EP3019845A1 - Verfahren und anordnung zur überwachung einer technischen einrichtung wie z.b. einer maschine oder einer anlage - Google Patents

Verfahren und anordnung zur überwachung einer technischen einrichtung wie z.b. einer maschine oder einer anlage

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Publication number
EP3019845A1
EP3019845A1 EP13766918.0A EP13766918A EP3019845A1 EP 3019845 A1 EP3019845 A1 EP 3019845A1 EP 13766918 A EP13766918 A EP 13766918A EP 3019845 A1 EP3019845 A1 EP 3019845A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
frequency band
bearing
khz
characteristic value
process variable
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13766918.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans-Henning Klos
Dirk Scheibner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP3019845A1 publication Critical patent/EP3019845A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/14—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object using acoustic emission techniques
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H1/00—Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector
    • G01H1/003—Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector of rotating machines
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00—Testing of machine parts
    • G01M13/04—Bearings
    • G01M13/045—Acoustic or vibration analysis

Definitions

  • Method and arrangement for monitoring a technical device such as e.g. a machine or a plant
  • the invention relates to a method and an arrangement for monitoring a technical device, such as e.g. a machine or a plant according to the preamble of claim 1 or claim 10.
  • condition monitoring with the aim of condition-based maintenance. For example, the bearing friction for condition monitoring is determined.
  • separate sensors are installed for each monitoring, in particular if they are relevant for different domains such as condition monitoring and process monitoring.
  • an oil circuit is monitored by measuring the power consumption of the pumps or by means of flow or pressure sensors.
  • the friction in the bearings is monitored by separate temperature sensors.
  • the oil circuit and its measurement technology are designed separately and are not at all metrologically or weakly coupled to the condition monitoring system of the bearing diagnosis (since usually different manufacturers).
  • the operation of the oil circuit has a direct influence on the running properties of oil-lubricated bearings and gearboxes.
  • the flow rate, viscosity, temperature, pressure, abrasion and foreign particles in the oil circuit are important factors influencing the service life of the bearings and gearboxes.
  • the problem is that the detection of bearing friction with temperature sensors is only greatly delayed and smoothed. Short frictional events due to particles in the bearing are not directly detectable. A significant increase in temperature often occurs shortly before the total failure of the camp.
  • Ultrasonic sonic acoustic sensors provide information about ultrasonic sound waves propagating in solids, and the acoustic emissions involved in a variety of processes, such as friction, electrical, and so on Discharge, leakage or corrosion, which measures material-specific frequencies that are excited by irreversible plastic deformation, thus determining "irreversible" material or shape changes (eg fractures, cracks, erosion, deformation) of the bearing itself.
  • a process variable is a variable that characterizes a process running in the device, such as a manufacturing process or a processing process for a product. As a rule, this is a "reversible" variable whose value can change depending on the operating state, but can (assuming the same operating states, for example) repeatedly assume previous values.
  • acoustic emissions of the device in a first frequency band in the ultrasonic range and in the first frequency band are produced during operation of the device detected a second frequency band in the ultrasonic range, wherein the first frequency band and the second frequency band is not overde- CKEN.
  • At least one characteristic value for the state of the bearing is determined from the acoustic emissions of the device in the first frequency band, and at least one characteristic value for a process variable of a process running in the device is determined from the acoustic emissions of the device in the second frequency band.
  • the invention is based on the idea that, in addition to monitoring the condition of the bearing with the aid of acoustic emissions, it is also possible to monitor a process variable on the basis of its acoustic emissions. As it turns out, many process variables in frequency bands that are different from the frequency bands used for condition monitoring produce acoustic emissions in the ultrasonic range. This takes place in a frequency range in which conventional acoustic sensors in the ultrasonic range are still sensitive to condition monitoring.
  • a broadband "noise-like" excitation through the oil circuit occurs.
  • This excitation is generated by the friction in the oil itself and the friction of the oil directly at the interfaces and spreads in the housing These vibrations are typically also measurable directly on the bearing and can thus be detected by a sensor mounted on the bearing.
  • the separation of the frequency ranges from a Transmission signal can be done by means of analog and / or digital filters.
  • each separate sensors for the two frequency bands are used, one of the sensors has its resonance frequency in the range of the first frequency band and the other sensor has its resonant frequency in the range of the second frequency band, and wherein both sensors, for example, together in a single sensor device such For example, a sensor head are housed.
  • the detection of the acoustic emissions in the two frequency bands is preferably carried out simultaneously, whereby a particularly accurate monitoring can be achieved.
  • the at least one characteristic value for the process variable may be, for example, an envelope of a sensor signal, a root mean square value or a maximum value.
  • the characteristic value can also be determined by a further frequency analysis on the basis of the time profile of the sensor signal and its envelope curve. As a result, it is also possible, for example, to filter out interfering signals by means of known storage frequencies or electrical interferences of a fixed frequency. Preferably, not only one but several characteristic values are determined.
  • a plurality of subprocesses each having a process variable assigned to this subprocess, are active in the device and are acoustically well coupled to the one sensor or to the two sensors, it is of course also possible to use the second frequency band or further frequency bands in the ultrasound range To determine characteristic values for further process variables. These can be compared with each other and thus conclusions about their operating condition can be concluded in a particularly simple manner. If the sub-processes are, for example, different lubricant For example, by comparing the characteristic values, it is possible, for example, to detect the failure of one or more of the circuits or to conclude on changes (for example with respect to flow, pressure, viscosity) in one or more of the circuits.
  • the first frequency band for status monitoring is preferably higher than the second frequency band for monitoring the process variable.
  • the second frequency band is preferably below 80 kHz (preferably at least in a subregion of the frequency band extending between 30 kHz and 80 kHz), since broadband "noise-like" excitations of process variables are particularly frequent there.
  • the at least one characteristic value for the process variable is taken into account in the determination of the at least one characteristic value for the state of the bearing.
  • the at least one characteristic value for the process variable is used to check the plausibility of the at least one characteristic value for the state of the bearing. This can improve the accuracy of condition monitoring or erroneous results can be detected and excluded or corrected.
  • a defect of the sensor in the first frequency band or a subsequent evaluation unit can be detected and the sensor or the evaluation unit can be replaced before it comes to errors in the condition-based maintenance.
  • a temperature of the bearing is additionally detected and determined at least one characteristic value for the temperature.
  • a sensor for the detection of the temperature can also be accommodated in a sensor device in which the one or the two sensors for the detection of the acoustic emissions are already accommodated.
  • the characteristic value for the temperature can be used, for example, to check the quality of the coupling of the sensor or sensors for the detection of the acoustic emissions.
  • the temperature coupling is typically also poor, i. the temperature values are then lower than expected.
  • the temperature is an important variable for declaring that the subprocess associated with the process variable is operating correctly.
  • the temperature can then be used to check the plausibility of the at least one parameter for the process variable.
  • the temperature gives, for example, a clue as to whether the oil circuit is operating at the desired temperature or viscosity.
  • too high temperatures can be detected and thus the reliability can be further increased without a separate metrological device for the temperature measurement would be necessary.
  • the temperature can also be taken into account when determining the at least one characteristic value for the state of the bearing and can be used, for example, to check the plausibility or to correct the at least one characteristic for the state of the bearing, whereby the accuracy of the state-based maintenance can be improved.
  • the temperature in the bearing increases with a time delay after the occurrence of increased acoustic emissions in the ultrasonic range. The time constant for this depends on the thermal capacity and geometry of the bearing and is in the range of minutes. Before it is concluded that there is a mixed friction of detected increased acoustic emissions, it is thus possible, for example, to wait for the associated increase in temperature.
  • the detected temperature can also be used for an analysis of the temperature distribution. in case of a
  • the temperature detection can be used at very low temperatures to see how far a preheating of the lubricant has progressed in the vicinity of the bearing.
  • the temperature detection can even be used as a reference variable for controlling the preheating. If a clear temperature gradient is measured, the system is not in thermal equilibrium. For this condition, increased acoustic emissions in the ultrasonic range are to be expected, which arise only temporarily due to different expansions of components and do not allow a conclusion on permanent damage. Such periods of time can be hidden by additional evaluation of the temperature information in the determination of the at least one characteristic value for the state of the camp.
