EP3612753A1 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung von beschädigung, verschleiss und/oder unwucht in einem getriebe, insbesondere einem umlaufrädergetriebe - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur bestimmung von beschädigung, verschleiss und/oder unwucht in einem getriebe, insbesondere einem umlaufrädergetriebe

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EP3612753A1
EP3612753A1 EP18724141.9A EP18724141A EP3612753A1 EP 3612753 A1 EP3612753 A1 EP 3612753A1 EP 18724141 A EP18724141 A EP 18724141A EP 3612753 A1 EP3612753 A1 EP 3612753A1
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EP
European Patent Office
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measured value
transmission
tooth
gear
measuring point
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP18724141.9A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Rudolf Lück
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Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Original Assignee
Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG filed Critical Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Publication of EP3612753A1 publication Critical patent/EP3612753A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02C7/36—Power transmission arrangements between the different shafts of the gas turbine plant, or between the gas-turbine plant and the power user
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    • F16H57/08—General details of gearing of gearings with members having orbital motion
    • F16H57/082—Planet carriers

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for determining damage, excessive wear and / or an occurring imbalance within a transmission, in particular an epicyclic gear.
  • Planetary gear also referred to as planetary gear
  • Planetary gear units are used for example in turbofan engines for aircraft, in particular in so-called "geared turbofan engine.”
  • the purpose of such a planetary gear is here, for example, the reduction of the rotational speed of a tubular shaft (which forms the input shaft of the epicyclic gear) to a lower rotational speed for a Fan of the engine.
  • Measurement curve for a rotating transmission part of the transmission e.g. a sun gear or at least one planet gear of a planetary gear, is detected
  • the measured values or measured value profiles conventionally recorded as measuring signals at successive triggering times are added up for the measuring point and the sum of the measured values or a summed measured value profile is stored,
  • An ensemble averaging for the measured values or measured value curves is automatically performed by dividing the sum of the measured values or each measured value of the accumulated measured value profile by the meter reading after each increase of the meter reading, in order thus to make up an ensemble item for the metering point to determine which one is aiming for the measured value portions which correlate to a finite value at the time of triggering and which tends to zero for non-correlated measured value portions, and
  • the ensemble means is compared with at least one reference value or reference profile in order to obtain a deviation of the
  • Uncorrelated measured value components go to zero with the number of trigger times relevant for the periodic acquisitions, whereas correlated measured value portions with the number of trigger instants run against infinity towards a fixed, finite value. If, for example, a statement about an eccentricity of a gear wheel of the transmission is to be made here, the correlation must lie on a trigger time which recurs after one revolution. It is initially fundamentally open with regard to the choice of the trigger time whether, for example, in the observation of a sun gear in a planetary gear planet wheels should have the same position repeatedly to not have variances by the planetary gears in the evaluation, or always different positions of the planetary gears for the successive trigger times are assumed, so that the planet gears tostoffn. The same consideration applies to the observation of an eccentricity of the planet wheels.
  • the acquired measured value or the recorded measured value course in this case represents the force or position profile in the tooth contact (divided into rolling and sliding phase).
  • the position of the force input on the tooth flanks which is reflected in the measured values by measurement, varies with the rolling of the tooth flanks relative to one another.
  • the force entry begins on a narrow (axial) side of the tooth, this zone widened to the full tooth width. Then the zone of force input becomes smaller again, decreasing on the opposite (axial) side of the tooth.
  • Force induced deformations are e.g.
  • a deformation and / or structure-borne noise can be measured at the measuring point.
  • the summed measured values or measured value profiles of the associated measuring signals allow a reliable statement about different errors by the envisaged ensemble averaging.
  • this is a wear of the teeth, a Zahnfußriss or -riss, a crack in the ring gear, a one-sided running of the planet gears, a static and / or dynamic axis offset, a non-circular run in the bearings of the planetary gears, a non-circular barrel in the output shaft (and thus, for example, a propeller axis when using the (planetary gear) in an aircraft engine) or a non-circular run in the input shaft (and thus eg a turbine axis when using the ( Umlaufgan-) transmission in an aircraft engine) detectable, since the corresponding errors or signs of wear on the ensemble medium in comparison with the - possibly also ensemble-averaged - reference value or reference curve have different deviations result.
  • the evaluation logic based on the ensemble means
  • the trigger time is selected based on a phase position of at least two rotating transmission parts of the transmission to each other, for example.
  • the trigger time thus serves e.g. as a reference for a change in the observed tooth.
  • the trigger time can be predetermined by the phase position of an output shaft and an input shaft of the transmission.
  • the phase position and thus the trigger time or the trigger times are given here, for example, by the shaft or the gear on which an observed tooth is provided.
  • a stationary ring gear of a planetary gear train at measuring points sensor devices are mounted, which are able to measure the deformation and at the respective measuring point the force input and the structure-borne noise.
  • the pairings of teeth of the different gears, in particular the teeth of the ring gear and the teeth of a planetary gear are repeated periodically at certain time intervals. Proceeding from this, it is then provided in a variant that a number is assigned to each individual tooth on each planetary gear. Whenever the tooth uniquely assigned to this number reappears at the measuring point, it is assigned to one of the numbers or teeth Memory the detected measured value or measured value course added up. For ensemble averaging, the sum is then divided by the number of measurements taken in a meter reading.
  • the signals or signal components correlated to a trigger point increase.
  • the signals or signal components which are not correlated at a trigger time go to zero for the ensemble medium.
  • the ensemble means can be calculated differently.
  • the ensemble means to be used for the detection of damage to a tooth flank may differ from that ensemble means which is used as the basis for detecting an imbalance of the sun shaft.
  • a challenge in the proposed method is e.g. the exact detection of a phase angle in order to be able to precisely determine the times of the summation (trigger times).
  • a trigger time is predetermined via a phase determination sensor which has at least one additional sensor device.
  • the phase determination sensor system comprises at least one sensor means, as part of the sensor device, which is associated with a shaft or a gear wheel of the transmission.
  • the phase determination sensor system comprises at least one sensor means, as part of the sensor device, which is associated with a shaft or a gear wheel of the transmission.
  • a trigger time for the observed tooth can be set in a rest position of a planetary gear in which the observed tooth rests against another tooth of the gear part provided with the at least one sensor device at the measuring point.
  • the phase determination sensor is thus in this variant For example, it is determined that a signal which can be detected in the current rest position via the phase determination sensor system is decisive for the phase position and thus the trigger time and thus the summation should take place at each renewed (periodic) occurrence of this signal during operation of the epicyclic gearbox.
  • the phase determination sensor system may include at least one sensor-detectable marking means on each shaft or gear wheel and at least one reading sensor means.
  • a "reading" of the phase information of the shaft or of the gear wheel using the marking means and the sensor means can fundamentally be based on different technologies, for example magnetic, optical, capacitive and / or inductive.
  • the ensemble means after a comparison of the ensemble means with the at least one reference value or reference curve, it is checked whether the counter reading exceeds a stored forgetting factor, and in the case that the counter reading is greater than the forgetting factor, the sum of the measured values or accumulated measured value course as well as the counter reading before the next trigger time are set to zero.
  • the ensemble means After comparing the ensemble means with the at least one reference value or reference curve in order to evaluate whether there is damage, excessive wear and / or imbalance within the transmission, the sum of the measured values or the accumulated measured value course and, on the other hand, the corresponding counter reading are thus possibly on the one hand set to zero.
  • the forgetting factor for the detection of an imbalance is usually chosen to be larger, so that only after a plurality of measurement cycles, a reset to zero, since there is an unbalance on the basis of a longer series of measurements and comparison with at least fix a reference value or at least one reference curve with greater certainty than with a shorter series of measurements.
  • the sum of the measured values or the accumulated measured value profile is always determined by means of a predetermined limited number of detected measured values or measured value profiles. Older values are thus not deleted in this variant after summing but filled with new values and the oldest values are overwritten by "pushing through” (so-called “moving average”). The sum used for ensemble averaging is then always formed over a current data record, the contains a certain number of last measured values or measured value curves.
  • the at least one reference value or the at least one reference profile may also have been determined by ensemble averaging for the measuring point at the triggering time by means of the electronic sensor device, e.g. for a given reference period of the (epicyclic) transmission.
  • a reference period e.g. The reference period thus covers in particular a so-called run-in time of the (epicyclic) transmission.
  • the period of time in which the (epicyclic) transmission was operated At least one ensemble-averaged reference value or at least one ensemble-averaged reference value profile can be recorded and stored over a running-in period / or an imbalance has occurred.
  • the at least one reference value or at least one reference course can be based (additionally) on a service life model for the (epicyclic) transmission.
  • a tolerated wear over the service life of the (epicyclic) gearbox is taken into account. Accordingly, for example, varies for the evaluation of a possible damage, excessive wear and / or an unbalance occurred within the (epicyclic) gear used and determined from a stored reference curve reference value with the operating life of the (epicyclic) gear.
  • a plurality of electronic sensor devices are provided at different measuring points on the same transmission part of the transmission, for example on the ring gear of an epicyclic gearbox, at which at least one measured value or one measured value profile is repeatedly recorded at one or more triggering times.
  • the relevant phase positions for the different measuring points are then usually different for several trigger times.
  • it can be detected electronically for the different measuring points when at least one particular of several observed teeth of different rotating gear wheels passes the assigned measuring point.
  • the number of passages is stored in an associated counter memory for each observed tooth by incrementing a counter reading stored in the counter memory for that tooth each time the respective measuring points pass through the respective tooth.
  • ensemble averaging for the recorded measured values or measured value curves of each measuring point is automatically carried out by dividing the sum of the measured values or each measured value of the accumulated measured value profile by the number of passages of this tooth after each increase of the counter reading for the associated observed tooth to determine an ensemble agent for the respective measuring point on the basis of the associated tooth.
  • an electronic sensor device is provided on the stationary ring gear for each meshing with the ring gear planetary gear of a planetary gear.
  • this is not mandatory.
  • a sensor device on the ring gear can gain sufficiently meaningful measurement data.
  • the behavior of the ring gear in individual sections can also be compared with one another and thus checked electronically.
  • a first measured value or a first measured value profile can be detected at the transmission, in particular a planetary gear, for each of the different measuring points, then an average value or mean value profile is formed from the first measured values or detected first measured value profiles detected for the different measuring points Influence of each observed teeth too mittein.
  • a reference value or reference curve can nonetheless also be formed only via the instrumentation.
  • measured values or measured value profiles for different tooth sections of the same tooth observed can be detected at one measuring point by means of the at least one electronic sensor device. In this case, in each case the count for the teeth comprising the tooth sections is used for ensemble averaging for the different tooth sections.
  • one embodiment provides that the determination of damage, wear and / or imbalance takes place in the operation of a transmission of an engine, in particular of a gas turbine engine.
  • a further aspect of the invention is the provision of a device for determining damage, wear and / or imbalance in a gear designed as a gear transmission, in particular an epicyclic gearbox by means of at least one electronic sensor device of the device.
  • the device has an evaluation logic, by means of which the measured values or measured value profiles acquired at successive triggering times are added up for the measuring point and the sum of the measured values or an accumulated measured value profile is stored by means of a memory device of the device,
  • the memory device is set up and provided to store in a counter memory a counter reading which is increased by 1 at each triggering time for the rotating gearbox part,
  • ensemble averaging for the acquired measured values or measured value profiles can be carried out automatically by dividing the sum of the measured values or each measured value of the summed measured value course by the meter reading after each increase of the meter reading, in order thus to determine an ensemble means for the measuring point that is suitable for the measured value components, which at the time of triggering are aimed at reaching a finite value and which tends to zero for non-correlating measured value components, and by means of the evaluation logic, the ensemble means is comparable to at least one reference value or reference curve in order to indicate a possible damage, excessive wear and / or unbalance within a deviation of the ensemble from the at least one reference value or reference curve beyond at least one threshold value the transmission (in particular, an indication of an uneven load distribution on the planets or uneven load distribution on the planets during orbit within the epicyclic gearbox) in a planetary gearbox.
  • An embodiment variant of a device according to the invention can be set up and provided in particular for carrying out a method according to the invention. Accordingly, advantages and features explained above and below in connection with variant embodiments of a method according to the invention also apply to embodiments of a device according to the invention and vice versa.
  • an embodiment variant provides that
  • At least one electronic sensor device By means of the at least one electronic sensor device during operation of the transmission at the measuring point on a transmission part of the transmission periodically to the at least one predetermined trigger time at least one measured value or a measured value course for a rotating transmission part of the transmission is detected, wherein at least two rotating transmission parts of the planetary gear have certain phase relationship to each other, and
  • the device is further electronically detectable when at least one particular, observed tooth of a rotating transmission part in the form of a
  • Gear wheel passes the measuring point, wherein the memory device is set up and provided to store the number of passages as a count in the counter memory by the counter stored in the counter memory count is increased by 1 each time the tooth.
