DE3812474A1 - Einrichtung zum vorhersagen von zerstoerung eines lagers - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Vor­ hersagen der Zerstörung eines Lagers unter Verwendung einer akustischen Emission (im nachfolgenden mit AE abgekürzt).

Um den von der Norm abweichenden Zustand eines Gleit­ lagers unter Verwendung von AE zu detektieren, ist bis­ her ein Verfahren bekannt, bei dem eine derartige Ab­ weichung durch ein AE-Signal detektiert wird, das von einer Zerstörung einer Metalloberfläche abgegeben wird, die durch den Kontakt zwischen Hülse und Büchse infolge eines fehlenden Ölfilmes verursacht wird. Auf der anderen Seite ist es für den Fall eines Wälzlagers bekannt, den von der Norm abweichenden Zustand des Lagers, wie mögliche Abweichungen, wie beispielsweise Schuppenbildung oder dgl., durch AE-Signale aller Frequenzen oder ein AE-Signal innerhalb eines Frequenzbereiches von bis zu mehreren 100 KHz zu detektieren oder vorauszusehen.

Da aber bei der Anwendung des bekannten Verfahrens zum Detektieren von abweichenden Zuständen an einem Gleit­ lager eine AE aufgrund einer bereits eingetretenen Ober­ flächenzerstörung detektiert wird, ist es nicht möglich, bevorstehende Zerstörungen vorauszusehen. Mit dem bekannten Verfahren zum Voraussehen einer Abweichung an einem Wälzlager ist es schwierig, eine genaue Voraus­ schau bezüglich solchen Abweichungen, wie Schuppenbildung oder dgl. auf der Grundlage des Lagerzustandes zu machen, da die AE-Signale eines weiten Frequenzbereiches detektiert werden und kein AE-Signal mit einem solchen Frequenzbe­ reich detektiert wird, der für die Anzeige einer Zerstö­ rung eigentümlich ist. Wo solche Abweichungen, wie Schuppen­ bildung oder dgl. durch AE-Signale mit allen Frequenzen vorausgesehen werden, die gemäß dem bekannten Verfahren bei Wälzlagern abgegeben werden, ist diese Voraussage nicht genau und eine weitere Schwierigkeit ist, daß diese kritische Grenzbestimmung dann durchzuführen ist, wenn die Betriebszeit des Lagers 40 bis 80% der möglichen Schuppenbildungszeit erreicht hat.

Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung zu schaffen, mit der die Zerstörung eines Lagers sowie die Restlebensdauer eines Wälzlagers mit hoher Genauigkeit vorhergesagt werden kann, indem ein AE-Sig­ nal innerhalb eines spezifischen Frequenzbandes, das sich als ein Zeichen für mögliche Schuppenbildung am Lager entwickelt, detektiert wird.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß bei einem Wälzlager, das einen inneren Riß oder eine weiße Schicht als Anzeichen für beginnende Schuppenbildung hat, im Spektrum der AE-Signale ein besonders hoher Leistungs­ pegel im Frequenzbereich von 150 bis 400 KHz auftritt, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. unter Bezugnahme auf die Fig. 3 wurde weiterhin herausgefunden, daß von den AE-Signalen des Wälzlagers diejenigen mit einem spe­ zifischen Frequenzband (ungefähr 30 KHz Breite) inner­ halb des Frequenzbereiches von 150 bis 400 KHz dann einen merkbar großen Leistungspegel haben, wenn die Betriebszeit des Lagers 70% oder mehr der in Frage kommenden Schuppenbildungszeit ist, verglichen mit dem Fall, bei dem die Betriebszeit weniger als 70% dieser zuletzt genannten Zeit ist. Es wurde weiterhin heraus­ gefunden, daß von den AE-Signalen innerhalb dieses Fre­ quenzbereiches 150 bis 400 KHz diejenigen mit Frequenzen außerhalb des spezifischen Frequenzbandes keine feststell­ bare Pegeländerung zeigen, wenn das Lager bis zum Erreichen der Schuppenbildungszeit betrieben wird, wie dies in der Fig. 4 gezeigt ist. Zusätzlich wurde herausgefunden, daß das spezifische Frequenzband ent­ sprechend dem Zustand des inneren Risses oder der Ent­ wicklung der weißen Schicht variieren kann.