  • the at least one characteristic value for the process variable is used to check the plausibility of characteristic values from a condition monitoring system of the partial process assigned to the process variable.
  • a comparison with the data of a condition monitoring system for the lubricant circuit makes sense, for example a comparison with the flow rate determined by the condition monitoring system, the temperature of the lubricant, a pump pressure This results in an increase in the robustness of the statements of the condition monitoring system by an additional measurement method (redundancy) and thus the possibility of a plausibility cross-check.
  • the process variable is preferably a flow of a lubricant through the device, in particular through the bearing.
  • the technical device is controlled and / or regulated as a function of one or more of the characteristic values.
  • a parameter for the process variable for example, a flow of a lubricant, such as e.g. Considered oil, for example, the technical device is only started when the operating temperature is reached and resulting from an oil flow acoustic emissions and thus the characteristic value for this process variable has reached a predetermined range. Too low or high values of the acoustic emissions resulting from the flow of oil may put the machine in a different safe operating condition.
  • An inventive arrangement for monitoring a technical device such as a machine or a system, wherein the device comprises a rotating member and a bearing for this component, has a sensor device which is adapted to, preferably simultaneous, detection of acoustic emissions of the device in a first frequency band and a second frequency band in the ultra- sound area, wherein the first frequency band and the second frequency band do not overlap.
  • the arrangement according to the invention has an evaluation device with a first and a second evaluation unit, wherein the first evaluation unit is designed to determine a characteristic value for the state of the bearing from a sensor signal of the sensor device in the first frequency band, and wherein the second evaluation unit is designed for detection a parameter for a process variable of a running in the device process from a sensor signal of the sensor device in the second frequency band.
  • the first frequency band is higher than the second frequency band, wherein preferably the first frequency band is above 80 kHz, in particular extends over at least a portion of the frequency band between 90 kHz and 160 kHz, and wherein the second frequency band is preferably below 80 kHz, in particular extends over at least a portion of the frequency band between 30 kHz and 80 kHz.
  • reference values for different operating states for the at least one characteristic value for the process variable are stored in the second evaluation unit and the second evaluation unit is designed such that it compares the at least one determined characteristic value with these reference values, in order to conclude an operating state of a subprocess associated with the process variable.
  • the evaluation device is designed such that it takes into account the at least one characteristic value for the process variable in the determination of the at least one Kennwer- tes for the state of the camp, in particular checks the characteristic for plausibility.
  • the sensor device has a single sensor both for the detection of the acoustic emissions in the first frequency band and for the detection of the acoustic emissions in the second frequency band, preferably also a sensor for the detection of a temperature.
  • the process variable is the flow of a lubricant through the device, in particular through the bearing.
  • the arrangement advantageously has an interface for communication with a control and / or regulating device of the technical device, preferably also an interface for communication with a condition monitoring system for a sub-process of the technical device assigned to the process variable.
  • FIG. 3 shows an arrangement for monitoring a technical device with a sliding bearing and a lubricant system and an adjacent lubricant system and
  • FIG. 4 - FIG. 6 Measurement data of a sensor for acoustic emissions mounted on the gearbox bearing of a rock mill for three different operating cases.
  • the 1 shows a schematic representation of an arrangement 1 for monitoring a technical device 2 such as e.g. a machine or a plant.
  • the device 2 comprises a rotating component 3, e.g. a gear shaft, and a bearing 4 for this component 3.
  • the bearing 4 is formed in a conventional manner as a rolling bearing with an inner ring 5, an outer ring 6 and bearing balls 7 arranged therebetween.
  • a sensor device 10 is mounted with good acoustic coupling to the bearing 4 and is designed for (preferably simultaneous) detection of acoustic emissions of the device 1 in a first frequency band and a second frequency band in the ultrasonic range, wherein the first frequency band and the second frequency band do not overlap.
  • the sensor device 10 has a single structure-borne sound sensor 11 in the form of an "acoustic emission sensor" both for the detection of the acoustic emissions in the first frequency band and for the detection of the acoustic emissions in the second frequency band.
  • the sensor device 10 has a sensor 12 for detecting a temperature of the bearing 4.
  • An evaluation device 20 has a first evaluation unit 21, a second evaluation unit 22 and a third evaluation unit 23.
  • the first evaluation unit 21 is designed to determine a characteristic value for the state of the bearing 4 from a signal of the sensor 11 in the first frequency band.
  • the second evaluation unit 22 is designed to determine a characteristic value for a process variable of a process running in the device from a signal of the sensor 11 in the second frequency band.
  • the third evaluation unit 23 is designed to determine a characteristic value of the temperature of the bearing 4 from a signal of the temperature sensor 12.
  • the process variable is the flow of a lubricant of a lubricant system 30 through the bearing 4.
  • the lubricant is, for example, oil.
  • the lubricant equipment 30 comprises a lubricant circuit 31 with a supply line 32 for the lubricant to the bearing 4 and a discharge 33 for the lubricant from the bearing 4
  • Lubricating system 30 also comprises further components, not shown in further detail, such as e.g. a pump, a container, filters, sensors, a heater, valves etc.
  • the sensor 11 is a broadband structure-borne sound sensor, which is sensitive both in the frequency range below 80 kHz and in the frequency range above 80 kHz. In the frequency range above 80 kHz, preferably in a first frequency band between 90 kHz and 160 kHz, the friction in the bearing and mechanical damage in the bearing is detected directly by measuring material-specific frequencies that are excited in the event of irreversible plastic deformation of the material. In the frequency range below 80 kHz, this sensor 11 is also sensitive. Here, in a second frequency band between 30 kHz and 80 kHz, a broadband "noise-like" excitation occurs through the lubricant circuit 31. The friction in the
  • Lubricants themselves as well as the friction of the lubricant directly at the interfaces in this case generate an ultrasonic excitation, which in the technical device 2, e.g. a housing of a machine, spreads. These vibrations are typically also directly on the bearing 4 measurable and thus detected by the mounted on the bearing 4 sensor 11.
  • Separation of the frequency bands from a vibration signal of the sensor 11 may in the first evaluation unit 21 and / or second evaluation unit 22 by means of analog and / or digital filters.
  • the sensor device 10 has at least two structure-borne noise sensors, which are housed together in a sensor head of the sensor device 10.
  • the resonance frequency of a sensor is between 90 kHz and 160 kHz for monitoring the state of the bearing 4 and that of a further sensor between 30 kHz and 80 kHz for monitoring the lubricant circuit 31.
  • the envelope, RMS and maximum values are formed in the second evaluation unit 22 from the ultrasonic signal in the second frequency band between 30 kHz and 80 kHz. These characteristics directly characterize the friction in bearing 4 due to the lubricant flow. If this changes, these characteristics also change.
  • Reference values ("fingerprints”) for different operating states for the lubricant flow are stored in the second evaluation unit 22, and the second evaluation unit 22 is designed such that it compares the ascertained value for the lubricant flow with these reference values in order to determine an operating state of the lubricant circuit 31 and thus close the lubricant system 30.
  • frequency analyzes based on the signals of the sensor 11 and its envelope can also be carried out, for example to filter out interference signals by known storage frequencies or electrical interference of a fixed frequency.
  • the evaluation device 20 may be designed such that it determines the determined lubricant flow in the determination of the Characteristic value for the friction of the bearing 4 taken into account, in particular checked for plausibility.
  • the evaluation device 20 has an interface 8 to a network 40 for communication with a control and / or regulating device 41 of the technical device 2 and for communication with a separate state monitoring system 42 of the lubricant system 30.
  • a network 40 for communication with a control and / or regulating device 41 of the technical device 2 and for communication with a separate state monitoring system 42 of the lubricant system 30.
  • the connection directly to the network 40 preferably an industrial network based on, for example, Ethernet, Profinet, Profibus, OPC-UA, etc.
  • the temperature sensor 12 integrated into the sensor device 10 increases the informative value of the sensor 11.
  • the temperature coupling is typically also poor, ie the temperature values measured by the temperature sensor 12 are then normally lower than expected ,
  • the temperature also gives an indication as to whether the lubricant circuit 31 is operating at the desired temperature or viscosity. Too high temperatures can thus be detected. With mixed friction in bearing 4, the temperature also increases with a delay after the occurrence of increased acoustic emissions. The time constant for this depends on the thermal capacity and geometry of the bearing 4.