  • Figure 1 shows a variant of an inventive device with a planetary gear in a sectional view; on an enlarged scale, a detail of an internally toothed ring gear of the epicyclic gearbox of Figure 1 with a partial planetary gear meshing with the ring gear; a diagram illustrating different summed to periodically recurring trigger times accumulated waveforms; schematically the comparison of an ensemble obtained from the waveforms of Figure 3 Ensemble means with a reference waveform;
  • Figure 3B is a diagram illustrating accumulated signal waveforms with multiple sampling points
  • Figure 4 shows the epicyclic gearing with illustration of different
  • FIG. 5 schematically shows an embodiment of an inventive
  • FIG. 6 shows a gas turbine engine in a sectional side view, in which a device according to the invention and an inventive
  • FIG. 6 shows a side view of a gas turbine engine 200, in which the individual components are arranged one behind the other along a rotational or central axis 210.
  • the gas turbine engine 200 of FIG. 6 is designed here as a so-called geared turbofan engine, that is to say as a turbofan engine with a reduction gear for driving a fan 230 arranged on an inlet or intake 220.
  • This fan 230 conveys air via the inlet 220 into the gas turbine engine 200 and here on the one hand in a known manner on the one hand in a bypass duct 230 of a fan casing 310 and on the other hand to a core engine 330.
  • the sucked air is compressed via a low-pressure compressor 250 and a high-pressure compressor 260 arranged downstream thereof and fed to a combustion chamber 270.
  • the compressor stage with the low-pressure compressor 250 and the high-pressure compressor 260 is driven on the one hand and the fan 230 on the other hand to provide the majority of the thrust via the air conveyed into the bypass duct 230.
  • a turbine shaft driven by the turbine stage usually the low-pressure turbine 290, is used to drive the fan 230.
  • an epicyclic gear 100 is provided in order to reduce the rotational speed of the turbine shaft for the drive of the fan 230.
  • the shaft connected to the turbine stage is provided as an input shaft 232 to which a sun gear S of the epicyclic gear 100 is non-rotatably arranged.
  • a rotation of the input shaft 232 is converted via the epicyclic gear 100 in a reduced rotational speed rotation of an output shaft 231 of the epicyclic gear 100, which drives the fan 230.
  • This output shaft 231 is presently formed by the web shaft of the epicyclic gear 100.
  • the output shaft 231 is accordingly connected to the axes of the planetary gears P1 to P5 of the epicyclic gearbox 100 revolving around the sun gear S during operation, and thus to a planet carrier of the epicyclic gearing 100.
  • the sun gear S and the planet gears P1 to P5 are arranged within an internally toothed ring gear H of the epicyclic gear 100, on which the planetary gears P1 to P5 are driven by the sun gear S (see also FIG.
  • the planetary gear 100 shown in Figure 1 has on the fixed ring gear H more, in the present case five sensor devices Sei to Se5. These sensor devices Sei to Se5 are coupled to an electronic evaluation device AE.
  • This evaluation device AE has an evaluation logic AL for the acquisition and evaluation of measurement signals which are provided to the sensor devices Sei to Se5. Furthermore, a memory MEM is part of the evaluation device AE.
  • This memory MEM comprises, on the one hand, a signal sequence memory SVS for storing (accumulated) measurement signals and a plurality of counter memories ZS for storing counter readings.
  • the evaluation logic AL of the evaluation device AE is configured to perform ensemble averaging with the aid of measurement signals and counter readings stored in the memory MEM. The ensemble means determined in this case can be compared with reference values or reference curves stored in the evaluation unit AE.
  • an alarm signal can be output via an alarm generator AG, which is coupled to the evaluation device AE or integrated therein, or a readable error flag can be set.
  • phase determination sensor PS is provided.
  • the respective trigger times are signaled the respective trigger times, to which are added up by the sensor devices Sei to Se5 measured signals in the waveform memory SVS and an associated count in the respective counter memory ZS is to increase by 1.
  • a sensor means PSs1 which is arranged on one of the planetary gears P1 to P5 in order to detect a phase angle of a planetary P1.
  • this may be a detectable marking that can be read by a sensor arranged on the ring gear H.
  • a planetary gear P1 may, for example, also be a small magnet which can be detected via a coil arranged on the ring gear H.
  • phase position Due to the epicyclic orbits of the planetary gears P1 to P5 traveling around the sun gear S during operation of the planetary gear train 100, such a coil is then provided at the height of the intersection of the epicyclic tracks in order to reliably detect the phase position of the planet gears P1 to P5.
  • the determination of the phase position can also be based on other technologies, eg optical, capacitive and / or inductive.
  • the sensor devices Be to Se5 which are arranged on the stationary ring gear H, in each case a measurement of the forces acting in the tooth contact takes place here. For this purpose, a deformation can be measured by means of the respective sensor devices Sei to Se5 on the ring gear H.
  • each sensor device Sei to Se5 is equipped, for example, with a piezoelectric element.
  • Another measurement method for the measurement on the fixed ring gear H is, for example, the inverse magnetostriction.
  • the inverse magnetostriction has the advantage that it is possible to directly measure the force-dependent deformation in the material and thus also the force distribution in the middle of the teeth. This can be achieved by mounted outside of the gears coils or Hall sensors. As a result, deformations are not only detectable where sensor devices can be attached without problems.
  • the proposed solution is based on the basic idea that by an Ensemble averaging with phase-accurate triggering by the transmission shafts of the epicyclic gear 100, in this case the input shaft 232 with the sun gear S and the output shaft 231 of the planet gears P1 to P5, non-correlated signal or measured value over the time will be eliminated.
  • the pairings of teeth of the ring gear H and the individual planetary gears P1 to P5 repeat at longer time intervals.
  • a (tooth) number P1, 1..P1, n is associated with, for example, each individual tooth of a planetary P1.
  • a counter reading for the respective tooth number P1, 1..P1, n is added up in the counter memory ZS of the evaluation unit AE, thus increasing a count for the respective tooth by one.
  • Each tooth of the planetary gear P1 to be observed consequently has a corresponding counter reading.
  • the summed measurement signal for each observed tooth P1, 1... P1, n is divided by the number of measurements, which are given in FIG the counter memory ZS is stored as a count.
  • the ensemble means is thus determined in phase, synchronized, for example, to the axis angle of the input shaft 232 of the sun gear S, the output shaft 231 of the planet gears P1 to P5 and the rotation of the planet gears P1 to P5.
  • non-correlated signal and thus measured value components of the phase-synchronously recorded measurement signals approach 0 as the number of measurements increases, in particular approaches infinity.
  • correlating signal or measured value components increase. From the calculated Ensembelitteln can then not only make a statement about given correlations, but also - by comparison with a reference value or reference curve - detect whether compared to a delivery state of the planetary gear 100, a change and thus possibly an error has occurred.
  • different errors can be detected by a change in the calculated ensemble means with respect to a reference value or reference curve and assigned to a specific error type.
  • each tooth section ZA1 or ZA2 has an allocated memory in the signal sequence memory SVS, in which Repetition rate of the teeth at the measuring point of the respective sensor device Until Se5 is summed phase-accurate periodically.
  • the respective measured value or measured value course added up on the basis of the detected measurement signals is divided by the number of measurements in accordance with the count stored in the counter memory ZS.
  • the individual teeth of the ring gear H are further numbered from H1 to Hn-1.
  • a tooth-related damage detection via a pairing of a specific tooth of the hollow panel H (eg tooth H1), on which a sensor device Sei to Se5 is arranged, and the individual teeth P1, 1... P1, n - 1 of a planetary gear P1 possible.
  • the diagram of FIG. 3 shows different measurement signal profiles s (t) over time t (or the phase angle of input shaft 232).
  • T R which is given via the phase position of the gears (sun S and planet gears P1 to P5) and remains constant, measurement signal curves (P1, 1) i to (P1, 1) m are detected.
  • the respective signal profile is representative of one certain tooth pairing, in this case exemplarily for a pairing of the tooth H1 on the internally toothed ring gear H and the tooth P1, 1 of a planet P1.
  • a summed signal curve corresponds to ⁇ (l, l) ; summed up
  • the running variable i represents the repetition of the respective tooth pairing.
  • the evaluation of whether damage, excessive wear and / or imbalance within the epicyclic gear 100 also on the basis of a determined average, which is distributed over several (all) of the circumference of the ring gear H arranged sensor devices Sei Se5 is won.
  • the ensemble means for the respective observed tooth n of the k sensor devices are summed up to Sew and the sum is divided by the number k of the sensor devices Sei to Sew on the circumference of the ring gear H in order to drop any peculiarities of the ring gear H and not to flow into it.
  • Such an average is calculated e.g. for the tooth n of the planetary gear P1, therefore:
  • the accumulated measurement signal can change in the event of a mechanical fault within the epicyclic gear 100.
  • the course of the measurement signal shifts by a deviation ⁇ due to wear in the observed tooth contact. Consequently, in this case, compared with the measuring signal curves (Pl, n) belonging to a fault-free operation of planetary gear transmission 100, Sew i are displaced
  • the reference value or reference course can of course also be obtained from the instrumentation in the delivery state of the epicyclic gear 100.
  • the ensemble averaging does not aim at correlating signal or measured value components for an increasing number of measurements towards 0, while correlating signal or measured value components tend towards a finite value.
  • excessive wear and / or imbalance within the epicyclic gear 100 can be detected from the ensemble-averaged measured values or measured value curves with phase-accurate triggering of the measured value detection, wherein deformations on the teeth of the ring gear H only on the sensor devices Sei to Se5 on the stationary ring gear H H and possibly additionally the structure-borne noise is measured.
  • the force input at the measuring point defined via the respective sensor device Sei to Se5 changes with the frequency of the sun gear S or the input shaft 232. This then indicates a lack of synchronism of the input shaft 232. If, in contrast to the frequency of the output shaft 231, the measured force input changes, this indicates a lack of synchronization of the planetary shafts rotatably supporting the planetary gears P1 to P5 of the planetary carrier connected to the output shaft 231.
  • An unequal load when passing the individual planetary gears P1 to P5 in turn suggests that there is an offset of a planetary gear shaft or a wear of a tooth of a planetary gear P1 to P5. Similarly, a wear on the tooth flanks shifts a phase position during tooth contact.
  • piezoelectric elements are used to measure the force at the sensor devices Sei to Se5-as we already mentioned above-they can also measure structure-borne noise. This structure-borne noise can also be used for diagnosis.
  • structure-borne noise can also be used for diagnosis.
  • a piezoelectric element on the stationary ring gear H on the tooth root of a tooth of the ring gear H can then detect this structure-borne noise and thus be used for sensory detection of slip-stick effects.
  • FIG. 3B illustrates the additional possibility of obtaining more detailed information about the rolling in the tooth contact.
  • temporally subsequent sampling points are provided.
  • a summation of individual measured values of the detected signal curves (as the sum of the individual points on the perpendicular lines shown in dashed lines in FIG. 3B) and the respectively accumulated measured value is then also divided by the number of measurements stored in the counter memory ZS is.
  • the course of the individual tooth contacts at the sampling times can also be analyzed via ensemble-averaged measured values.
  • gear pairs between a planetary gear P1 to P5 and the sun gear S can be evaluated, namely on the effect of the observed gear ring gear H, for example H1, to which a sensor device Sei, Se2, Se3, Se4 or Se5 is provided.
  • the tooth of the sun gear S is evaluated in interaction with the average value of the interaction of all teeth of all planets P1 to P5 in the force acting on the tooth on the ring gear H with the sensor device Sei to Se5.
  • An occurring imbalance in the sun gear S is detectable here with the sensor devices Sei to Se5.
  • trigger signals for specifying a trigger time t T R for the ensemble average to be performed can basically (also) come from precise phase measurements of the waves.
  • trigger time t T R for the ensemble average to be performed can basically (also) come from precise phase measurements of the waves.
  • FIG. 3B it is also possible to trigger on the beginning of the adhesion.
  • a first method step A1 the phase relationship of the gearwheels of the epicyclic gearbox 100 and thus the triggering time tjR are determined via the phase determination sensor PS.
  • an average value can also be formed for the selection of the possible tooth combinations via the measuring points of the sensor devices Sei to Se5 in order to mittein the influence of the teeth of the ring gear H, at which a deformation and structure-borne noise is measured during operation of the epicyclic gear 100 .
  • a detection of the measurement signals or measured values or measured value profiles including the summation in the signal sequence memory SVS takes place.
  • an increase in the respective counter reading (possibly of a plurality of tooth-specific and / or error-specific counter readings) takes place in the counter memory ZS in order to store the number of measurements made.
  • step A3 ensemble averaging takes place for the respective tooth or the respective gearwheel pairing and, on the basis of the ensemble means determined in this case, an evaluation as to whether a deviation is detectable, if necessary, in comparison to a reference value or reference curve.
  • an indication of a specific type of error is then automatically output based on stored categories, for example a note in Form of an alarm message for a possible damage of one or more teeth and / or for any imbalance within the epicyclic gear 100.
  • the above comparison with the reference value or reference profile and the output of a possible indication is in this case in a method step A4 in the flowchart of Figure 5.
