdaten an die Auswerteinrichtung (4) weiterzuleiten. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the signal processing unit ( 3 ) is provided to assess a relevance of the measurement data and only relevant measurement data to the evaluation device ( 4 ) forward. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 10, insbesondere in einem Getriebe einer Windkraftanlage.  Use of the device according to claim 1 to 10, in particular in a transmission of a wind turbine. Getriebe, insbesondere für eine Windkraftanlage, umfassend eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10.  Transmission, in particular for a wind power plant, comprising a device according to one of claims 1 to 10.
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