  • the temperature sensor 12 may additionally be used for analysis of the temperature distribution and used at very low temperatures to detect how far the preheating process of the lubricant has progressed in the vicinity of the bearing 4.
  • the sensor 12 can also be used as a reference variable for this control.
  • a clear temperature gradient is measured, then the lubricant system 30 is not in thermal equilibrium. For this condition, acoustic emissions are to be expected, which arise only temporarily from different expansions of components and do not allow any conclusion on permanent damage. Such periods of time can be hidden by additional evaluation of the temperature information.
  • the device 2 is for example only started when the operating temperature has been reached and the characteristic value of the acoustic emissions representing the lubricant flow has reached a necessary range. If the characteristic value is too low, the device 2 can be put into another, safe operating state. If the temperature values are too high, the device 2 can be put into another, safe operating state. An operation of the device 2 with a defined, controlled overload in a given time window by controlling the characteristic values of the acoustic emissions and the temperature, for example, to optimize yield is thereby possible. Overall, thus false states of the device 2 can be avoided or stopped.
  • the sensor characteristic values for checking the plausibility of characteristic values of the condition monitoring system 42 of the lubricant system 30.
  • the evaluation device 20 for the formation of the characteristic values can be coupled directly to the sensor device 10 as a separate electronic module, but it can also be integrated in the sensor device 10, as shown in FIG.
  • An arrangement 51 shown in a schematic representation for monitoring a technical device 52 such as a machine or a plant differs from the arrangement 1 shown in FIG 1 in that the device 52 has a sliding bearing 54 instead of a roller bearing 4 and that the Evaluation device 20 is integrated in the sensor device 10. Since the third evaluation unit 23 is thus integrated directly into the sensor device 10, the temperature sensor 12 may be, for example, a temperature sensor integrated into a microcontroller of the third evaluation unit 23.
  • FIG 3 shows a schematic representation of a monitoring of a lubricant circuit 61 of a lubricant system 60 of an adjacent aggregate 65 by the sensor device 10.
  • the lubricant is, for example, oil.
  • the monitoring of the lubricant circuit 61 in addition to the lubricant circuit 31 is possible with good acoustic coupling with the adjacent lubricant circuit
  • a steel or aluminum housing 64 through which the supply line 32 and the discharge line 33 of the lubricant circuit 31 and a feed line 62 and a discharge 63 of the adjacent lubricant circuit 61 are guided and to which the sensor device 10 is attached.
  • the activity of the two lubricant circuits 31, 61 can then be considered separately and compared. This can be used to detect a failure of one or more of the lubricant circuits 31, 61 or to change in the
  • FIG. 4 - FIG. 6 show, by way of example, measured data of a sensor mounted on the gearbox bearing of a rock mill for acoustic emissions, which in the indicated frequency band 71 um
  • FIG. 4 shows a first case of operation in which the shaft does not rotate (i.e., at a speed of 0 rpm).
  • a first lubricant circuit in the form of a high-pressure oil circuit is switched off, and a second lubricant circuit in the form of a low-pressure oil circuit is likewise switched off.
  • notable acoustic emissions can be detected in any of the two frequency bands 71, 72.
  • FIG. 6 shows a third operating case in which the shaft now rotates at a constant speed of 1000 rpm. Both the first lubricant circuit in the form of the high-pressure oil circuit and the second lubricant circuit in the form of the low-pressure oil circuit are switched on. As shown in FIG.

Abstract

Bei der Überwachung einer technischen Einrichtung (2) wie z.B. einer Maschine oder einer Anlage, wobei die Einrichtung (2) ein rotierendes Bauteil (3) und ein Lager (4) für dieses Bauteil aufweist, wobei im Betrieb der Einrichtung (2) akustische Emissionen der Einrichtung (2) in einem ersten Frequenzband (71) im Ultraschallbereich erfasst werden, akustische Emissionen der Einrichtung (2) in einem zweiten Frequenzband (72) im Ultraschallbereich erfasst werden, wobei sich das erste Frequenzband (71) und das zweite Frequenzband (72) nicht überdecken, wobei aus den akustischen Emissionen der Einrichtung (1) in dem ersten Frequenzband (71) zumindest ein Kennwert für den Zustand des Lagers (4) ermittelt wird, wird erfindungsgemäß aus den akustische Emissionen der Einrichtung (2) in dem zweiten Frequenzband (72) zumindest ein Kennwert für eine Prozessgröße eines in der Einrichtung (2) ablaufenden Prozesses ermittelt. Hierdurch kann bei gleichbleibendem oder sogar reduziertem messtechnischem Aufwand die Überwachung einer technischen Einrichtung wie z.B. einer Maschine oder einer Anlage noch weiter verbessert werden.

Description

Beschreibung
Verfahren und Anordnung zur Überwachung einer technischen Einrichtung wie z.B. einer Maschine oder einer Anlage
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Überwachung einer technischen Einrichtung wie z.B. einer Maschine oder einer Anlage gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 10.
In technischen Einrichtungen wie z.B. Maschinen oder Anlagen findet man in der Regel verschiedene messtechnische Vorrichtungen zur Größenerfassung für verschiedene Einsatzzwecke. Zum einen werden typische, den eigentlichen Prozess beschrei- bende Prozessgrößen wie Drücke oder Temperaturen erfasst. Beispielsweise ist der Fluss eines Schmiermittels in einem Schmiermittelkreislauf eine Prozessgröße, die für die Steuerung und/oder Regelung des Schmiermittelkreislaufes bzw. der gesamten technische Einrichtung gemessen und überwacht wird.
Zum anderen wird der Verschleiß von derartigen Einrichtungen durch eine Zustandsüberwachung (Condition Monitoring) mit dem Ziel einer zustandsbasierten Wartung überwacht. Beispielsweise wird die Lagerreibung für die Zustandsüberwachung ermit- telt.
Insbesondere die Reibung in Lagern (Wälzlagern sowie Gleitlagern) sowie der Fluss von Schmiermittel (z.B. Öl) sind für den sicheren Betrieb von Maschinen und Anlagen im Auslegungs- zustand essentiell wichtig. Daher ist es sinnvoll und vorteilhaft beide Vorgänge messtechnisch zu überwachen.
Gemäß dem Stand der Technik werden für die einzelnen Überwachungen jeweils gesonderte Sensoren verbaut, insbesondere wenn sie für verschiedene Domänen wie die Zustandsüberwachung und die Prozessüberwachung relevant sind. Beispielsweise wird ein Olkreislauf durch eine Messung der Leistungsaufnahme der Pumpen oder mittels Durchfluss- oder Drucksensoren überwacht. Die Reibung in den Lagern wird durch separate Temperatursensoren überwacht .
Oft sind der Ölkreislauf und dessen Messtechnik separat aus- gelegt und messtechnisch überhaupt nicht oder nur schwach mit dem Zustandsüberwachungssystem der Lagerdiagnose gekoppelt (da üblicherweise unterschiedliche Hersteller) . Der Betrieb des Ölkreislaufs hat aber direkten Einfluss auf die Laufeigenschaften von ölgeschmierten Lagern und Getrieben. Hierbei sind insbesondere die Durchflussmenge, Viskosität, Temperatur, Druck, Abrieb und Fremdpartikel im Ölkreislauf wichtige Einflussgrößen, welche die Lebensdauer der Lager und Getriebe mitbestimmen . Problematisch ist aber, dass die Erfassung der Lagerreibung mit Temperatursensoren nur stark verzögert und geglättet erfolgt. Kurze Reibungsereignisse durch Partikel im Lager sind nicht direkt erfassbar. Eine signifikante Temperaturerhöhung tritt oft erst kurz vor dem Totalausfall des Lagers auf.