  • This step A4 is followed by a query in a step A5, whether a current count (for the observed detail) or multiple counts exceeds a stored forgetting factor or exceed.
  • a current count for the observed detail
  • multiple counts exceeds a stored forgetting factor or exceed.
  • the sum of the measured values or the accumulated measured value profile can also be determined, for example, by means of a predetermined limited number of measured values or measured value profiles. Older values are thus not deleted in this variant after summing up but filled with new values and the oldest values are overwritten by "pushing through” (so-called “moving average”). The sum used for the ensemble averaging is then always formed via a current data record contains a certain number of last measured values or measured value curves.
  • PSs1 sensor means / detectable label

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Abstract

Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zur Bestimmung von Beschädigung, Verschleiß und/oder Unwucht in einem als Zahnradgetriebe ausgestaltetem Getriebe, insbesondere einem Umlaufrädergetriebe (100) mittels wenigstens einer elektronischen Sensoreinrichtung (Se1 - Se5), wobei im Betrieb des Getriebes (100) automatisch und periodisch eine Ensemblemittelung für an einer Messstelle wiederholt phasensynchron erfasste Messwerte oder Messwertverläufe ( (P1, n)*Sew, i) durchgeführt wird, um ein Ensemblemittel (< s(w)ref >P1, n) für die Messstelle zu bestimmen. Dabei wird mittels einer elektronischen Auswertelogik (AL) das Ensemblemittel (< s(w) >*P1, n) mit mindestens einem Referenzwert oder Referenzverlauf (< s(w)ref >P1, n) verglichen, um bei einer Abweichung des Ensemblemittels (< s(w) >*P1, n) von dem mindestens einen Referenzwert oder Referenzverlauf (< s(w)ref >P1, n) über wenigstens einen Schwellwert hinaus einen Hinweis auf eine etwaige Beschädigung, einen übermäßigen Verschleiß und/oder eine aufgetretene Unwucht innerhalb des Getriebes (100) auszugeben.

Description

Verfahren und Vorrrichtung zur Bestimmung von Beschädigung, Verschleiß und/oder Unwucht in einem Getriebe, insbesondere einem Umlaufrädergetriebe
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Beschädigung, eines übermäßigen Verschleißes und/oder einer aufgetretenen Unwucht innerhalb eines Getriebes, insbesondere einer Umlaufrädergetriebes.
Umlaufrädergetriebe, auch als Planetengetriebe bezeichnet, weisen üblicherweise ein zentral angeordnetes Sonnenrad, mehrere an umlaufenden Achsen drehbare gelagerte und mit dem Sonnenrad kämmende Planetenräder und ein äußeres, innenverzahntes Hohlrad auf. Die auf den umlaufenden Achsen drehenden Räder umkreisen hierbei z.B. das zentrale Sonnenrad ähnlich wie Planeten die Sonne, um ein Antriebsmoment einer Eingangswelle, die mit dem Sonnenrad drehfest verbunden ist, in ein Abtriebsmoment an einer Ausgangswelle umzuwandeln, die - bei feststehendem Hohlrad - als Stegwelle mit den umlaufenden Achsen der Planetenräder drehfest verbunden ist. Umlaufrädergetriebe werden beispielsweise in Turbofantriebwerken für Flugzeuge eingesetzt, insbesondere in sogenannten Getriebefans (engl,„geared turbofan engine"). Zweck eines solchen Umlaufrädergetriebes ist hierbei z.B. die Reduktion der Drehgeschwindigkeit einer Tubinenwelle (die die Eingangswelle des Umlaufrädergetriebes bildet) auf eine geringere Drehgeschwindigkeit für einen Fan des Triebwerks.
In Getrieben allgemein, insbesondere aber in Umlaufrädergetrieben ist es schwierig, eine Beschädigung, einen übermäßigen Verschleiß und/oder eine aufgetretene Unwucht innerhalb eines Umlaufrädergetriebes messtechnisch zu erfassen. Beispielsweise ist es bisher in der Praxis nicht möglich, einen Verschleiß einzelner Zähne der Getrieberäder (Sonnenrad, Planetenrad, Hohlrad) des Umlaufrädergetriebes messtechnisch zu erfassen. Beispielsweise sind Unterschiede zwischen einem geschädigten und einem ungeschädigten Zahn oder Getrieberad anhand von Sensorsignalen„von außen" durch an dem Umlaufrädergetriebe angebrachter Sensoren nicht oder nur schwer erkennbar. Eine Früherkennung von beginnenden Fehlern ist im Betrieb des Getriebes mit etablierten Technologien nicht möglich. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde ein Verfahren und ein Vorrichtung bereitzustellen, um bei einem Umlaufrädergetriebe anhand von sensorisch erfassten Messwerten oder Messwertverläufen im Betrieb einfach und schnell auf etwaige Beschädigungen, einen übermäßigen Verschleiß und/oder eine aufgetretene Unwucht innerhalb des Umlaufrädergetriebes zu schließen.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren des Anspruchs 1 und einer Vorrichtung des Anspruchs 20 gelöst.
Erfindungsgemäß ist Verfahren zur Bestimmung von Beschädigung, Verschleiß und/oder Unwucht in einem als Zahnradgetriebe ausgestalteten Getriebe, insbesondere einem Umlaufrädergetriebe mittels wenigstens einer elektronischen Sensoreinrichtung vorgeschlagen, wobei im Betrieb des Getriebes
- mittels der wenigstens einen elektronischen Sensoreinrichtung an einer Messstelle an einem Getriebeteil des Getriebes periodisch zu mindestens einem vorgegebenen Triggerzeitpunkt (und damit phasensynchron) jeweils mindestens ein Messwert oder
Messwertverlauf für ein drehendes Getriebeteil des Getriebes, z.B. ein Sonnenrad oder mindestens ein Planetenrad eines Umlaufrädergetriebes, erfasst wird,
- die zu aufeinanderfolgenden Triggerzeitpunkten üblicherweise als Messsignale erfassten Messwerte oder Messwertverläufe für die Messstelle aufsummiert werden und die Summe der Messwerte oder ein aufsummierter Messwertverlauf gespeichert wird,
- elektronisch ein in einem Zählerspeicher hinterlegter Zählerstand zu jedem Triggerzeitpunkt für das drehende Getriebeteil um 1 erhöht wird,
- automatisch eine Ensemblemittelung für die erfassten Messwerte oder Messwertverläufe durchgeführt wird, indem nach jeder Erhöhung des Zählerstandes die Summe der Messwerte oder jeder Messwert des aufsummierten Messwertverlaufs durch den Zählerstand dividiert wird, um derart für die Messstelle ein Ensemblemittel zu bestimmen, das für die Messwertanteile, die zum Triggerzeitpunkt korrelieren gegen einen endlichen Wert strebt und das für nicht-korrelierende Messwertanteile gegen Null strebt, und
- mittels einer elektronischen Auswertelogik das Ensemblemittel mit mindestens einem Referenzwert oder Referenzverlauf verglichen wird, um bei einer Abweichung des
Ensemblemittels von dem mindestens einen Referenzwert oder Referenzverlauf über wenigstens einen Schwellwert hinaus einen Hinweis auf eine etwaige Beschädigung, einen übermäßigen Verschleiß und/oder eine aufgetretene Unwucht innerhalb des Getriebes (bei einem Umlaufrädergetriebe insbesondere einen Hinweis auf eine ungleichmäßige Lastverteilung auf die Planeten oder ungleichmäßige Lastverteilung auf die Planeten beim Umlauf innerhalb des Umlaufrädergetriebes) auszugeben.
Durch eine Ensemblemittelung mit phasengenauer Triggerung, vorzugsweise durch Triggerung über die Getriebewellen des Getriebes, werden nicht korrelierte Messwert- bzw. Signalanteile über die Zeit eliminiert. Dies geschieht z.B. dadurch, dass immer wieder dieselbe Zahnkombination messtechnisch aufgenommen und zu den vorherigen Messungen derselben Zahnkombination addiert und durch die Anzahl der Messungen geteilt wird. Die Aufaddierung geschieht dabei phasensynchron, sodass eine Korrelation zu dem beobachtenden Detail hergestellt werden kann.
Nichtkorrelierte Messwertanteile gehen mit der Anzahl der für die periodischen Erfassungen maßgeblichen Triggerzeitpunkte gegen unendlich gegen null, während korrelierte Messwertanteilen mit der Anzahl der Triggerzeitpunkte gegen unendlich gegen eine festen, endlichen Wert laufen. Soll hierbei beispielsweise eine Aussage zu einer Exzentrizität eines Getrieberades des Getriebes getroffen werden, muss die Korrelation auf einem nach einer Umdrehung wiederkehrenden Triggerzeitpunkt liegen. Dabei ist zunächst mit Blick auf die Wahl des Triggerzeitpunktes grundsätzlich offen, ob z.B. bei der Beobachtung eines Sonnenrades in einem Umlaufrädergetriebe die Planetenräder wiederholt dieselbe Position haben sollen, um Varianzen durch die Planetenräder nicht in der Auswertung zu haben, oder immer unterschiedliche Positionen der Planetenräder für die aufeinanderfolgende Triggerzeitpunkten vorausgesetzt werden, damit sich die Planetenräder herausmitteln. Für die Beobachtung einer Exzentrizität der Planetenräder gilt dieselbe Überlegung. Weiterhin von Interesse kann die Gleichmäßigkeit der Kraftübertragung durch die Planetenräder des Umlaufrädergetriebes sein. Hier addieren sich eventuell die Wirkungen etwaiger Exzentrizitäten der Planetenräder und einer abweichenden Kraftübertragung eines Planetenrades, z.B. durch eine veränderte Welle der Planetenachse. In einer Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass im Betrieb des Getriebes
- mittels der wenigstens einen elektronischen Sensoreinrichtung an der Messstelle periodisch mindestens ein Messwert oder ein Messwertverlauf zu dem mindestens einen Triggerzeitpunkt erfasst wird, bei dem wenigstens zwei drehende Getriebeteile des Getriebes eine bestimmte Phasenlage zueinander aufweisen,
- elektronisch weiterhin erfasst wird, wann mindestens ein bestimmter, beobachteter Zahn eines drehenden Getriebeteils in Form eines Getrieberades die Messstelle passiert und die Anzahl der Passagen in dem Zählerspeicher gespeichert wird, indem der in dem Zählerspeicher hinterlegte Zählerstand für diesen Zahn bei jedem Passieren des Zahnes um 1 erhöht wird, und
- automatisch eine Ensemblemittelung für die erfassten Messwerte oder Messwertverläufe - über mindestens einen Stützpunkt des Zahnes - durchgeführt wird, indem nach jeder Erhöhung des Zählerstandes die Summe der Messwerte oder jeder Messwert des aufsummierten Messwertverlaufs durch den die Anzahl der Passagen repräsentierenden Zählerstand dividiert wird, um derart das Ensemblemittel für die Messstelle und den beobachteten Zahn zu bestimmen.
Der erfasste Messwert respektive der erfasste Messwertverlauf repräsentiert hierbei den Kraft- oder Positionsverlauf im Zahnkontakt (aufgeteilt in Roll- und Gleitphase). So variiert die sich messtechnisch in den erfassten Messwerten widerspiegelnde Position des Krafteintrages auf die Zahnflanken mit dem Abrollen der Zahnflanken zueinander. Der Krafteintrag beginnt an einer schmalen (axialen) Seite des Zahnes, diese Zone verbreitert sich auf die volle Zahnbreite. Dann wird die Zone des Krafteintrages wieder kleiner und verringert sich dabei auf der gegenüberliegenden (axialen) Seite des Zahnes. Kraftbedingte Verformungen sind dabei z.B. an einem Piezoelement der Sensoreinrichtung solange messbar, solange ein Sensor der Sensoreinrichtung im Lastpfad der„Stresslinien" angebracht ist. Vorteilhaft wäre in diesem Zusammenhang beispielsweise auch die Einbringung von Sensoren respektive Sensoreinrichtungen an beobachteten Zähnen, die in der Lage sind, über die gesamte Länge eines Zahneingriffs die wirkende Kraft mit ausreichender Auflösung zu messen.