Die Vorrichtung zum Vorhersagen der Zerstörung eines Lagers, die gemäß der vorliegenden Erfindung auf der Basis der vorstehend beschriebenen Entdeckungen ausge­ bildet ist, ist gekennzeichnet durch einen Sensor zum Detektieren einer akustischen Emission eines Lagers als Zeichen für beginnende Schuppenbildung, die eine spezi­ fische Frequenzkomponente innerhalb eines Bereiches von 150 bis 400 KHz hat; mehrere Bandpaß-Filter zum Durch­ lassen der Ausgangssignale des Sensors in verschiedenen spezifischen Frequenzbändern innerhalb des Bereiches von 150 bis 400 KHz; und einen Komparator zum Vergleichen der Ausgangssignale der Bandpaß-Filter mit Referenzwerten in den jeweiligen spezifischen Frequenzbändern, wobei die Restlebensdauer des Lagers auf der Basis des Aus­ gangssignales des Komparators antizipiert wird.

Die Vorrichtung zum Vorhersagen der Zerstörung eines Lagers gemäß der vorliegenden Erfindung funktioniert wie im folgenden beschrieben.

Durch einen Sensor wird vom Lager eine AE detektiert und das Ausgangssignal des Sensors ist das Eingangssignal an mehreren Bandpaß-Filtern. Von den Ausgangssignalen des Sensors können nur jene mit unterschiedlichen spezifi­ schen Frequenzbändern im Frequenzbereich von 150 bis 400 KHz die Bandpaß-Filter passieren, die dann die Ein­ gangssignale am Komparator sind. Im Komparator werden die Ausgangssignale mit den spezifischen Frequenzbän­ dern mit den entsprechenden Referenzwerten verglichen; und auf der Basis des Ausgangssignals des Komparators wird die restliche Lebensdauer des Lagers antizipiert.

Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der folgen­ den Figuren im einzelnen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Schaltkreises gemäß einer Ausführungsform der Vorrichtung zum Vor­ hersagen der Zerstörung eines Lagers gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine graphische Darstellung des Spektrums der AE-Signale des Lagers mit einem inneren Riß oder einer weißen Schicht, als Zeichen für eine mögliche Schuppenbildung;

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Beziehung zwi­ schen der Stärke der AE-Signale spezifischer Frequenzbänder innerhalb des Bereiches von 150 bis 400 KHz aller AE-Signale des Lagers, zur Betriebszeit des Lagers; und

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Beziehung der Stärke der AE-Signale außerhalb der spezifischen Frequenzbänder innerhalb des Bereiches von 150 bis 400 KHz, zur Betriebszeit des Lagers.

In der Fig. 1 bezeichnet die Bezugsziffer 1 einen Sensor, der an einem Lager montiert ist, um eine Reihe von AE des Lagers zu detektieren; die Bezugsziffer 2 einen Ver­ stärker zum Verstärken der AE-Signale des Sensors 1; die Bezugsziffern 3.1, 3.2, . . . 3. n bezeichnen Bandpaß-Filter, die nur AE-Signale spezifischer Frequenzbänder von bei­ spielsweise 5 KHz bis 20 KHz Bandbreite innerhalb eines Frequenzbereiches von 150 bis 400 KHz der verstärkten AE-Signale durchlassen; die Bezugsziffern 4.1, 4.2, . . . 4. n bezeichnen Komparatoren zum Vergleichen der Ausgangssignale der Bandpaß-Filter 3.1, 3.2, . . . 3. n mit Referenzwerten und Ausgeben von Signalen, wenn die Ausgangssignale der Bandpaßfilter die Referenzwerte jeweils überschreiten; und die Bezugsziffer 5 bezeichnet einen ODER-Schaltkreis zum Erzeugen eines Alarmsignales in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal an den Komparatoren 4.1, 4.2, . . . 4. n.

Bei der vorstehenden Anordnung wird ein vom Sensor 1 detektiertes AE-Signal in die Bandpaß-Filter 3.1, 3.2, . . . 3. n eingegeben. Die Bandpaß-Filter lassen nur diejeni­ gen AE-Signale durch, die in einer Frequenzbandbreite von 5 bis 20 KHz innerhalb des Frequenzbereiches 150 bis 400 KHz liegen, um dann in die Komparatoren 4.1, 4.2, . . . 4. n eingegeben zu werden. In den Komparatoren wird die Stärke jedes eingegebenen AE-Signals mit einem entsprechenden Referenzwert verglichen; das Signal wird nur dann in den ODER-Schaltkreis 5 geleitet, wenn das Signal den Referenz­ wert überschreitet. Der ODER-Schaltkreis erzeugt ein Alarmsignal, wenn er von einem der Komparatoren ein Sig­ nal erhält.