Zur Verbesserung der Zustandsüberwachung ist es bereits bekannt, akustische Emissionen im Ultraschallbereich zu erfassen und daraus Kennwerte für den Zustand eines Lagers zu ermitteln (siehe z.B. EP 2 623 949 AI, WO 2009/037077 A2 , WO 2013/044973 AI sowie die noch unveröffentlichte Patentanmeldung PCT/EP2012/057177 der Anmelderin) . Sensoren zur Erfassung von akustische Emissionen im Ultraschallbereich, häufig auch als „Acoustic Emission Sensoren" bezeichnet, liefern Informationen über Schallwellen im Ultraschallbereich, die sich in Festkörpern ausbreiten. Die dabei betrachteten akustischen Emissionen treten bei den verschiedensten Vorgängen auf, wie z.B. bei Reibung, elektrischer Entladung, Leckage oder Korrosion. Dabei werden materialspezifische Frequenzen gemessen, die bei irreversibler plastischer Verformung ange- regt werden. Die ermittelten Kennwerte beziehen sich somit auf "irreversible" Material- oder Formveränderungen (z.B. Brüche, Risse, Erosion, Verformung) des Lagers selbst, d.h. eines Bauteiles der technischen Einrichtung. Im Unterschied hierzu ist eine Prozessgröße eine Größe, die einen in der Einrichtung ablaufenden Prozess, wie z.B. einen Herstellungs- prozess oder Bearbeitungsprozess für ein Produkt, (mit) charakterisiert . In der Regel handelt es sich hierbei um eine „reversible" Größe, deren Wert sich abhängig vom Betriebszustand ändern kann, dabei aber (z.B. bei gleichen Betriebszu- ständen) auch wiederholt vorherige Werte annehmen kann.
Speziell aus der WO 2009/037077 A2 ist es dabei bereits be- kannt im Betrieb einer Einrichtung akustische Emissionen der Einrichtung im Ultraschallbereich in unterschiedlichen Frequenzbändern zu erfassen, die sich nicht überdecken. Dabei wird aus den akustischen Emissionen der Einrichtung in einem ersten höheren Frequenzband zumindest ein Kennwert für eine gerade erfolgende Schädigung eines Lagers und aus den akustischen Emissionen der Einrichtung in einem zweiten tieferen Frequenzband zumindest ein Kennwert für eine bereits erfolgte Schädigung des Lagers ermittelt. Ausgehend hiervon ist es Aufgabe vorliegender Erfindung, ein Verfahren und eine Anordnung anzugeben, mit denen bei gleichbleibendem oder sogar reduziertem messtechnischem Aufwand die Überwachung einer technischen Einrichtung wie z.B. einer Maschine oder einer Anlage noch weiter verbessert werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 sowie eine Anordnung gemäß Patentanspruch 10. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Überwachung einer technischen Einrichtung wie z.B. einer Maschine oder einer Anlage, wobei die Einrichtung ein rotierendes Bauteil und ein Lager für dieses Bauteil aufweist, werden im Betrieb der Ein- richtung akustische Emissionen der Einrichtung in einem ersten Frequenzband im Ultraschallbereich und in einem zweiten Frequenzband im Ultraschallbereich erfasst, wobei sich das erste Frequenzband und das zweite Frequenzband nicht überde- cken. Aus den akustischen Emissionen der Einrichtung in dem ersten Frequenzband wird zumindest ein Kennwert für den Zustand des Lagers und aus den akustische Emissionen der Einrichtung in dem zweiten Frequenzband wird zumindest ein Kenn- wert für eine Prozessgröße eines in der Einrichtung ablaufenden Prozesses ermittelt.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, zusätzlich zur Überwachung des Zustandes des Lagers mit Hilfe akustischer Emissionen auch eine Prozessgröße anhand ihrer akustischen Emissionen zu überwachen. Wie sich herausgestellt hat, erzeugen viele Prozessgrößen in Frequenzbändern, die unterschiedlich zu den Frequenzbändern sind, die für die Zustands- überwachung genutzt werden, akustische Emissionen im Ultra- schallbereich. Dies erfolgt in einem Frequenzbereich, in dem übliche akustische Sensoren im Ultraschallbereich für die Zu- standsüberwachung noch empfindlich sind. Beispielsweise tritt im Fall eines Ölkreislaufes im Frequenzbereich zwischen 30 kHz und 80 kHz eine breitbandige „rauschförmige" Anregung durch den Ölkreislauf auf. Diese Anregung wird durch die Reibung im Öl selbst sowie die Reibung des Öls direkt an den Grenzflächen erzeugt und breitet sich im Gehäuse einer Maschine aus. Diese Schwingungen sind typischerweise auch direkt am Lager messbar und damit durch einen am Lager montier- ten Sensor erfassbar.
Aus dem Kennwert für die Prozessgröße kann beispielsweise auf einen Betriebszustand des der Prozessgröße zugeordneten Teilprozesses geschlossen werden. Durch Ermittlung der Prozess- große kann somit die Überwachung der technischen Einrichtung verbessert und somit die Sicherheit des Betriebs der technischen Einrichtung erhöht werden.
Es ist somit möglich, mit Hilfe der bereits für die Zustands- Überwachung benutzten Sensorik und Auswertetechnik, vorzugsweise mit dem gleichen Sensor, beide Überwachungsaufgaben durchzuführen, wodurch messtechnischer Aufwand reduziert werden kann. Die Trennung der Frequenzbereiche aus einem Schwin- gungssignal kann mittels analogen und/oder digitalen Filtern erfolgen. Alternativ können natürlich aber auch jeweils gesonderte Sensoren für die beiden Frequenzbänder verwendet werden, wobei einer der Sensoren seine Resonanzfrequenz im Bereich des ersten Frequenzbandes und der andere Sensors seine Resonanzfrequenz im Bereich des zweiten Frequenzband hat, und wobei beide Sensoren beispielsweise gemeinsam in einer einzigen Sensoreinrichtung wie z.B. einem Sensorkopf untergebracht sind. Die Erfassung der akustischen Emissionen in den beiden Frequenzbändern erfolgt vorzugsweise gleichzeitig, wodurch eine besonders genaue Überwachung erzielt werden kann. Es ist mit Einschränkungen in der Genauigkeit grundsätzlich aber auch möglich, die akustischen Emissionen zeitlich hintereinander, z.B. in regelmäßigen zeitlichen Abständen, ab- wechselnd in jeweils nur einem der Frequenzbänder zu erfassen .
Bei dem zumindest einen Kennwert für die Prozessgröße kann es sich beispielsweise um eine Hüllkurve eines Sensorsignales, einen Root-Mean-Square-Wert oder einen Maximalwert handeln. Der Kennwert kann auch durch eine weitergehende Frequenzanalyse auf Basis des zeitlichen Verlaufs des Sensorsignals und dessen Hüllkurve ermittelt werden. Hierdurch können beispielsweise auch noch Störsignale durch bekannte Lagerfre- quenzen oder elektrische Einstreuungen fester Frequenz herausgefiltert werden. Vorzugsweise werden dabei nicht nur einer, sondern mehrere Kennwerte ermittelt.
Falls in der Einrichtung mehrere Teilprozesse mit jeweils ei- ner diesem Teilprozess zugeordneten Prozessgröße aktiv sind und akustisch gut an den einen Sensor bzw. an die zwei Sensoren gekoppelt sind, ist es grundsätzlich natürlich auch möglich, aus dem zweiten Frequenzband oder weiteren Frequenzbändern im Ultraschallbereich noch Kennwerte für weitere Pro- zessgrößen zu ermitteln. Diese können miteinander verglichen werden und somit auf besonders einfache Weise Rückschlüsse auf deren Betriebszustand geschlossen werden. Handelt es sich bei den Teilprozessen z.B. um verschiedene Schmiermittel- kreisläufe, so kann durch einen Vergleich der Kennwerte beispielsweise der Ausfall eines oder mehrerer der Kreisläufe erkannt oder auf Veränderungen (z.B. in Bezug auf Durchfluss, Druck, Viskosität) in einem oder mehreren der Kreisläufe ge- schlössen werden.
Vorzugsweise liegt das erste Frequenzband für die Zustands- überwachung höher als das zweite Frequenzband für die Überwachung der Prozessgröße. Wie sich herausgestellt hat, kann Im Frequenzbereich über 80 kHz (vorzugsweise zumindest in einem Teilbereich des sich zwischen 90 kHz und 160 kHz erstreckenden Frequenzbandes) direkt die Reibung im Lager sowie mechanische Schädigung im Lager detektiert werden, indem material- spezifische Frequenzen gemessen werden, die bei irreversibler plastischer Materialverformung angeregt werden. Umgekehrt liegt das zweite Frequenzband vorzugsweise unter 80 kHz (vorzugsweise zumindest in einem Teilbereich des sich zwischen 30 kHz und 80 kHz erstreckenden Frequenzbandes) , da dort besonders häufig breitbandige „rauschförmige" Anregungen von Pro- zessgrößen erfolgen.