Mittels der mindestens einen Sensoreinrichtung kann an der Messstelle z.B. eine Verformung und/oder Körperschall gemessen werden. Die aufsummierten Messwerte oder Messwertverläufe der zugehörigen Messsignale erlauben dabei durch die vorgesehene Ensemblemittelung eine zuverlässige Aussage über unterschiedliche Fehler. Zum Beispiel ist hierüber eine Abnutzung der Zähne, ein Zahnfußriss oder -anriss, ein Riss im Hohlrad, ein einseitiger Lauf der Planetenräder, ein statischer und/oder dynamischen Achsversatz, ein unrunder Lauf in den Lagern der Planetenräder, ein unrunder Lauf in der Ausgangswelle (und damit z.B. einer Propellerachse beim Einsatz des (Umlaufräder-) Getriebes in einem Flugzeugtriebwerk) oder ein unrunder Lauf in der Eingangswelle (und damit z.B. einer Turbinenachse beim Einsatz des (Umlaufräder-) Getriebes in einem Flugzeugtriebwerk) detektierbar, da die entsprechenden Fehler oder Verschleißerscheinungen am Ensemblemittel im Vergleich mit dem - ggf. ebenfalls ensemblegemittelten - Referenzwert oder Referenzverlauf unterschiedliche Abweichungen zur Folge haben. Grundsätzlich kann demgemäß mittels der Auswertelogik auf Basis des Ensemblemittels
- eine Beschädigung und/oder Abnutzung an einer Zahnflanke eines Zahnes eines Planetenrades eines Umlaufrädergetriebes und/oder
- eine Beschädigung und/oder Abnutzung an einer Zahnflanke eines Zahnes eines Sonnenrades eines Umlaufrädergetriebes und/oder
- eine Unwucht einer Planetenwelle, an der ein Planetenrad eines Umlaufrädergetriebes drehbar gelagert ist, und/oder
- eine Unwucht einer mit einem Sonnenrad eines Umlaufrädergetriebes drehfest verbundenen Sonnenwelle und/oder
- eine ungleiche Belastung verschiedener Planetenräder eines Umlaufrädergetriebes detektierbar sein.
Der Triggerzeitpunkt wird beispielsweise auf Basis einer Phasenlage wenigstens zweier sich drehender Getriebeteile des Getriebes zueinander gewählt. Der Triggerzeitpunkt dient damit z.B. als Referenz für eine Veränderung am beobachteten Zahn. Grundsätzlich kann der Triggerzeitpunkt durch die Phasenlage einer Ausgangswelle und einer Eingangswelle des Getriebes vorgegeben werden. Die Phasenlage und damit der Triggerzeitpunkt oder die Triggerzeitpunkte werden hierbei zum Beispiel durch die Welle oder das Getrieberad vorgegeben, an dem ein beobachteter Zahn vorgesehen ist.
In einer Ausführungsvariante werden beispielsweise an einem feststehenden Hohlrad eines Umlaufrädergetriebes an Messstellen Sensoreinrichtungen angebracht, die in der Lage sind, die über eine Verformung an der jeweiligen Messstelle den Krafteintrag und den Körperschall zu messen. Die Paarungen von Zähnen der unterschiedlichen Getrieberäder, insbesondere der Zähne des Hohlrades und der Zähne eines Planetenrades wiederholen sich periodisch in bestimmten zeitlichen Abständen. Hiervon ausgehend ist dann in einer Variante vorgesehen, dass jedem einzelnen Zahn auf jedem Planetenrad eine Nummer zugeordnet ist. Immer wenn der dieser Nummer eindeutig zugeordnete Zahn erneut an der Messstelle auftritt, wird in einem der Nummer respektive dem Zahn zugeordnetem Speicher der erfasste Messwert oder Messwertverlauf aufsummiert. Für die Ensemblemittelung wird die Summe dann durch die Anzahl der Messungen geteilt, die in einem Zählerstand erfasst wird. Die zu einem Triggerzeitpunkt korrelierten Signale bzw. Signalanteile verstärken sich. Die zu einem Triggerzeitpunkt nicht korrelierenden Signale bzw. Signalanteile gehen für das Ensemblemittel gegen Null.
Je nachdem, ob z.B.
- eine Beschädigung und/oder Abnutzung an einer Zahnflanke eines Zahnes eines Planetenrades eines Umlaufrädergetriebes und/oder
- eine Beschädigung und/oder Abnutzung an einer Zahnflanke eines Zahnes eines Sonnenrades eines Umlaufrädergetriebes und/oder
- eine Unwucht einer Planetenwelle, an der ein Planetenrad eines Umlaufrädergetriebes drehbar gelagert ist, und/oder
- eine Unwucht einer mit einem Sonnenrad eines Umlaufrädergetriebes drehfest verbundenen Sonnenwelle und/oder
- eine ungleiche Belastung verschiedener Planetenräder eines Umlaufrädergetriebes detektiert wird, kann das Ensemblemittel unterschiedlich berechnet werden. Somit kann sich insbesondere das für die Detektion einer Beschädigung einer Zahnflanke zugrunde zulegende Ensemblemittel von demjenigen Ensemblemittel unterscheiden, dass für die Detektion einer Unwucht der Sonnenwelle zugrunde gelegt wird.
Eine Herausforderung bei der vorgeschlagenen Methode ist z.B. die genaue Erfassung eines Phasenwinkels, um die Zeitpunkte der Aufsummierung (Triggerzeitpunkte) exakt bestimmen zu können. Beispielsweise wird ein Triggerzeitpunkt über eine Phasenbestimmungssensorik vorgegeben, die wenigstens eine zusätzliche Sensoreinrichtung aufweist.
In einer Variante umfasst die Phasenbestimmungssensorik mindestens ein Sensormittel, als Teil der Sensoreinrichtung, das einer Welle oder einem Getrieberad des Getriebes zugeordnet ist. Dies schließt insbesondere eine Weiterbildung ein, bei der jeweils mindestens ein Sensormittel für jede Welle oder jedes Getrieberad eines Umlaufrädergetriebes vorgesehen ist.
Hierbei kann ein Triggerzeitpunkt für den beobachteten Zahn in einer Ruhestellung eines Umlaufrädergetriebes festgelegt werden, in der der beobachtete Zahn an der Messstelle an einem anderen Zahn des mit der mindestens einen Sensoreinrichtung versehenen Getriebeteils anliegt. Über die Phasenbestimmungssensorik wird in dieser Variante somit beispielsweise festgelegt, dass ein in der aktuellen Ruhestellung über die Phasenbestimmungssensorik erfassbares Signal für die Phasenlage und damit den Triggerzeitpunkt maßgeblich ist und damit bei jedem erneuten (periodischem) Auftreten dieses Signals im Betrieb des Umlaufrädergetriebes die Aufsummierung erfolgen soll.
Insbesondere für diesen Zweck kann die Phasenbestimmungssensorik mindestens ein sensorisch erfassbares Markierungsmittel auf jeder Welle oder jedem Getrieberad und mindestens ein auslesendes Sensormittel beinhalten. Ein„Lesen" der Phaseninformation der Welle oder des Getrieberades unter Nutzung des Markierungsmittels und des Sensormittels kann hierbei grundsätzlich auf Basis unterschiedlicher Technologien erfolgen, z.B. magnetisch, optisch, kapazitiv und/oder induktiv.
In einer Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass nach einem Vergleich des Ensemblemittels mit dem mindestens einen Referenzwert oder Referenzverlauf geprüft wird, ob der Zählerstand einen hinterlegten Vergessensfaktor übersteigt, und in dem Fall, dass der Zählerstand größer ist als der Vergessensfaktor, die Summe der Messwerte oder der aufsummierte Messwertverlauf ebenso wie der Zählerstand vor dem nächsten Triggerzeitpunkt auf null gesetzt werden. Nach dem Vergleich des Ensemblemittels mit dem mindestens einen Referenzwert oder Referenzverlauf, um auszuwerten, ob eine Beschädigung, ein übermäßiger Verschleiß und/oder eine Unwucht innerhalb des Getriebes vorliegt, werden somit gegebenenfalls einerseits die Summe der Messwerte oder der aufsummierte Messwertverlauf und andererseits der zugehörige Zählerstand auf null gesetzt. Mit diesem Zurücksetzen der für die Ensemblemittelung maßgeblichen Parameter kann vermieden werden, dass ein etwaiger, neu aufgetretener Fehler aufgrund einer großen Anzahl von Messwerten zu vorangegangenen Triggerzeitpunkten, an denen kein Fehler vorlag, zunächst nicht signifikant in Erscheinung tritt und erst nach einer Vielzahl weiterer Messzyklen detektiert wird. In diesem Zusammenhang kann auch vorgesehen sein, dass in verschiedenen Speichern aufsummierte Messwerte oder Messwertverläufe abgelegt werden und je nach zu detektierendem Fehler unterschiedliche Vergessensfaktoren für diese verschiedenen Speicher hinterlegt sind. So können beispielsweise ein erster Vergessensfaktor für die Ensemblemittelung zur Detektion eines Zahnfehlers und ein hierzu verschiedener, zweiter Vergessensfaktor für die Ensemblemittelung zur Detektion einer Unwucht hinterlegt sein. Der Vergessensfaktor für die Detektion einer Unwucht wird dabei üblicherweise größer gewählt sein, sodass erst nach einer Vielzahl von Messzyklen ein Zurücksetzen auf null erfolgt, da sich eine aufgetretene Unwucht anhand einer längeren Messreihe und Vergleich mit mindestens einem Referenzwert oder mindestens einem Referenzverlauf mit größerer Sicherheit festmachen lässt als anhand einer kürzeren Messreihe.
In einer Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Summe der Messwerte oder der aufsummierte Messwertverlauf stets über eine vorgegebene begrenzte Anzahl erfasster Messwerte respektive Messwertverläufe bestimmt wird. Ältere Werte werden somit in dieser Variante nach dem Aufsummieren nicht gelöscht sondern mit neuen Werten aufgefüllt und die ältesten Werte durch „Durchschieben" überschrieben (sogenannter „moving average"), Die für die Ensemblemittelung genutzte Summe wird dann immer über einer aktuellen Datensatz gebildet, der eine bestimmte Anzahl zuletzt erfasster Messwerte oder Messwertverläufe enthält.
Grundsätzlich kann der mindestens eine Referenzwert oder der mindestens eine Referenzverlauf ebenfalls durch Ensemblemittelung für die Messstelle zum Triggerzeitpunkt mittels der elektronischen Sensoreinrichtung bestimmt worden sein, z.B. für einen vorgegebenen Referenzzeitraum des (Umlaufräder-) Getriebes. Unter einem Referenzzeitraum wird hierbei z.B. der Zeitraum verstanden, in dem das (Umlaufräder-) Getriebe solange betrieben wurde, bis es „eingelaufen" ist. Der Referenzzeitraum erfasst somit insbesondere eine sogenannte Einlaufzeit des (Umlaufräder-) Getriebes. Hier wird folglich nach der Montage des (Umlaufräder-) Getriebes über eine Einlaufzeit mindestens ein ensemblegemittelter Referenzwert oder mindestens ein ensemblegemittelter Referenzwertverlauf erfasst und abgespeichert. Bezogen auf diesen ensemblegemittelten Referenzwert oder Referenzwertverlauf und einen damit definierten Auslieferungszustand kann dann im Betrieb des (Umlaufräder-) Getriebes automatisiert geprüft werden, ob eine Beschädigung, ein übermäßiger Verschleiß und/oder eine Unwucht aufgetreten ist.
Alternativ oder ergänzend kann der mindestens eine Referenzwert oder mindestens eine Referenzverlauf (zusätzlich) auf einem Lebensdauermodell für das (Umlaufräder-) Getriebe basieren. In dem Referenzwert oder Referenzverlauf ist dann beispielsweise ein tolerierter Verschleiß über die Betriebsdauer des (Umlaufräder-) Getriebes berücksichtigt. Dementsprechend variiert z.B. ein für die Auswertung auf eine etwaige Beschädigung, einen übermäßigen Verschleiß und/oder eine aufgetretene Unwucht innerhalb des (Umlaufräder-) Getriebes herangezogener und aus einer hinterlegten Referenzkurve ermittelter Referenzwert mit der Betriebsdauer des (Umlaufräder-) Getriebes. Wie bereits vorstehend angesprochen sind in einer Ausführungsvariante mehrere elektronische Sensoreinrichtungen an unterschiedlichen Messstellen an demselben Getriebeteil des Getriebes, z.B. an dem Hohlrad eines Umlaufrädergetriebes, vorgesehen, an denen jeweils wiederholt mindestens ein Messwert oder ein Messwertverlauf zu einem oder mehreren Triggerzeitpunkten erfasst wird. Hierbei sind dann bei mehreren Triggerzeitpunkten die maßgeblichen Phasenlagen für die unterschiedlichen Messstellen üblicherweise unterschiedlich. So kann beispielsweise elektronisch für die unterschiedlichen Messstellen erfasst werden, wann mindestens ein bestimmter von mehreren beobachteten Zähnen unterschiedlicher drehender Getrieberäder die zugeordnete Messstelle passiert. Die Anzahl der Passagen wird in einem zugehörigen Zählerspeicher für jeden beobachteten Zahn gespeichert, indem ein in dem Zählerspeicher hinterlegter Zählerstand für diesen Zahn bei jedem Passieren der zugehörigen Messstellen durch den jeweiligen Zahn um 1 erhöht wird. Hier wird dann automatisch jeweils eine Ensemblemittelung für die erfassten Messwerte oder Messwertverläufe jeder Messstelle durchgeführt, indem nach jeder Erhöhung des Zählerstandes für den zugehörigen beobachteten Zahn die Summe der Messwerte oder jeder Messwert des aufsummierten Messwertverlaufs durch die Anzahl der Passagen dieses Zahns dividiert wird, um derart ein Ensemblemittel für die jeweilige Messstelle auf Basis des zugehörigen Zahnes zu bestimmen.