Auf diese Art und Weise wird die Stärke jener AE-Signale, die in einem spezifischen Frequenzband von 5 bis 20 KHz Bandbreite innerhalb des Frequenzbereiches von 150 KHz bis 400 KHz aller am Lager abgegebenen AE-Signale liegen, mit den Referenzwerten verglichen; und somit kann der Zu­ stand des Lagers, wenn die Betriebszeit die Stufe von 70 bis 90% der Schuppenbildungszeit erreicht, d.h. der Zustand mit inneren Rissen oder der Entwicklung von einer weißen Schicht als Anzeichen für Schuppenbildung detek­ tiert werden, wodurch die restliche Lebensdauer des Lagers mit einem hohen Grad an Genauigkeit vorhergesagt werden kann.

Weiterhin erlaubt die Verwendung einer Mehrzahl von Band­ paß-Filtern ein genaues Erfassen der AE-Signale in dem besagten spezifischen Frequenzband, wodurch die Wirkung irgendwelcher Störsignale unterbunden werden kann.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform erzeugt der ODER-Schaltkreis ein Alarmsignal, wenn er von einem der Komparatoren 4.1, 4.2, . . . 4. n ein Signal erhält; anstatt des ODER-Schaltkreises könnte auch alternativ ein UND-Schaltkreis verwendet werden, so daß ein Alarm­ signal dann erzeugt wird, wenn alle Signale von allen Komparatoren erhalten werden.

Weiterhin ist anzumerken, daß, obwohl bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform die Komparatoren durch analoge Komparatoren gebildet sind, anstatt dieser eine Mikrocomputer-Softwareanordnung verwendet werden kann.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung zu ersehen ist, kann die Vorrichtung den Zustand eines Lagers feststellen, bei dem die Betriebszeit 70 bis 90% der Schuppenbildungs­ zeit erreicht hat, oder den Zustand von inneren Rissen oder der Entwicklung einer weißen Beschichtung als An­ zeige für Schuppenbildung detektieren, da die Vorrich­ tung zum Vorhersagen der Zerstörung eines Lagers gemäß der vorliegenden Erfindung mehrere Bandpaß-Filter auf­ weist, die nur AE-Signale mit unterschiedlichen spezifischen Frequenzbändern innerhalb des Frequenzbe­ reiches von 150 bis 400 KHz durchlassen und Komparatoren zum Vergleichen der Stärken der AE-Signale mit Referenz­ werten hat, so daß die restliche Lebensdauer des Lagers mit einem hohen Grad an Genauigkeit vorhergesagt werden kann. Weiterhin bedingt die Tatsache, daß die Vorrichtung zum Vorhersagen der Zerstörung eines Lagers mehrere Bandpaß- Filter zum Durchlassen lediglich der AE-Signale mit spezifischen Frequenzbändern innerhalb des Bereiches von 150 bis 400 KHz aller vom Lager abgegebenen Signale, den Vorteil, daß die Wirkung irgendwelcher Störsignale oder dgl. Störfaktoren minimalisiert werden können und es wird dadurch möglich, mit irgendeiner Änderung der spezifischen Frequenzzone infolge eines inneren Risses oder der Entwicklung einer weißen Schicht genau zu kooperieren.

Obwohl die vorliegende Erfindung vollständig anhand der Figuren und der vorstehenden Beschreibung beschrieben worden ist, bleibt anzumerken, daß zahlreiche Verände­ rungen und Modifikationen innerhalb des Schutzumfanges der Erfindung denkbar sind.

Claims (1)

1. Vorrichtung zum Vorhersagen der Zerstörung eines Lagers, gekennzeichnet durch:
   einen Sensor (1) zum Detektieren einer akustischen Emission von einem Lager als Anzeige einer beginnenden Schuppenbildung mit einer spezifizierten Frequenzkompo­ nente innerhalb eines Bereiches von 150 bis 400 KHz;
   mehrere Bandpaß-Filter (3.1, 3.2, . . . 3. n), die die Aus­ gangssignale des Sensors (1) unterschiedlichen spezifi­ schen Frequenzbändern innerhalb des Bereiches von 150 bis 400 KHz durchlassen; und
   Komparatoren (4.1, 4.2, . . . 4. n) zum Vergleichen der Aus­ gangssignale der Bandpaß-Filter (3.1, 3.2, . . . 3. n) mit Referenzwerten der jeweiligen spezifischen Frequenzbänder; wobei die restliche Lebensdauer des Lagers auf der Basis der Ausgangssignale der Komparatoren antizipiert wird.