Durch einen Vergleich des zumindest einen Kennwerts für die Prozessgröße mit Referenzwerten für unterschiedliche Be- triebszustände (häufig auch als „Fingerprints" bezeichnet) kann dann auf einen Betriebszustand eines der Prozessgröße zugeordneten Teilprozesses geschlossen werden.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird der zumindest eine Kennwert für die Prozessgröße bei der Ermitt- lung des zumindest einen Kennwertes für den Zustand des Lagers berücksichtigt. Im einfachsten Fall wird der zumindest eine Kennwert für die Prozessgröße zur Plausibilisierung des zumindest einen Kennwertes für den Zustand des Lagers verwendet. Hierdurch kann die Genauigkeit der Zustandsüberwachung verbessert werden bzw. fehlerhafte Ergebnisse können erkannt und ausgeschlossen oder korrigiert werden. Außerdem kann ein Defekt des Sensors in dem ersten Frequenzband oder eine nachfolgenden Auswerteeinheit erkannt werden und der Sensor oder die Auswerteeinheit kann ausgetauscht werden, bevor es zu Fehlern in der zustandsbasierten Wartung kommt.
Gemäß einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird zusätzlich eine Temperatur des Lagers erfasst und zumindest ein Kennwert für die Temperatur ermittelt. Hierdurch kann die Aussagekraft eines Sensors für die Erfassung der akustischen Emissionen weiter verbessert werden. Ein Sensor für die Erfassung der Temperatur kann auch in einer Sensor- einrichtung untergebracht sein, in der bereits der eine oder die zwei Sensoren für die Erfassung der akustischen Emissionen untergebracht sind.
Der Kennwert für die Temperatur kann beispielsweise zur Prü- fung der Qualität der Ankopplung des oder der Sensoren für die Erfassung der akustischen Emissionen genutzt werden. So ist bei schlechter Sensorankopplung typischerweise auch die Temperaturankopplung schlecht, d.h. die Temperaturwerte sind dann niedriger als erwartet.
Oftmals ist die Temperatur eine wichtige Größe für die Aussage, ob der der Prozessgröße zugeordnete Teilprozess korrekt arbeitet. Die Temperatur kann dann zur Plausibilisierung des zumindest einen Kennwertes für die Prozessgröße herangezogen werden. Im Falle eines Ölkreislaufes gibt die Temperatur beispielsweise einen Anhaltspunkt, ob der Ölkreislauf bei gewünschter Temperatur bzw. Viskosität arbeitet. Weiterhin können zu hohe Temperaturen erkannt und somit die Betriebssicherheit weiter erhöht werden, ohne dass eine gesonderte messtechnische Einrichtung für die Temperaturmessung notwendig wäre .
Die Temperatur kann auch bei der Ermittlung des zumindest einen Kennwertes für den Zustand des Lagers berücksichtigt wer- den und beispielsweise zur Plausibilisierung oder Korrektur des zumindest einen Kennwertes für den Zustand des Lagers verwendet werden, wodurch die Genauigkeit der zustandsbasierten Wartung verbessert werden kann. Wie sich beispielsweise herausgestellt hat, steigt bei dem unerwünschten Zustand der Mischreibung im Lager zeitlich verzögert nach dem Auftreten von erhöhten akustischen Emissionen im Ultraschallbereich auch die Temperatur im Lager. Die Zeitkonstante hierfür ist von der thermischen Kapazität sowie Geometrie des Lagers abhängig und bewegt sich im Bereich von Minuten. Bevor von er- fassten erhöhten akustischen Emissionen auf eine Mischreibung geschlossen wird, kann somit beispielsweise noch die damit verbundene Temperaturerhöhung abgewartet werden.
Die erfasste Temperatur kann zusätzlich auch für eine Analyse der Temperaturverteilung genutzt werden. Im Falle eines
Schmiermittelkreislaufes kann die Temperaturerfassung bei sehr niedrigen Temperaturen genutzt werden, um zu erkennen, wie weit ein Vorheizprozess des Schmiermittels in der Nähe des Lagers vorangeschritten ist. Die Temperaturerfassung kann für eine Regelung der Vorheizung sogar als eine Führungsgröße genutzt werden. Wird ein deutlicher Temperaturgradient gemessen, so befindet sich die Anlage nicht im thermischen Gleichgewicht. Für diesen Zustand ist mit erhöhten akustischen Emissionen im Ultraschallbereich zu rechnen, die nur temporär durch unterschiedliche Ausdehnungen von Komponenten entstehen und keinen Rück- schluss auf dauerhafte Schädigung erlauben. Solche Zeitabschnitte können durch zusätzliche Auswertung der Temperaturinformation bei der Ermittlung des zumindest einen Kennwertes für den Zustand des Lagers ausgeblendet werden. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der zumindest eine Kennwert für die Prozessgröße zur Plausibilisierung von Kennwerten aus einem Zustandsüberwachungssystems des der Prozessgröße zugeordneten Teilprozesses verwendet. Gerade im Fall eines Schmiermittelkreislaufes ist ein Vergleich mit den Daten eines Zustandsüberwachungssystems für den Schmiermittelkreislauf sinnvoll, beispielsweise ein Vergleich mit der vom Zustandsüberwachungssystem ermittelten Durchflussmenge, der Temperatur des Schmiermittels, einer Pumpen-Leis- tungsaufnähme , Druck des Schmiermittels etc. Hierdurch ergibt sich eine Erhöhung der Robustheit der Aussagen des Zustands- überwachungssystems durch eine zusätzliche Messmethode (Redundanz) und damit die Möglichkeit eines Plausibilitäts- Querchecks .
Wie bereits vorstehend erläutert, handelt es sich bei der Prozessgröße bevorzugt um einen Fluss eines Schmiermittels durch die Einrichtung, insbesondere durch das Lager.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die technische Einrichtung in Abhängigkeit von einem oder mehreren der Kennwerte gesteuert und/oder geregelt. Wird als Kennwert für die Prozessgröße beispielsweise ein Fluss eines Schmiermittels wie z.B. Öl betrachtet, so wird die technische Einrichtung beispielsweise erst gestartet, wenn die Betriebstemperatur erreicht ist und durch einen Ölfluss resultierende akustische Emissionen und somit der Kennwert für diese Prozessgröße einen vorgegebenen Bereich erreicht hat. Bei zu niedrigen oder zu hohen Werten der durch den Ölfluss resultierenden akustischen Emissionen kann die Maschine in einen anderen, sicheren Betriebszustand versetzt werden. Es ist auch ein Betrieb der technischen Einrichtung mit definierter, kontrollierter Überlast in einem vorgegebenen Zeitfenster durch Kontrolle der akustischen Emissionen im zweiten Frequenzband bzw. des daraus ermittelten zumindest einen Kennwertes für die Prozessgröße und unter Berücksichtigung des Kennwertes für die Temperatur des Lagers und somit eine Optimierung des Ausstoßes oder Ertrages des technischen Einrich- tung möglich.
Eine erfindungsgemäße Anordnung zur Überwachung einer technischen Einrichtung wie z.B. einer Maschine oder einer Anlage, wobei die Einrichtung ein rotierendes Bauteil und ein Lager für dieses Bauteil aufweist, weist eine Sensorvorrichtung auf, die ausgebildet ist zur, vorzugsweise gleichzeitigen, Erfassung von akustischen Emissionen der Einrichtung in einem ersten Frequenzband und einem zweiten Frequenzband im Ultra- schallbereich, wobei sich das erste Frequenzband und das zweite Frequenzband nicht überdecken. Weiterhin weist die erfindungsgemäße Anordnung eine Auswertevorrichtung mit einer ersten und einer zweiten Auswerteeinheit auf, wobei die erste Auswerteeinheit ausgebildet ist zur Ermittlung eines Kennwertes für den Zustand des Lagers aus einem Sensorsignal der Sensorvorrichtung in dem ersten Frequenzband, und wobei die zweite Auswerteeinheit ausgebildet ist zur Ermittlung eines Kennwertes für eine Prozessgröße eines in der Einrichtung ab- laufenden Prozesses aus einem Sensorsignal der Sensorvorrichtung in dem zweiten Frequenzband.