Beispielsweise ist hierfür an dem feststehenden Hohlrad für jedes mit dem Hohlrad kämmende Planetenrad eines Umlaufrädergetriebes eine elektronische Sensorvorrichtung vorgesehen. Dies ist gleichwohl nicht zwingend. Bereits mittels einer Sensoreinrichtung am Hohlrad lassen sich ausreichend aussagekräftige Messdaten gewinnen. Bei mehreren über den Umfang des Hohlrades verteilt angeordneten Sensoreinrichtungen kann jedoch auch das Verhalten des Hohlrades in einzelnen Sektionen zueinander verglichen und damit elektronisch überprüft werden.
In einer Variante können an dem Getriebe, insbesondere einem Umlaufrädergetriebe, für alle unterschiedlichen Messstellen ein erster Messwert oder ein erster Messwertverlauf erfasst werden, wobei dann aus den für die unterschiedlichen Messstellen erfassten ersten Messwerten oder erfassten ersten Messwertverläufen ein Mittelwert oder Mittelwertverlauf gebildet wird, um den Einfluss der jeweils beobachteten Zähne zu mittein. Insbesondere bei einem neuen Umlaufrädergetriebe (ohne Verschleißerscheinungen) kann in einem Auslieferungszustand jedoch ein Referenzwert oder Referenzverlauf gleichwohl auch nur über die Instrumentierung gebildet sein. In einer Variante können mittels der wenigstens einen elektronischen Sensorvorrichtung an einer Messstelle Messwerte oder Messwertverläufe für unterschiedliche Zahnabschnitte desselben beobachteten Zahnes erfasst werden. Dabei wird für eine Ensemblemittelung für die unterschiedlichen Zahnabschnitte jeweils der Zählerstand für den die Zahnabschnitte umfassenden Zahn genutzt. Hierdurch lässt sich folglich eine feinere Auflösung dadurch erhalten, dass der Abschnitt eines Zahnes in viele kleine Abschnitte unterteilt wird. Die Ensemblemittelung wird dann über diese kleinen Abschnitte eines Zahnes durchgeführt. Wie bereits eingangs erwähnt sieht eine Ausführungsvariante vor, dass die Bestimmung von Beschädigung, Verschleiß und/oder Unwucht im Betrieb eines Getriebes eines Triebwerks, insbesondere eines Gasturbinentriebwerks erfolgt.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist die Bereitstellung einer Vorrichtung zur Bestimmung von Beschädigung, Verschleiß und/oder Unwucht in einem als Zahnradgetriebe ausgestaltetem Getriebe, insbesondere einem Umlaufrädergetriebe mittels wenigstens einer elektronischen Sensoreinrichtung der Vorrichtung.
Hierbei ist vorgesehen, dass
- mittels der wenigstens einen elektronischen Sensoreinrichtung im Betrieb des Getriebes an einer Messstelle an einem Getriebeteil des Getriebes periodisch zu mindestens einem vorgegebenen Triggerzeitpunkt mindestens ein Messwert oder ein Messwertverlauf für ein drehendes Getriebeteil des Getriebes erfassbar ist,
- die Vorrichtung eine Auswertelogik aufweist, mittels der zu aufeinanderfolgenden Triggerzeitpunkten erfasste Messwerte oder Messwertverläufe für die Messstelle aufsummiert werden und die Summe der Messwerte oder ein aufsummierter Messwertverlauf mittels einer Speichereinrichtung der Vorrichtung gespeichert wird,
- die Speichereinrichtung eingerichtet und vorgesehen ist, in einem Zählerspeicher einen Zählerstand zu speichern, der zu jedem Triggerzeitpunkt für das drehende Getriebeteil um 1 erhöht wird,
- mittels der Auswertelogik automatisch eine Ensemblemittelung für die erfassten Messwerte oder Messwertverläufe durchführbar ist, indem nach jeder Erhöhung des Zählerstandes die Summe der Messwerte oder jeder Messwert des aufsummierten Messwertverlaufs durch den Zählerstand dividiert wird, um derart ein Ensemblemittel für die Messstelle zu bestimmen, das für die Messwertanteile, die zum Triggerzeitpunkt korrelieren gegen einen endlichen Wert strebt und das für nicht-korrelierende Messwertanteile gegen Null strebt, und - mittels der Auswertelogik das Ensemblemittel mit mindestens einem Referenzwert oder Referenzverlauf vergleichbar ist, um bei einer Abweichung des Ensemblemittels von dem mindestens einen Referenzwert oder Referenzverlauf über wenigstens einen Schwellwert hinaus einen Hinweis auf eine etwaige Beschädigung, einen übermäßigen Verschleiß und/oder eine aufgetretene Unwucht innerhalb des Getriebes (bei einem Umlaufrädergetriebe insbesondere einen Hinweis auf eine ungleichmäßige Lastverteilung auf die Planeten oder ungleichmäßige Lastverteilung auf die Planeten beim Umlauf innerhalb des Umlaufrädergetriebes) auszugeben. Eine Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann insbesondere zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet und vorgesehen sein. Dementsprechend gelten vorstehend und nachstehend im Zusammenhang mit Ausführungsvarianten eines erfindungsgemäßen Verfahrens erläuterte Vorteile und Merkmale auch für Ausführungsvarianten einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und umgekehrt.
Beispielsweise sieht eine Ausführungsvariante vor, dass
- mittels der wenigstens einen elektronischen Sensoreinrichtung im Betrieb des Getriebes an der Messstelle an einem Getriebeteil des Getriebes periodisch zu dem mindestens einen vorgegebenen Triggerzeitpunkt mindestens ein Messwert oder ein Messwertverlauf für ein drehendes Getriebeteil des Getriebes erfassbar ist, bei dem wenigstens zwei drehende Getriebeteile des Umlaufrädergetriebes eine bestimmte Phasenlage zueinander aufweisen, und
- mittels der Vorrichtung elektronisch weiterhin erfassbar ist, wann mindestens ein bestimmter, beobachteter Zahn eines drehenden Getriebeteils in Form eines
Getrieberades die Messstelle passiert, wobei die Speichereinrichtung eingerichtet und vorgesehen ist, die Anzahl der Passagen als Zählerstand in dem Zählerspeicher zu speichern, indem der in dem Zählerspeicher hinterlegte Zählerstand bei jedem Passieren des Zahnes um 1 erhöht wird.
Die beigefügten Figuren veranschaulichen exemplarisch mögliche Ausführungsvarianten der vorgeschlagenen Lösung.
Hierbei zeigen:
Figur 1 eine Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Umlaufrädergetriebe in Schnittdarstellung; in vergrößertem Maßstab einen Ausschnitt eines innenverzahnten Hohlrades des Umlaufrädergetriebes der Figur 1 mit einem ausschnittsweise dargestellten Planetenrad, das mit dem Hohlrad kämmt; ein Diagramm zur Veranschaulichung unterschiedlicher zu periodisch wiederkehrenden Triggerzeitpunkten aufgenommenen aufsummierten Signalverläufen; schematisch den Vergleich eines aus den Signalverläufen der Figur 3 gewonnenen Ensemblemittels mit einem Referenzsignalverlauf;
Figur 3B ein Diagramm zur Veranschaulichung aufsummierter Signalverläufe mit mehreren Abtastpunkten;
Figur 4 das Umlaufrädergetriebe mit Veranschaulichung unterschiedlicher
Kontaktbereiche zwischen den Planetenrädern und einem zentralen Sonnenrad des Umlaufrädergetriebes;
Figur 5 schematisch eine Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen
Verfahrens;
Figur 6 ein Gasturbinentriebwerk in geschnittener Seitenansicht, bei dem eine erfindungsgemäße Vorrichtung und ein erfindungsgemäßes
Verfahren zum Einsatz kommen.
Die Figur 6 zeigt in Seitenansicht ein Gasturbinentriebwerk 200, bei dem die einzelnen Komponenten entlang einer Rotations- oder Mittelachse 210 hintereinander angeordnet sind. Das Gasturbinentriebwerk 200 der Figur 6 ist hierbei als sogenannter Getriebefan (englisch:„geared turbofan engine") ausgebildet, d.h., als Turbofantriebwerk mit einem Untersetzungsgetriebe zum Antrieb eines an einem Einlass oder Intake 220 angeordneten Fans 230.
Dieser Fan 230 fördert Luft über den Einlass 220 in das Gasturbinentriebwerk 200 und hierbei zum einen in an sich bekannter Weise einerseits in einen Bypasskanal 230 eines Fangehäuses 310 sowie andererseits zu einem Kerntriebwerk 330. Innerhalb des Kerntriebwerks 330 wird die eingesaugte Luft über einen Niederdruckverdichter 250 und einen stromab hierzu angeordneten Hochdruckverdichter 260 verdichtet und einer Brennkammer 270 zugeführt. Über die in der Brennkammer 270 mittels der zugeführten Luft stattfindende Verbrennung wird eine Turbinenstufe des Gasturbinentriebwerks 200 aufweisend eine Hochdruckturbine 280 und eine Niederdruckturbine 290 beaufschlagt, bevor an einem Auslass 300 des Gasturbinentriebwerks 200 die ausströmenden Abgase nach außen geführt werden.
Über die Turbinenstufe mit Hochdruckturbine 280 und Niederdruckturbine 290 wird einerseits die Verdichterstufe mit dem Niederdruckverdichter 250 und dem Hochdruckverdichter 260 angetrieben sowie andererseits der Fan 230, Letzteres um über die in den Bypasskanal 230 geförderte Luft den Großteil des Schubs bereitzustellen. Für den Antrieb des Fans 230 wird dabei eine von der Turbinenstufe, üblicherweise der Niederdruckturbine 290, angetriebene Turbinenwelle genutzt. Um hierbei die Drehzahl der Turbinenwelle für den Antrieb des Fans 230 zu reduzieren, ist ein Umlaufrädergetriebe 100 vorgesehen. Bei diesem Umlaufrädergetriebe 100 ist die mit der Turbinenstufe verbundene Welle als Eingangswelle 232 vorgesehen, an der ein Sonnenrad S des Umlaufrädergetriebes 100 drehfest angeordnet ist. Eine Drehung der Eingangswelle 232 wird über das Umlaufrädergetriebe 100 in eine Drehung reduzierter Drehzahl einer Ausgangswelle 231 des Umlaufrädergetriebes 100 umgesetzt, die den Fan 230 antreibt. Diese Ausgangswelle 231 wird vorliegend durch die Stegwelle des Umlaufrädergetriebes 100 gebildet. Die Ausgangswelle 231 ist dementsprechend mit den Achsen der im Betrieb um das Sonnenrad S umlaufenden Planetenräder P1 bis P5 des Umlaufrädergetriebes 100, mithin einem Planetenträger des Umlaufrädergetriebes 100, verbunden ist. Das Sonnenrad S und die Planetenräder P1 bis P5 sind innerhalb eines innenverzahnten Hohlrades H des Umlaufrädergetriebes 100 angeordnet, an dem die Planetenräder P1 bis P5 vom Sonnenrad S angetrieben abrollen (vgl. hierzu auch Figur 1 ).
Da im Betrieb des Umlaufrädergetriebes 100 etwaige Fehler, insbesondere Beschädigungen an einem feststehenden oder drehenden Getrieberad, Verschleiß und/oder auftretende Unwuchten fatale Folgen für die Funktionssicherheit und die Funktionsfähigkeit des Gasturbinentriebwerks 200 haben können, ist eine sensorische Überwachung des Umlaufrädergetriebes 100 in dieser Hinsicht besonders wünschenswert. Hierbei besteht jedoch grundsätzlich die Schwierigkeit, dass messtechnisch ein Fehler, insbesondere über außen angebrachte Sensoren, nicht ohne Weiteres detektierbar ist. Hier soll die erfindungsgemäße Lösung Abhilfe schaffen. Eine mögliche Ausführungsvariante ist hierbei anhand der Figur 1 näher veranschaulicht. Das in der Figur 1 gezeigte Umlaufrädergetriebe 100 weist an dem feststehenden Hohlrad H mehrere, vorliegend fünf Sensoreinrichtungen Sei bis Se5 auf. Diese Sensoreinrichtungen Sei bis Se5 sind mit einer elektronischen Auswerteeinrichtung AE gekoppelt. Diese Auswerteeinrichtung AE verfügt über eine Auswertelogik AL zur Erfassung und Auswertung von Messsignalen, die den Sensoreinrichtungen Sei bis Se5 bereitgestellt werden. Ferner ist ein Speicher MEM Teil der Auswerteeinrichtung AE. Dieser Speicher MEM umfasst einerseits einen Signalverlaufsspeicher SVS zur Speicherung (aufsummierter) Messsignale sowie mehrere Zählerspeicher ZS zur Speicherung von Zählerständen. Die Auswertelogik AL der Auswerteeinrichtung AE ist dazu konfiguriert, mit Hilfe in dem Speicher MEM gespeicherter Messsignale und Zählerstände Ensemblemittelungen durchzuführen. Die hierbei bestimmten Ensemblemittel können mit in der Auswerteeinrichtung AE hinterlegten Referenzwerten oder Referenzverläufen verglichen werden. Anhand von Abweichungen des jeweiligen Ensemblemittels von einem oder mehreren Referenzwerten oder Referenzverläufen ist dann automatisch bestimmbar, ob eine Beschädigung, übermäßiger Verschleiß und/oder eine Unwucht oder eine ungleichmäßige Lastverteilung auf die Planetenräder P1 bis P5 oder ungleichmäßige Lastverteilung auf die Planetenräder P1 bis P5 beim Umlauf innerhalb des Umlaufrädergetriebes 100 aufgetreten ist. In einem solchen Fall kann ein Alarmsignal über einen Alarmgeber AG ausgegeben werden, der mit der Auswerteeinrichtung AE gekoppelt oder hierin integriert ist, oder ein auslesbarer Fehlerflag gesetzt werden.