Von Vorteil liegt das erste Frequenzband höher als das zweite Frequenzband, wobei vorzugsweise das erste Frequenzband über 80 kHz liegt, insbesondere sich über zumindest einen Teilbereich des Frequenzbandes zwischen 90 kHz und 160 kHz erstreckt, und wobei das zweite Frequenzband vorzugsweise unter 80 kHz liegt, insbesondere sich über zumindest einen Teilbereich des Frequenzbandes zwischen 30 kHz und 80 kHz er- streckt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäße Anordnung sind in der zweiten Auswerteeinheit Referenzwerte für unterschiedliche Betriebszustände für den zu- mindest einen Kennwert für die Prozessgröße gespeichert und die zweite Auswerteeinheit ist derart ausgebildet, dass sie den zumindest einen ermittelten Kennwert mit diesen Referenz - werten vergleicht, um auf einen Betriebszustand eines der Prozessgröße zugeordneten Teilprozesses zu schließen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäße Anordnung ist die Auswertevorrichtung derart ausgebildet ist, dass sie den zumindest einen Kennwert für die Prozessgröße bei der Ermittlung des zumindest einen Kennwer- tes für den Zustand des Lagers berücksichtigt, insbesondere den Kennwert auf Plausibilität überprüft. Bevorzugt weist die Sensorvorrichtung einen einzigen Sensor sowohl für die Erfassung der akustischen Emissionen im ersten Frequenzband als auch für die Erfassung der akustischen Emissionen im zweiten Frequenzband, vorzugsweise auch einen Sen- sor für die Erfassung einer Temperatur, auf.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung ist die Prozessgröße der Fluss eines Schmiermittels durch die Einrichtung, insbesondere durch das Lager.
Von Vorteil weist die Anordnung eine Schnittstelle zur Kommunikation mit einer Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung der technischen Einrichtung, vorzugsweise auch eine Schnitt- stelle zur Kommunikation mit einem Zustandsüberwachungssystem für einen der Prozessgröße zugeordneten Teilprozess der technischen Einrichtung auf.
Die für das erfindungsgemäße Verfahren und seine vorteilhaf- ten Ausgestaltungen genannten Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Anordnung und die jeweils korrespondierenden vorteilhaften Ausgestaltungen.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in den Figuren näher erläutert; darin zeigen:
FIG 1 eine Anordnung zur Überwachung einer techni- sehen Einrichtung mit einem Wälzlager und
Schmiermittelanlage ,
FIG 2 eine Anordnung zur Überwachung einer technischen Einrichtung mit einem Gleitlager und einer Schmiermittelanlage,
FIG 3 eine Anordnung zur Überwachung einer technischen Einrichtung mit einem Gleitlager und einer Schmiermittelanlage sowie einer benachbarten Schmiermittelanlage und
FIG 4 - FIG 6 Messdaten eines am Getriebelager einer Ge- Steinsmühle montierten Sensors für akustische Emissionen für drei unterschiedliche Betriebsfälle .
Die FIG 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Anordnung 1 zur Überwachung einer technischen Einrichtung 2 wie z.B. einer Maschine oder einer Anlage. Die Einrichtung 2 weist ein rotierendes Bauteil 3, z.B. eine Getriebewelle, und ein Lager 4 für dieses Bauteil 3 auf. Das Lager 4 ist in an sich bekannter Weise als ein Wälzlager mit einem Innenring 5, einem Außenring 6 und dazwischen angeordneten Lagerkugeln 7 ausgebildet .
Eine Sensorvorrichtung 10 ist mit guter akustischer Kopplung am Lager 4 befestigt und ist ausgebildet zur (vorzugsweise gleichzeitigen) Erfassung von akustischen Emissionen der Einrichtung 1 in einem ersten Frequenzband und einem zweiten Frequenzband im Ultraschallbereich, wobei sich das erste Frequenzband und das zweite Frequenzband nicht überdecken. Die Sensorvorrichtung 10 weist dabei einen einzigen Körperschall - Sensor 11 in Form eines „Acoustic Emission Sensor" sowohl für die Erfassung der akustischen Emissionen im ersten Frequenzband als auch für die Erfassung der akustischen Emissionen im zweiten Frequenzband. Der Sensor 11 kann beispielsweise als ein piezoelektrischer, piezoresistiver, kapazitiver oder in- duktiver Sensor ausgeführt sein. Weiterhin weist die Sensorvorrichtung 10 einen Sensor 12 für die Erfassung einer Temperatur des Lagers 4 auf.
Eine Auswertevorrichtung 20 weist eine erste Auswerteeinheit 21, eine zweite Auswerteeinheit 22 und eine dritte Auswerteeinheit 23 auf. Die erste Auswerteeinheit 21 ist ausgebildet zur Ermittlung eines Kennwertes für den Zustand des Lagers 4 aus einem Signal des Sensors 11 in dem ersten Frequenzband. Die zweite Auswerteeinheit 22 ist ausgebildet zur Ermittlung eines Kennwertes für eine Prozessgröße eines in der Einrichtung ablaufenden Prozesses aus einem Signal des Sensors 11 in dem zweiten Frequenzband. Die dritte Auswerteeinheit 23 ist ausgebildet zur Ermittlung eines Kennwertes der Temperatur des Lagers 4 aus einem Signal des Temperatursensors 12.
Die Prozessgröße ist der Fluss eines Schmiermittels einer Schmiermittelanlage 30 durch das Lager 4. Bei dem Schmiermit- tel handelt es sich beispielsweise um Öl. Die Schmiermittel - anläge 30 umfasst einen Schmiermittelkreislauf 31 mit einer Zuleitung 32 für das Schmiermittel zu dem Lager 4 und einer Ableitung 33 für das Schmiermittel von dem Lager 4. Die
Schmiermittelanlage 30 umfasst dabei noch weitere nicht näher dargestellte Komponenten wie z.B. eine Pumpe, einen Behälter, Filter, Sensoren, eine Heizung, Ventile etc.
Der Sensor 11 ist ein breitbandiger Körperschall-Sensor, der sowohl im Frequenzbereich unter 80 kHz als auch im Frequenz - bereich über 80 kHz empfindlich ist. Im Frequenzbereich über 80 kHz, vorzugsweise in einem ersten Frequenzband zwischen 90 kHz und 160 kHz, wird hierbei direkt die Reibung im Lager sowie mechanische Schädigung im Lager detektiert, indem materialspezifische Frequenzen gemessen werden, die bei irreversib- 1er plastischer Materialverformung angeregt werden. Im Frequenzbereich unter 80 kHz ist dieser Sensor 11 ebenfalls empfindlich. Hier tritt in einem zweiten Frequenzband zwischen 30 kHz und 80 kHz eine breitbandige „rauschförmige" Anregung durch den Schmiermittelkreislauf 31 auf. Die Reibung im
Schmiermittel selbst sowie die Reibung des Schmiermittels direkt an den Grenzflächen erzeugen hierbei eine Ultraschall- Anregung, die sich in der technischen Einrichtung 2, z.B. einem Gehäuse einer Maschine, ausbreitet. Diese Schwingungen sind typischerweise auch direkt am Lager 4 messbar und damit durch den am Lager 4 montierten Sensor 11 erfassbar. Die
Trennung der Frequenzbänder aus einem Schwingungssignal des Sensors 11 kann in der ersten Auswerteeinheit 21 und/oder zweiten Auswerteeinheit 22 mittels analogen und/oder digitalen Filtern erfolgen.
In einer alternativen, nicht dargestellten Ausführungsform weist die Sensorvorrichtung 10 mindestens zwei Körperschall - Sensoren auf, die gemeinsam in einem Sensorkopf der Sensorvorrichtung 10 untergebracht sind. Hierbei liegt die Resonanzfrequenz eines Sensors zwischen 90 kHz und 160 kHz für die Überwachung des Zustands des Lagers 4 und die eines wei- teren Sensors zwischen 30 kHz und 80 kHz für die Überwachung des Schmiermittelkreislaufes 31.
Für die Überwachung des Schmiermittelkreislaufes 31 und somit der Schmiermittelanlage 30 werden in der zweiten Auswerteein- heit 22 aus dem Ultraschallsignal im zweiten Frequenzband zwischen 30 kHz und 80 kHz die Hüllkurve sowie RMS- und Maximalwerte gebildet. Diese Kennwerte charakterisieren direkt die Reibung im Lager 4 aufgrund des Schmiermittelflusses. Verändert sich dieser, so verändern sich auch diese Kennwer- te .
In der zweiten Auswerteeinheit 22 sind Referenzwerte („Fin- gerprints") für unterschiedliche Betriebszustände für den Schmiermittelfluss gespeichert und die zweite Auswerteeinheit 22 ist derart ausgebildet, dass sie den ermittelten Wert für den Schmiermittelfluss mit diesen Referenzwerten vergleicht, um auf einen Betriebszustand des Schmiermittelkreislaufes 31 und somit der Schmiermittelanlage 30 zu schließen. Für eine detailliertere Analyse können auch Frequenzanalysen auf der Basis der Signale des Sensors 11 und deren Hüllkurve durchgeführt werden, z.B. um Störsignale durch bekannte Lagerfrequenzen oder elektrische Einstreuungen fester Frequenz herauszufiltern .
Die Auswertevorrichtung 20 kann derart ausgebildet sein, dass sie den ermittelten Schmiermittelfluss bei der Ermittlung des Kennwertes für die Reibung des Lagers 4 berücksichtigt, insbesondere auf Plausibilität überprüft.
Die Auswertevorrichtung 20 weist eine Schnittstelle 8 zu ei- nem Netzwerk 40 zur Kommunikation mit einer Steuerungsund/oder Regelungsvorrichtung 41 der technischen Einrichtung 2 und zur Kommunikation mit einem gesonderten Zustandsüberwa- chungssystem 42 der Schmiermittelanlage 30 auf. Insbesondere die Anbindung direkt an das Netzwerk 40 (vorzugsweise ein in- dustrielles Netzwerk auf der Basis von z.B. Ethernet, Profinet, Profibus, OPC-UA, etc.) ist hierbei vorteilhaft, da somit die Kennwerte im Netzwerk 40 für verschiedene andere Systeme zur Verfügung gestellt werden können. Der in die Sensorvorrichtung 10 integrierter Temperatursensor 12 erhöht die Aussagekraft des Sensors 11. Bei schlechter An- kopplung des Sensors 11 an das Lager 4 ist typischerweise auch die Temperaturankopplung schlecht, d.h. die von dem Temperatursensor 12 gemessenen Temperaturwerte sind dann norma- lerweise niedriger als erwartet. Die Temperatur gibt ebenfalls einen Anhaltspunkt, ob der Schmiermittelkreislauf 31 bei gewünschter Temperatur bzw. Viskosität arbeitet. Zu hohe Temperaturen können somit erkannt werden. Bei Mischreibung im Lager 4 steigt zeitlich verzögert nach dem Auftreten von er- höhten akustischen Emissionen auch die Temperatur. Die Zeitkonstante hierfür ist von der thermischen Kapazität sowie Geometrie des Lagers 4 abhängig. Der Temperatursensor 12 kann zusätzlich für eine Analyse der Temperaturverteilung genutzt werden und bei sehr niedrigen Temperaturen genutzt werden, um zu erkennen, wie weit der Vorheizprozess des Schmiermittels in der Nähe des Lagers 4 vorangeschritten ist. Der Sensor 12 kann für diese Regelung auch als eine Führungsgröße genutzt werden. Wird ein deutlicher Temperaturgradient gemessen, so befindet sich die Schmiermittelanlage 30 nicht im thermischen Gleichgewicht. Für diesen Zustand ist mit akustischen Emissionen zu rechnen, die nur temporär durch unterschiedliche Ausdehnungen von Komponenten entstehen und keinen Rückschluss auf dauerhafte Schädigung erlauben. Solche Zeitabschnitte können durch zusätzliche Auswertung der Temperaturinformation ausgeblendet werden.
Über die Schnittstelle 8 und das Netzwerk 40 ist eine Nutzung der Sensorkennwerte zur Steuerung und/oder Regelung der technischen Einrichtung 2 möglich. Die Einrichtung 2 wird beispielsweise erst gestartet, wenn die Betriebstemperatur erreicht ist und der den Schmiermittelfluss repräsentierende Kennwert der akustischen Emissionen einen notwendigen Bereich erreicht hat. Bei zu niedrigen Werten des Kennwertes kann die Einrichtung 2 in einen anderen, sicheren Betriebszustand versetzt werden. Bei zu hohen Temperaturwerten kann die Einrichtung 2 in einen anderen, sicheren Betriebszustand versetzt werden. Ein Betrieb der Einrichtung 2 mit definierter, kon- trollierter Überlast in einem vorgegebenen Zeitfenster durch Kontrolle der Kennwerte der akustischen Emissionen und der Temperatur beispielsweise zur Ertragsoptimierung ist hierdurch möglich. Insgesamt können somit Fehlzustände der Einrichtung 2 vermeiden oder beendet werden.
Über die Schnittstelle 8 und das Netzwerk 40 ist eine Nutzung der Sensorkennwerte zur Plausibilisierung von Kennwerten des Zustandsüberwachungssystems 42 der Schmiermittelanlage 30 möglich. So ist beispielsweise ein Vergleich mit der durch das Zustandsüberwachungssystem 42 ermittelten Durchflussmenge, Temperatur des Schmiermittels, Pumpen-Leistungsaufnähme , Druck des Schmiermittels etc. möglich. Hierdurch ergibt sich eine Erhöhung der Robustheit der Zustandsüberwachung der Schmiermittelanlage 30 durch eine zusätzliche Messmethode (d.h. Redundanz) und damit die Möglichkeit eines Plausibili- täts-Querchecks .
Die Auswertevorrichtung 20 für die Bildung der Kennwerte kann hierbei - wie in FIG 1 dargestellt- als gesonderte Elektro- nikbaugruppe direkt an die Sensorvorrichtung 10 angekoppelt sein, sie kann aber - wie in FIG 2 dargestellt - auch in die Sensorvorrichtung 10 integriert sein. Eine in FIG 2 in schematischer Darstellung gezeigte Anordnung 51 zur Überwachung einer technischen Einrichtung 52 wie z.B. einer Maschine oder einer Anlage unterscheidet sich von der in FIG 1 gezeigten Anordnung 1 dadurch, dass die Einrichtung 52 ein Gleitlager 54 anstatt eines Wälzlagers 4 aufweist und dass die Auswertevorrichtung 20 in die Sensorvorrichtung 10 integriert ist. Da somit die dritte Auswerteeinheit 23 direkt in die Sensorvorrichtung 10 integriert ist, kann es sich bei dem Temperatursensor 12 beispielsweise um einen in einen Mik- rocontroller der dritten Auswerteeinheit 23 integrierten Temperatur-Sensor handeln.
FIG 3 zeigt in schematischer Darstellung eine Überwachung eines Schmiermittelkreislaufes 61 einer Schmiermittelanlage 60 eines benachbarten Aggregates 65 durch die Sensorvorrichtung 10. Auch hier handelt es sich bei dem Schmiermittel beispielsweise um Öl. Die Überwachung des Schmiermittelkreislaufes 61 zusätzlich zu dem Schmiermittelkreislauf 31 (siehe FIG 1, in FIG 3 nicht dargestellt) ist möglich bei guter akusti- scher Kopplung mit dem benachbarten Schmiermittelkreislauf
61, z.B. über ein Stahl- oder Aluminiumgehäuse 64, durch das die Zuleitung 32 und die Ableitung 33 des Schmiermittelkreislaufes 31 sowie eine Zuleitung 62 und eine Ableitung 63 des benachbarten Schmiermittelkreislaufes 61 geführt sind und an dem auch die Sensorvorrichtung 10 befestigt ist. Die Aktivität der beiden Schmiermittelkreisläufe 31, 61 kann dann separat betrachtet und verglichen werden. Dies kann genutzt werden, um einen Ausfall eines oder mehrerer der Schmiermittelkreisläufe 31, 61 zu detektieren oder um Veränderung im
Kreislauf (z.B. Veränderung von Durchfluss, Druck, Viskosität) zu detektieren.
FIG 4 - FIG 6 zeigen beispielhaft Messdaten eines am Getriebelager einer Gesteinsmühle montierten Sensors für akustische Emissionen, der in dem eingezeichneten Frequenzband 71 um
60kHz und in dem eingezeichneten Frequenzband 72 um 120 kHz empfindlich ist, für drei unterschiedliche Betriebsfälle. Da- bei ist jeweils die Amplitude Y über der Frequenz f dargestellt .