Da für die vorgeschlagene Ensemblemittelung an den Sensoreinrichtungen Sei bis Se5 erfasster Messsignale sicherzustellen ist, dass die jeweiligen Messsignale zu aufeinanderfolgenden Triggerzeitpunkten phasensynchron erfasst werden, ist eine Phasenbestimmungssensorik PS vorgesehen. Mittels dieser Phasenbestimmungssensorik PS werden der Auswerteeinrichtung AE die jeweiligen Triggerzeitpunkte signalisiert, zu denen von den Sensoreinrichtungen Sei bis Se5 erfasste Messsignale in dem Signalverlaufsspeicher SVS aufzusummieren sind sowie ein zugehöriger Zählerstand in dem jeweiligen Zählerspeicher ZS um 1 zu erhöhen ist.
Teil der Phasenbestimmungssensorik PS ist beispielsweise ein Sensormittel PSs1 , das an einem der Planetenräder P1 bis P5 angeordnet ist, um eine Phasenlage eines Planetenrates P1 erfassen zu können. Beispielsweise kann es sich hierbei um eine detektierbare Markierung handeln, die von einem an dem Hohlrad H angeordneten Sensor auslesbar ist. Bei dem zur Messung der Planetenphase vorgesehenen Sensormittel PSs1 an einem Planetenrad P1 kann es sich beispielsweise aber auch um einen kleinen Magneten handeln, der über eine an dem Hohlrad H angeordnete Spule detektierbar ist. Aufgrund der epizyklischen Bahnen der im Betrieb des Umlaufrädergetriebes 100 um das Sonnenrad S wandernden Planetenräder P1 bis P5 ist eine solche Spule dann auf der Höhe der Überschneidung der epizyklischen Bahnen vorgesehen, um die Phasenlage der Planetenräder P1 bis P5 zuverlässig zu erfassen. Grundsätzlich kann die Bestimmung der Phasenlage aber auch auf Basis anderer Technologien erfolgen, z.B. optisch, kapazitiv und/oder induktiv. An den Sensoreinrichtungen Sei bis Se5, die am feststehenden Hohlrad H angeordnet sind, erfolgt vorliegend jeweils eine Messung der im Zahnkontakt wirkenden Kräfte. Hierfür ist mittels der jeweiligen Sensoreinrichtungen Sei bis Se5 am Hohlrad H eine Verformung messbar. Ergänzend kann über die jeweilige Sensoreinrichtung Sei bis Se5 zusätzlich zu einer Kraft auch die Messung des Körperschalls möglich sein. Hierfür ist jede Sensoreinrichtung Sei bis Se5 beispielsweise mit einem Piezoelement ausgestattet. Eine weitere Messmethode für die Messung am feststehenden Hohlrad H ist z.B. die inverse Magnetostriktion. Die inverse Magnetostriktion bietet den Vorteil, dass direkt die kraftabhängige Verformung im Material und damit auch der Kraftverlauf in der Mitte der Zähne gemessenen werden kann. Erreicht werden kann dies durch außerhalb der Getrieberäder angebrachte Spulen oder Hallsensoren. Dadurch sind Verformungen nicht nur dort feststellbar, wo Sensoreinrichtungen ohne Probleme angebracht werden können.
Um über die am feststehenden Hohlrad H vorgesehenen Sensoreinrichtungen Sei bis Se5, mittels denen eine Verformung und/oder Körperschall messbar ist, eine Aussage (a) zu etwaigen Beschädigungen an einem Zahn, insbesondere einem Zahn der Planetenräder P1 bis P5, (b) zu einem übermäßigem Verschleiß und/oder (c) zu einer aufgetretenen Unwucht an einem oder mehreren der Planetenräder P1 bis P5 oder dem Sonnenrad S treffen zu können, ist vorliegend eine Korrelation zu dem jeweils zu beobachtenden Detail über eine phasensynchrone, periodische Aufaddierung von Messsignalen hergestellt. Hierbei geht die vorgeschlagene Lösung von dem Grundgedanken aus, dass durch eine Ensemblemittelung mit phasengenauer Triggerung durch die Getriebewellen des Umlaufrädergetriebes 100, vorliegend die Eingangswelle 232 mit dem Sonnenrad S und die Ausgangswelle 231 der Planetenräder P1 bis P5, nicht korrelierte Signal- bzw. Messwertanteile über die Zeit eliminiert werden.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel des Umlaufrädergetriebes 100 der Figur 1 werden beispielsweise stets dieselben Zahnkombinationen messtechnisch aufgenommen, jeweils zu vorherigen Messungen für dieselben Zahnkombinationen addiert und durch die Anzahl der Messungen geteilt. So wiederholen sich die Paarungen von Zähnen des Hohlrades H und der einzelnen Planetenräder P1 bis P5 in längeren zeitlichen Abständen. Wie anhand der Figur 2 in vergrößertem Maßstab veranschaulicht ist mit beispielsweise jedem einzelnen Zahn eines Planetenrates P1 eine (Zahn-) Nummer P1 , 1..P1 ,n zugeordnet. Immer wenn der entsprechend nummerierte Zahn des Planetenrades P1 erneut an der Sensoreinrichtung Sei des Hohlrades H vorbeigeführt wird, wird das jeweilige an der Sensoreinrichtung Sei erfassbare Messsignal in dem Signalverlaufsspeicher SVS der Auswerteeinheit AE erfasst und aufsummiert. Gleichzeitig wird in dem Zählerspeicher ZS der Auswerteeinheit AE ein Zählerstand für die jeweilige Zahnnummer P1 , 1..P1 ,n aufsummiert und damit ein Zählerstand für den jeweiligen Zahn um 1 erhöht. Jeder zu beobachtende Zahn des Planetenrades P1 besitzt folglich einen entsprechenden Zählerstand. Zur Bildung eines Ensemblemittels für den jeweiligen beobachteten Zahn P1 , 1 ..P1 ,n wird zu den über die Phasenlage vorgegebenen Triggerzeitpunkten tjR das aufsummierte Messsignal für jeden beobachteten Zahn P1 , 1 ..P1 ,n durch die Anzahl der Messungen geteilt, die in dem Zählerspeicher ZS als Zählerstand abgespeichert ist. Das Ensemblemittel wird somit phasengenau ermittelt, synchronisiert zum Beispiel auf den Achswinkel der Eingangswelle 232 des Sonnenrades S, die Ausgangswelle 231 der Planetenräder P1 bis P5 und die Drehung der Planetenräder P1 bis P5.
Bei dem vorstehend skizzierten Ansatz gehen dann nicht-korrelierte Signal- und damit Messwertanteile der phasensynchron aufgenommenen Messsignale (mit ihrer Amplitude) gegen 0, wenn die Anzahl der Messungen ansteigt, insbesondere gegen unendlich strebt. Korrelierende Signale- bzw. Messwertanteile verstärken sich demgegenüber. Aus den berechneten Ensemblemitteln lässt sich dann nicht nur eine Aussage über gegebene Korrelationen treffen, sondern auch - durch Vergleich mit einem Referenzwert oder Referenzverlauf - detektieren, ob gegenüber einem Auslieferungszustand des Umlaufrädergetriebes 100 eine Veränderung und damit gegebenenfalls ein Fehler aufgetreten ist. Insbesondere in Abhängigkeit vom Triggerzeitpunkt und vom beobachteten Detail lassen sich dabei durch eine Veränderung des errechneten Ensemblemittels bezüglich eines Referenzwertes oder Referenzverlaufs unterschiedliche Fehler erfassen und in einem bestimmten Fehlertyp zuordnen. Hierunter sind zum Beispiel:
- eine Beschädigung und/oder Abnutzung an einer Zahnflanke eines Zahnes eines Planetenrades P1 bis P5 des Umlaufrädergetriebes 100 und/oder
- eine Beschädigung und/oder Abnutzung an einer Zahnflanke eines Zahnes eines Sonnenrades S des Umlaufrädergetriebes 100 und/oder - eine Unwucht einer Planetenwelle, an der ein Planetenrad P1 bis P5 des Umlaufrädergetriebes 100 drehbar gelagert ist, und/oder
- eine Unwucht einer mit einem Sonnenrad S des Umlaufrädergetriebes 100 drehfest verbundenen Sonnen- bzw. Eingangswelle 232 und/oder
- eine ungleiche Belastung verschiedener Planetenräder P1 bis P5 des Umlaufrädergetriebes 100 und/oder
- eine ungleiche Belastung der Planetenräder P1 bis P5 im Umlauf im Umlaufrädergetriebe 100 (wodurch begrenzt das äußere Hohlrad H1 beobachtet werden kann).
Wie anhand der Figur 2 exemplarisch für einen Zahn P1 , 1 des Planetenrades P1 veranschaulicht ist, kann auch eine feinere Auflösung von etwaigen Beschädigungen an einem Zahn dadurch erhalten werden, dass ein Zahn und insbesondere eine jeweilige Zahnflanke in mehrere (mindestens zwei) Zahnabschnitte ZA1 und ZA2 unterteilt wird. Hier erfolgt dann eine Ensemblemittelung über die einzelnen Zahnabschnitte ZA1 und ZA2, wobei dann für jeden Zahnabschnitt ZA1 oder ZA2 phasengenau Messsignale aufsummiert und jeweils ein Ensemblemittel gebildet werden Hierbei hat dann jeder Zahnabschnitt ZA1 oder ZA2 einen zugeordneten Speicher in dem Signalverlaufsspeicher SVS, in dem über die Wiederholrate der Zähne an der Messstelle der jeweiligen Sensoreinrichtung Sei bis Se5 phasengenau periodisch aufsummiert wird. Um dann ein zahnabschnittsbezogenes Ensemblemittel zu bilden, wird der jeweilige auf Basis der erfassten Messsignale aufsummierte Messwert oder Messwertverlauf durch die Anzahl der Messungen entsprechend dem in dem Zählerspeicher ZS hinterlegten Zählerstand geteilt. In der Figur 2 sind ferner auch die einzelnen Zähne des Hohlrades H von H1 bis Hn-1 durchnummeriert. Mithilfe der Sensoreinrichtungen Sei bis Se5 ist hierbei zusätzlich eine zahnbezogene Schadenerkennung über eine Paarung eines bestimmten Zahnes des Hohlrates H (z.B. Zahn H1 ), an dem eine Sensoreinrichtung Sei bis Se5 angeordnet ist, und den einzelnen Zähnen P1 , 1 ..P1 ,n -1 eines Planetenrades P1 möglich.
Anhand des Diagramms der Figur 3 ist in diesem Zusammenhang nochmals der grundsätzliche Ansatz der vorgeschlagenen Lösung veranschaulicht. Das Diagramm der Figur 3 zeigt hierbei unterschiedliche Messsignalverläufe s(t) über der Zeit t (oder der Phasenlage der Eingangswelle 232). Zu einem periodisch wiederkehrenden Triggerzeitpunkt tTR, der über die Phasenlage der Getrieberäder (Sonnenrad S und Planetenräder P1 bis P5) vorgegeben ist und konstant bleibt, werden Messsignalverläufe (P1 ,1 )i bis (P1 , 1 )m erfasst. Der jeweilige Signalverlauf ist hierbei repräsentativ für eine bestimmte Zahnpaarung, vorliegend exemplarisch für eine Paarung des Zahnes H1 am innenverzahnten Hohlrad H und dem Zahn P1 , 1 des einen Planetenrates P1. Die zu aufeinanderfolgenden Triggerzeitpunkten tTR aufgenommenen Signalverläufen (P1 , 1 )i bis (P1 ,1 )m werden dabei phasensynchron addiert. Hierbei veranschaulicht das Diagramm der Figur 3 die aufsummierten Signalverläufe für i unterschiedliche Messungen mit i=1..m.
m
Folglich entspricht ein aufsummierter Signalverlauf ^( l,l); dem aufsummierten
i=l
Signalverlauf der Zahnpaarung zwischen dem Zahn P1 ,1 des Planetenrades P1 und dem Zahn H1 des Hohlrates A zum m-ten mal im Triggerzeitpunkt tjR. Für ein hieraus bestimmtes Ensemblemittel <S(1 )>PI ,I für den Zahn P1 , 1 des Planetenrades P1 an einer bestimmten Sensoreinrichtung, z.B. der Sensoreinrichtung Sei , gilt dann:
m
Hierin steht der Parameter m für die Anzahl der Messungen, die als Zählerstand in dem Zählerspeicher ZS aufgenommen wurde. Dementsprechend gilt für ein mit der Sensoreinrichtung Sei berechnetes Ensemblemittel <s(1 )>pi ,n eines Zahnes n des Planetenrades P1 über m Zeitpunkte mit der Laufvariablen i:
m
Hierbei repräsentiert die Laufvariable i die Wiederholung der jeweiligen Zahnpaarung. Allgemein formuliert ergibt sich dann an einer beliebigen von w Sensoreinrichtung Sei bis Sew mit w=1..k (im dargestellten Beispiel also mit w=1 ..5) für ein Ensemblemittel zu einem beobachteten Zahn n für das Planetenrad P1 :
< *(W) > I,B = - 1
m Allgemein gilt damit für ein beliebiges Planetenrad Px, mit x = 1 ...q, wobei im vorliegenden Fall bei 5 Planetenrädern q = 5 ist:
< s(w) >P =
m
In einer Weiterbildung kann die Auswertung, ob eine Beschädigung, ein übermäßiger Verschleiß und/oder eine Unwucht innerhalb des Umlaufrädergetriebes 100, ferner auf Basis eines ermittelten Mittelwerts erfolgen, der über mehrere (alle) der am Umfang des Hohlrades H verteilt angeordneten Sensoreinrichtungen Sei bis Se5 gewonnen wird. Hierfür werden dann die Ensemblemittel für den jeweiligen beobachteten Zahn n der k Sensoreinrichtungen Sei bis Sew aufsummiert und die Summe durch die Anzahl k der Sensoreinrichtungen Sei bis Sew am Umfang des Hohlrades H geteilt, um etwaige Eigenheiten des Hohlrades H herausfallen und nicht einfließen zu lassen. Ein solcher Mittelwert berechnet sich z.B. für den Zahn n des Planetenrades P1 folglich aus:
k
J< s(w) >Pl n
Ist umgekehrt angestrebt, etwaige Eigenheiten des Hohlrades H herauszustellen, wären Mittelwerte über andere Einflüsse zu bilden.
Da der Triggerzeitpunkt \ R durch die Phasenlage konstant bleibt, kann sich das aufsummierte Messsignal bei einem etwaigen mechanischen Fehler innerhalb des Umlaufrädergetriebes 100 verändern. Beispielsweise verschiebt sich der Verlauf des Messsignals in Folge einer Abnutzung in dem beobachteten Zahnkontakt um eine Abweichung Δ. Es werden hier folglich dann gegenüber den zu einem fehlerfreien Betrieb des Umlaufrädergetriebes 100 gehörenden Messsignalverläufen (Pl, n)Sew i verschobene
Signalverläufe (Pl, n)S*ew i erfasst und aufsummiert. Werden nun diese aufsummierten geänderten Signalverläufe für die Bestimmung eines (geänderten) Ensemblemittels < s(w) > l n herangezogen, mit ist über die Auswertelogik AL eine Abweichung von einem Referenzwert oder Referenzverlauf detektierbar. Dieser Referenzwert oder Referenzverlauf ist beispielsweise ebenfalls als Ensemblemittel < s(w)ref >Pl n aus erfassten Messsignalen für das Umlaufrädergetriebe 100 in einem Auslieferungszustand gewonnen worden (oder aus einem hiermit ermittelten Mittelwert < sref >P1 n über alle Sensoreinrichtungen).
Beispielsweise wurden hierfür (insbesondere) die Messsignalverläufe (P1 , 1 )sei ,i bis (P1 , 1 )sei,m an der Sensoreinrichtung Sei für den Zahn 1 des Planetenrades P1 verwendet, die in einer Einlaufzeit des Umlaufrädergetriebes 100 für eine Referenzanzahl mRef an Messungen erfasst wurden. Hierfür gilt dann (mit m = mref): WU
< sQ ref >P1,1 =— ·
Alternativ kann der Referenzwert oder Referenzverlauf selbstverständlich auch aus der Instrumentierung im Auslieferungszustand des Umlaufrädergetriebes 100 gewonnen werden. Entscheidend ist lediglich, dass über die Ensemblemittelung nicht korrelierende Signal- bzw. Messwertanteile für eine steigende Anzahl von Messungen gegen 0 streben, während korrelierende Signal- bzw. Messwertanteile gegen einen endlichen Wert streben. Derart lassen sich aus den ensemblegemittelten Messwerten oder Messwertverläufen bei phasengenauer Triggerung der Messwerterfassung vergleichsweise einfach etwaige Beschädigungen, übermäßiger Verschleiß und/oder Unwuchten innerhalb des Umlaufrädergetriebes 100 detektieren, wobei hierfür lediglich über die Sensoreinrichtungen Sei bis Se5 am feststehenden Hohlrad H Verformungen an den Zähnen des Hohlrades H und gegebenenfalls zusätzlich der Körperschall gemessen wird.
So ändert sich beispielsweise der Krafteintrag an der über die jeweilige Sensoreinrichtung Sei bis Se5 definierten Messstelle mit der Frequenz des Sonnenrades S respektive der Eingangswelle 232. Dies lässt dann auf einen fehlenden Gleichlauf der Eingangswelle 232 schließen. Ändert sich bei demgegenüber mit der Frequenz der Ausgangswelle 231 der gemessene Krafteintrag, lässt dies auf einen fehlenden Gleichlauf der die Planetenräder P1 bis P5 drehbar lagernden Planetenwellen des mit der Ausgangswelle 231 verbundenen Planetenträgers schließen. Eine ungleiche Belastung beim Passieren der einzelnen Planetenräder P1 bis P5 lässt wiederum darauf schließen, dass ein Versatz einer Planetenradwelle oder einer Abnutzung eines Zahnes eines Planetenrades P1 bis P5 vorliegt. Ebenso verschiebt sich bei einer Abnutzung der Zahnflanken eine Phasenlage beim Zahnkontakt.
Werden zur Kraftmessung an den Sensoreinrichtungen Sei bis Se5 - wir vorstehend bereits angesprochen - Piezoelemente genutzt, können diese auch Körperschall messen. Dieser Körperschall kann wiederum ebenfalls zur Diagnose verwendet werden. Darüber hinaus sei darauf hingewiesen, dass es im kraftschlüssigen Kontakt zweier Zähne (antreibendes und angetriebenes Zahnrad) einen Moment der Reibung zwischen den Zähnen gibt. In diesem Moment kommt es zu Slip-Stick-Schwingungen, die als Körperschall in die Zahngeometrie übertragen werden. Ein Piezoelement am stillstehenden Hohlrad H auf dem Zahnfuß eines Zahnes des Hohlrades H kann dann diesen Körperschall erfassen und damit zur sensorischen Erfassung von Slip-Stick-Effekten genutzt werden.
Mit der Figur 3B ist noch die zusätzliche Möglichkeit veranschaulicht, detailliertere Informationen über die Abwälzung im Zahnkontakt zu erhalten. Hierbei werden zusätzlich zu der Aufaddierung und Ensemblemittelung zum Triggerzeitpunkt tjR zeitlich nachfolgende Abtastpunkte vorgesehen. An den zeitlich nachfolgenden Abtastpunkten wird dann ebenfalls eine Aufsummierung einzelner Messwerte der erfassten Signalverläufe (als Summe der einzelnen Punkte auf den senkrecht verlaufenden und gestrichelt dargestellten Linien der Figur 3B) und der jeweils aufsummierte Messwert durch die Anzahl der Messungen dividiert, die im Zählerspeicher ZS hinterlegt ist. Derart kann auch der Verlauf der einzelnen Zahnkontakte zu den Abtastzeitpunkten über ensemblegemittelte Messwerte analysiert werden.
Ferner können auf Basis der vorgeschlagenen Lösung auch Zahnradpaarungen zwischen einem Planetenrad P1 bis P5 und dem Sonnenrad S ausgewertet werden, und zwar anhand der Wirkung auf den beobachteten Zahn Hohlrad H, zum Beispiel H1 , an dem eine Sensoreinrichtung Sei , Se2, Se3, Se4 oder Se5 vorgesehen ist. Hierbei wird der Zahn des Sonnenrades S in der Interaktion mit dem Durchschnittswerte der Interaktion aller Zähne aller Planeten P1 bis P5 in der Kraftwirkung auf den Zahn am Hohlrad H mit der Sensoreinrichtung Sei bis Se5 ausgewertet. Eine auftretende Unwucht im Sonnenrad S ist hierbei mit den Sensoreinrichtungen Sei bis Se5 detektierbar.
In diesem Zusammenhang sei exemplarisch auf die Figur 4 verwiesen, in der das Umlaufrädergetriebe 100 mit Kontaktbereichen K1 bis K5 veranschaulicht ist. An den dargestellten Kontaktbereichen K1 bis K5 vollzieht sich jeweils die Kraftübertragung vom antreibenden Sonnenrad S zu einem Planetenrad P1 bis P5. In dem jeweiligen Kontaktbereich K1 bis K5 wird somit eine etwaige Exzentrizität des Sonnenrades S als auch ein Abtrag an den Zahnflanken des Sonnenrades S auf die hiermit kämmenden Planetenräder P1 bis P5 übertragen. Dies wirkt sich wiederum auf den messbaren Krafteintrag an den durch die Sensoreinrichtung Sei bis Se5 definierte Messstellen am feststehenden Hohlrad H aus. Über die ensemblegemittelten Messwerte oder Messwertverläufe, die die Sensoreinrichtungen Sei bis Se5 am feststehenden Hohlrad H erfassen, lässt sich somit auch eine Aussage über die Zahnradkontakte zwischen Sonnenrad S und den Planetenrädern P1 bis P5 und zu auch einer etwaigen Unwucht des Sonnenrades S oder der Planetenräder P1 bis P5 treffen. Es sei darauf hingewiesen, dass Triggersignale zur Vorgabe eines Triggerzeitpunktes tTR für die durchzuführende Ensemblemittelung grundsätzlich (auch) aus genauen Phasenmessungen der Wellen kommen können. Für die Messungen innerhalb eines Zahnkontaktes (Fig. 3B) kann auch auf den Beginn des Kraftschlusses getriggert werden. Anhand des Flussdiagramms der Figur 5 ist nochmals exemplarisch eine mögliche Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulicht. Hierbei wird in einem ersten Verfahrensschritt A1 über die Phasenbestimmungssensorik PS die Phasenbeziehung der Getrieberäder des Umlaufrädergetriebes 100 und damit der Triggerzeitpunkt tjR bestimmt. Im Verfahrensschritt A1 kann im Übrigen auch für die Auswahl der möglichen Zahnkombinationen ein Mittelwert über die Messstellen der Sensoreinrichtungen Sei bis Se5 gebildet werden, um den Einfluss der Zähne des Hohlrades H zu mittein, an denen im Betrieb des Umlaufrädergetriebes 100 eine Verformung und Körperschall gemessen wird. In einem nachfolgenden Verfahrensschritt A2 erfolgt dann zu den Triggerzeitpunkten eine Erfassung der Messsignale bzw. Messwerte oder Messwertverläufe einschließlich der Aufsummierung in dem Signalverlaufsspeicher SVS. Gleichzeitig erfolgt eine Erhöhung des jeweiligen Zählerstandes (von ggf. mehreren zahnspezifischen und/oder fehlerspezifischen Zählerständen) im Zählerspeicher ZS, um die Anzahl der vorgenommenen Messungen zu hinterlegen.
In einem nachfolgenden Verfahrensschritt A3 findet die Ensemblemittelung für den jeweiligen Zahn bzw. die jeweilige Zahnradpaarung statt und auf Basis des hierbei bestimmten Ensemblemittels eine Auswertung, ob gegebenenfalls - im Vergleich zu einem Referenzwert oder Referenzverlauf - eine Abweichung detektierbar ist.
In Abhängigkeit vom gewählten Triggerzeitpunkt†.TR und damit dem beobachteten Detail und/oder in Abhängigkeit von der Art und dem Grad der Abweichung wird hierbei dann anschließend auf Basis hinterlegter Kategorien automatisch ein Hinweis auf eine bestimmte Art von Fehler ausgegeben, zum Beispiel ein Hinweis in Form einer Alarmmeldung für eine mögliche Beschädigung eines oder mehrerer Zähne und/oder für eine etwaige Unwucht innerhalb des Umlaufrädergetriebes 100. Der vorstehende Vergleich mit dem Referenzwert oder Referenzverlauf und die Ausgabe eines eventuellen Hinweises erfolgt hierbei in einem Verfahrensschritt A4 im Flussdiagramm der Figur 5.