FIG 4 zeigt dabei einen ersten Betriebsfall, bei dem sich die Welle nicht dreht (d.h. mit einer Drehzahl von 0 U/min) . Ein erster Schmiermittelkreislauf in Form eines Hochdruck-Öl - kreislauf ist ausgeschaltet, ein zweiter Schmiermittelkreislauf in Form eines Niederdruck-Olkreislaufes ist ebenfalls ausgeschaltet. Wie aus FIG 4 ersichtlich ist, sind in keinem der zwei Frequenzbänder 71, 72 nennenswerte akustische Emissionen feststellbar.
FIG 5 zeigt einen zweiten Betriebsfall, bei dem sich die Welle nicht dreht (d.h. mit einer Drehzahl von 0 U/min) . Sowohl der erste Schmiermittelkreislauf in Form des Hochdruck-Öl - kreislauf als auch der zweite Schmiermittelkreislauf in Form des Niederdruck-Olkreislaufes sind eingeschaltet. Wie aus FIG
5 ersichtlich ist, sind in dem unteren Frequenzband 72 um 60 kHz deutliche akustische Emissionen erkennbar.
FIG 6 zeigt einen dritten Betriebsfall, bei dem sich die Welle nun mit konstanter Drehzahl von 1000 U/min dreht. Sowohl der erste Schmiermittelkreislauf in Form des Hochdruck-Öl - kreislauf als auch der zweite Schmiermittelkreislauf in Form des Niederdruck-Olkreislaufes sind eingeschaltet. Wie aus FIG
6 ersichtlich ist, sind in dem höheren Frequenzband 71 um 120 kHz nun ebenfalls deutliche akustische Emissionen erkennbar.
Es ist somit deutlich ersichtlich, dass der oder die Ölkreis- laufe und die Lagerreibung Signale in verschiedenen Frequenzbereichen erzeugen, die einzeln ausgewertet und überwacht werden können.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Überwachung einer technischen Einrichtung (2) wie z.B. einer Maschine oder einer Anlage, wobei die Ein- richtung (2) ein rotierendes Bauteil (3) und ein Lager (4) für dieses Bauteil aufweist,
wobei im Betrieb der Einrichtung (2)
akustische Emissionen der Einrichtung (2) in einem ersten Frequenzband (71) im Ultraschallbereich erfasst werden, - akustische Emissionen der Einrichtung (2) in einem zweiten Frequenzband (72) im Ultraschallbereich erfasst werden, wobei sich das erste Frequenzband (71) und das zweite Frequenzband (72) nicht überdecken,
wobei aus den akustischen Emissionen der Einrichtung (1) in dem ersten Frequenzband (71) zumindest ein Kennwert für den Zustand des Lagers (4) ermittelt wird,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass aus den akustische Emissionen der Einrichtung (2) in dem zweiten Frequenzband (72) zumindest ein Kennwert für eine Prozessgröße eines in der Einrichtung (2) ablaufenden Prozesses ermittelt wird .
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das erste Frequenzband (71) höher als das zweite Frequenzband (72) liegt, wobei vorzugsweise das erste Frequenzband (71) über 80 kHz liegt, insbesondere sich über zumindest einen Teilbereich des Frequenzbandes zwischen 90 kHz und 160 kHz erstreckt, und das zweite Frequenzband (72) vorzugsweise unter 80 kHz liegt, insbesondere sich über zumindest einen Teilbereich des Frequenzbandes zwischen 30 kHz und 80 kHz erstreckt.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass durch einen Vergleich des zumindest einen Kennwerts für die Prozessgröße mit Referenzwerten für unterschiedliche Betriebszustände auf einen Betriebszustand eines der Prozessgröße zugeordneten Teilprozesses geschlossen wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der zumindest eine Kennwert für die Prozessgröße bei der Ermittlung des zumindest einen Kennwertes für den Zustand des Lagers (4) berücksichtigt wird, insbesondere der Kennwert für den Zustand des Lagers (4) auf Plausibilität überprüft wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zusätzlich eine Temperatur des Lagers (4) erfasst und zumindest ein Kennwert für die Temperatur ermittelt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der zumin- dest eine Kennwert für die Prozessgröße zur Plausibilisierung von Kennwerten aus einem Zustandsüberwachungssystems (42) des der Prozessgröße zugeordneten Teilprozesses verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Prozessgröße der Fluss eines Schmiermittels durch die Einrichtung (2), insbesondere durch das Lager (4), ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein einziger
Sensor (11) sowohl für die Erfassung der akustischen Emissionen in dem ersten Frequenzband (71) als auch für die Erfassung der akustischen Emissionen in dem zweiten Frequenzband (72) verwendet wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Einrichtung (2) in Abhängigkeit von einem oder mehreren der Kennwerte gesteuert und/oder geregelt wird.
10. Anordnung (1) zur Überwachung einer technischen Einrichtung (2) wie z.B. einer Maschine oder einer Anlage, wobei die Einrichtung (2) ein rotierendes Bauteil (3) und ein Lager (4) für dieses Bauteil (3) aufweist, mit
einer Sensorvorrichtung (11) , die ausgebildet ist zur Erfassung von akustischen Emissionen der Einrichtung (2) in einem ersten Frequenzband und einem zweiten Frequenzband
(72) im Ultraschallbereich, wobei sich das erste Frequenzband (71) und das zweite Frequenzband (/2) nicht überdecken,
einer Auswertevorrichtung (20) mit einer ersten und einer zweiten Auswerteeinheit (21, 22), wobei die erste Auswerteeinheit (21) ausgebildet ist zur Ermittlung eines Kennwertes für den Zustand des Lagers (4) aus einem Sensorsignal der Sensorvorrichtung (10) in dem ersten Frequenzband (71) ,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die zweite Auswerteeinheit (22) ausgebildet ist zur Ermittlung eines Kennwertes für eine Prozessgröße eines in der Einrichtung ablaufenden Prozesses aus einem Sensorsignal der Sensorvorrichtung (10) in dem zweiten Frequenzband (72) .
11. Anordnung (1) nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das erste Frequenzband (71) höher als das zweite Frequenzband (72) liegt, wobei vorzugsweise das erste Frequenzband (71) über 80 kHz liegt, insbe- sondere sich über zumindest einen Teilbereich des Frequenzbandes zwischen 90 kHz und 160 kHz erstreckt, und das zweite Frequenzband (72) vorzugsweise unter 80 kHz liegt, insbesondere sich über zumindest einen Teilbereich des Frequenzbandes zwischen 30 kHz und 80 kHz erstreckt.
12. Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass in der zweiten Auswerteeinheit (22) Referenzwerte für unterschiedliche Betriebszustände für den zumindest einen Kennwert für die Prozessgröße gespeichert sind und dass die zweite Auswerteeinheit (22) derart ausgebildet ist, dass sie den zumindest einen ermittelten Kennwert mit diesen Referenzwerten ver- gleicht, um auf einen Betriebszustand eines der Prozessgröße zugeordneten Teilprozesses zu schließen.
13. Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Auswertevorrichtung (20) derart ausgebildet ist, dass sie den zumindest einen Kennwert für die Prozessgröße bei der Ermittlung des zumindest einen Kennwertes für den Zustand des Lagers (4) berücksichtigt, insbesondere den Kennwert auf Plau- sibilität überprüft.
14. Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Sensorvorrichtung (10) einen einzigen Sensor (11) sowohl für die Erfassung der akustischen Emissionen im ersten Frequenzband
(71) als auch für die Erfassung der akustischen Emissionen im zweiten Frequenzband (72) , vorzugsweise auch einen Sensor (12) für die Erfassung einer Temperatur des Lagers (4), aufweist .
15. Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Prozessgröße der Fluss eines Schmiermittels durch die Einrichtung (2), insbesondere durch das Lager (4), ist.
16. Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Auswertevorrichtung (20) eine Schnittstelle (8) zur Kommunikation mit einer Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung (41) der technischen Einrichtung (2), vorzugsweise auch zur Kommunikation mit einem Zustandsüberwachungssystem (42) für einen der Prozessgröße zugeordneten Teilprozess der technischen Einrichtung (2) aufweist.
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