An diesen Verfahrensschritt A4 schließt sich eine Abfrage in einem Verfahrensschritt A5 an, ob ein aktueller Zählerstand (für das zu beobachtende Detail) oder mehrere Zählerstände einen hinterlegten Vergessensfaktor übersteigt bzw. übersteigen. So bietet es sich je nach zu detektierendem Fehler und für eine etwaige Korrelation in Bezug genommene Phasenbeziehung an, einen bestimmten Vergessensfaktor vorzusehen, um den Zählerstand sowie die Summe der Messwerte oder einen aufsummierten Messwertverlauf wieder auf null zu setzen. Hierfür ist mindestens ein Vergessensfaktor (z.B. in Höhe von 10, 50 oder 100) vorgesehen, bei dessen Überschreiten eine Nullsetzung erfolgt. Ergibt der Vergleich des (jeweiligen) Zählerstandes mit dem hinterlegten Vergessensfaktor, dass eine Nullsetzung vorzunehmen ist, erfolgt diese in einem Verfahrensschritt A6, bevor zum nächsten Triggerzeitpunkt ein neues Messsignal erfasst und im Signalverlaufsspeicher SVS aufsummiert wird.
Die Summe der Messwerte oder der aufsummierte Messwertverlauf kann z.B. auch über eine vorgegebene begrenzte Anzahl erfasster Messwerte respektive Messwertverläufe bestimmt werden. Ältere Werte werden somit in dieser Variante nach dem Aufsummieren nicht gelöscht sondern mit neuen Werten aufgefüllt und die ältesten Werte durch „Durchschieben" überschrieben (sogenannter „moving average"), Die für die Ensemblemittelung genutzte Summe wird dann immer über einen aktuellen Datensatz gebildet, der eine bestimmte Anzahl zuletzt erfasster Messwerte oder Messwertverläufe enthält.
Bezugszeichenliste
100 Planetengetriebe / Umlaufrädergetriebe
200 Gasturbinentriebwerk
210 Rotationsachse / Mittelachse
220 Einlass / Intake
230 Fan
231 Ausgangswelle
232 Eingangswelle
250 Niederdruckverdichter
260 Hochdruckverdichter
270 Brennkammer
280 Hochdruckturbine
290 Niederdruckturbine
300 Auslass
310 Fangehäuse
320 Bypasskanal
330 Kerntriebwerk
AE Auswerteeinrichtung
AG Alarmgeber
AL Auswertelogik
H Hohlrad
K1 - K5 Kontaktbereich
MEM Speicher
m, rriRef Anzahl
P1 - P5 Planetenrad
PS Phasenbestimmungssensorik
PSs1 Sensormittel / detektierbare Markierung
S Sonnenrad
Signalverlauf
Ensemblemittel
< S(W) >Pl,n -
< siyv) >P' „ ,
< s(w)ref >Pl n
Mittelwert
Sei - Se5 Sensoreinrichtung SVS Signalverlaufsspeicher tTR Triggerzeitpunkt
ZA1 , ZA2 Zahnabschnitt
ZS Zählerspeicher
Δ Abweichung

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zur Bestimmung von Beschädigung, Verschleiß und/oder Unwucht in einem als Zahnradgetriebe ausgestalteten Getriebe, insbesondere einem Umlaufrädergetriebe (100) mittels wenigstens einer elektronischen Sensoreinrichtung (Sei - Se5), wobei im Betrieb des Getriebes (100)
- mittels der wenigstens einen elektronischen Sensoreinrichtung (Sei - Se5) an einer Messstelle an einem Getriebeteil (H) des Getriebes (100) periodisch zu mindestens einem vorgegebenen Triggerzeitpunkt (tTR) jeweils mindestens ein Messwert oder
Messwertverlauf ( (Pl, n)* Sew ) für ein drehendes Getriebeteil (P1 - P5, S) des
Getriebes (100) erfasst wird,
- die zu aufeinanderfolgenden Triggerzeitpunkten (†.TR) erfassten Messwerte oder
Messwertverläufe ( (Pl, n)* Sew i ) für die Messstelle aufsummiert werden und die
Summe der Messwerte oder ein aufsummierter Messwertverlauf gespeichert wird,
- elektronisch ein in einem Zählerspeicher (ZS) hinterlegter Zählerstand zu jedem Triggerzeitpunkt (†.TR) für das drehende Getriebeteil (P1 - P5, S) um 1 erhöht wird,
- automatisch eine Ensemblemittelung für die erfassten Messwerte oder
Messwertverläufe ( (Pl, n)* Sew i ) durchgeführt wird, indem nach jeder Erhöhung des
Zählerstandes die Summe der Messwerte oder jeder Messwert des aufsummierten Messwertverlaufs { {P n)* Sew i ) durch den Zählerstand dividiert wird, um derart für die Messstelle ein Ensemblemittel ( < s(w) >P * l n ) zu bestimmen, das für die
Messwertanteile, die zum Triggerzeitpunkt (†.TR) korrelieren gegen einen endlichen Wert strebt und das für nicht-korrelierende Messwertanteile gegen Null strebt, und
- mittels einer elektronischen Auswertelogik (AL) das Ensemblemittel ( < s(w) >P * l„) mit mindestens einem Referenzwert oder Referenzverlauf ( < s(w)ref >Pl n ) verglichen wird, um bei einer Abweichung (Δ) des Ensemblemittels { < s(w) >p * l n ) von dem mindestens einen Referenzwert oder Referenzverlauf { < s(w)ref >Pl n ) über wenigstens einen Schwellwert hinaus einen Hinweis auf eine etwaige Beschädigung, einen übermäßigen Verschleiß und/oder eine aufgetretene Unwucht innerhalb des Getriebes (100) auszugeben.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass im Betrieb des Getriebes (100) - mittels der wenigstens einen elektronischen Sensoreinrichtung (Sei - Se5) an der Messstelle periodisch mindestens ein Messwert oder ein
Messwertverlauf ( (Pl,n)* Sew ) zu dem mindestens einen Triggerzeitpunkt (.TR) erfasst wird, bei dem wenigstens zwei drehende Getriebeteile (P1 - P5, S) des Getriebes (100) eine bestimmte Phasenlage zueinander aufweisen,
- elektronisch weiterhin erfasst wird, wann mindestens ein bestimmter, beobachteter Zahn (P1 ,n) eines drehenden Getriebeteils in Form eines Getrieberades (P1 ) die Messstelle passiert und die Anzahl (m) der Passagen in dem Zählerspeicher (ZS) gespeichert wird, indem der in dem Zählerspeicher (ZS) hinterlegte Zählerstand bei jedem Passieren des Zahnes (P1 ,n) um 1 erhöht wird, und
- automatisch eine Ensemblemittelung für die erfassten Messwerte oder Messwertverläufe { {P n)* Sew i ) durchgeführt wird, indem nach jeder Erhöhung des Zählerstandes die Summe der Messwerte oder jeder Messwert des aufsummierten Messwertverlaufs { (P-,n)Sew i ) durch den die Anzahl (m) der Passagen repräsentierenden Zählerstand dividiert wird, um derart das Ensemblemittel (
>p ) fur die Messstelle und den beobachteten Zahn (P1 ,n) zu bestimmen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der mindestens einen Sensoreinrichtung (Sei - Se5) an der Messstelle eine Verformung und/oder Körperschall gemessen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Triggerzeitpunkt (†.TR) auf Basis einer Phasenlage wenigstens zweier sich drehender Getriebeteile (P1 - P5, S, 231 , 232) des Getriebes (100) zueinander gewählt ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Triggerzeitpunkt (†.TR) durch die Phasenlage einer Ausgangswelle (231 ) und einer Eingangswelle (232) des Getriebes (100) vorgegeben wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Triggerzeitpunkt (†.TR) über eine Phasenbestimmungssensorik (PS) vorgegeben wird, die wenigstens eine zusätzliche Sensoreinrichtung aufweist. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenbestimmungssensorik (PS) mindestens ein Sensormittel (PSs1 ), als Teil der Sensoreinrichtung, umfasst, das einer Welle (231 , 232) oder einem Getrieberad (H, P1 - P5, S) des Getriebes (100)zugeordnet ist.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Triggerzeitpunkt (†.TR) für den beobachteten Zahn (P1 ,n) in einer Ruhestellung des
Getriebes (100) festgelegt wird, in der der beobachtete Zahn (P1 ,n) an der Messstelle an einem anderen Zahn (H 1 ) des mit der mindestens einen Sensoreinrichtung (Sei - Se5) versehenen Getriebeteils (H) anliegt. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenbestimmungssensorik (PS) mindestens ein sensorisch erfassbares Markierungsmittel auf jeder Welle (231 , 232) oder jedem Getrieberad (H, P1 - P5, S) und mindestens ein auslesendes Sensormittel (PSs1 ) beinhaltet. 10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- nach einem Vergleich des Ensemblemittels ( < s(w) >* Pl n ) mit dem mindestens einen Referenzwert oder Referenzverlauf { < s(w)ref > l K ) geprüft wird, ob der
Zählerstand einen hinterlegten Vergessensfaktor übersteigt, und in dem Fall, dass der Zählerstand größer ist als der Vergessensfaktor, die Summe der Messwerte oder der aufsummierte Messwertverlauf ( (Pl, n)* Sew i ) ebenso wie der Zählerstand vor dem nächsten Triggerzeitpunkt (†.TR) auf null gesetzt werden, oder
- die jeweilige für die Ensemblemittelung genutzte Summe immer über einen aktuellen Datensatz gebildet wird, der eine bestimmte Anzahl zuletzt erfasster Messwerte oder Messwertverläufe { < s(w)ref > l K ) enthält, wobei bei Erfassung eines neues Messwertes oder Messwertverlaufs ( < s(w)ref >Pl n ) für eine
Messstelle der älteste Messwert oder Messwertverlauf des verwendeten Datensatzes für diese Messstelle durch den neu erfassten Messwert oder
Messwertverlauf ( < s(w)ref >pl n ) ersetzt wird.
1 1 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzwert oder Referenzverlauf ( < s(w)ref >Pl n ) durch
Ensemblemittelung für die Messstelle zum Triggerzeitpunkt (†.TR) mittels der elektronischen Sensoreinrichtung (Sei - Se5) für einen vorgegebenen Referenzzeitraum des Getriebes (100) bestimmt wurde.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messstelle an einem feststehenden Hohlrad (H) eines als Umlaufrädergetriebe (100) ausgestalteten Getriebes vorgesehen ist.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Auswertelogik (AL) auf Basis des Ensemblemittels ( < s(w) >P * l„)
- eine Beschädigung und/oder Abnutzung an einer Zahnflanke eines Zahnes eines Planetenrades (P1 - P5) eines Umlaufrädergetriebes (100) und/oder
- eine Beschädigung und/oder Abnutzung an einer Zahnflanke eines Zahnes eines Sonnenrades (S) eines Umlaufrädergetriebes (100) und/oder
- eine Unwucht einer Planetenwelle, an der ein Planetenrad (P1 - P5) eines Umlaufrädergetriebes (100) drehbar gelagert ist, und/oder
- eine Unwucht einer mit einem Sonnenrad (S) eines Umlaufrädergetriebes (100) drehfest verbundenen Sonnenwelle und/oder
- eine ungleiche Belastung verschiedener Planetenräder (P1 - P5) eines Umlaufrädergetriebes (100)
detektierbar sind. 14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere elektronische Sensoreinrichtungen (Sei - Se5) an unterschiedlichen Messstellen an demselben Getriebeteil (H) des Getriebes (100) vorgesehen sind, an denen jeweils wiederholt mindestens ein Messwert oder ein Messwertverlauf
( (P -, n)Sew i ) zu einem oder mehreren Triggerzeitpunkten (†.TR) erfasst wird, wobei die Triggerzeitpunkte (†.TR) für die unterschiedlichen Messstellen unterschiedlich sind.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass
- elektronisch für die unterschiedlichen Messstellen erfasst wird, wann mindestens ein bestimmter von mehreren beobachteten Zähnen unterschiedlicher drehender Getrieberäder (P1 - P5) die zugeordnete Messstelle passiert und die Anzahl (m) der Passagen in einem zugehörigen Zählerspeicher (ZS) für jeden beobachteten Zahn gespeichert wird, indem ein in dem Zählerspeicher (ZS) hinterlegter Zählerstand für diesen Zahn bei jedem Passieren der zugehörigen Messstellen durch den jeweiligen Zahn um 1 erhöht wird, und
- automatisch jeweils eine Ensemblemittelung für die erfassten Messwerte oder Messwertverläufe ( (Pl, n)* Sew i ) jeder Messstelle durchgeführt wird, indem nach jeder Erhöhung des Zählerstandes für den zugehörigen beobachteten Zahn die Summe der Messwerte oder jeder Messwert des aufsummierten Messwertverlaufs ( (P ,n)Sew i ) durch die Anzahl (m) der Passagen dieses Zahns dividiert wird, um derart ein Ensemblemittel {< s(w)ref > l K ) für die jeweilige Messstelle auf Basis des zugehörigen Zahnes zu bestimmen.
16. Verfahren nach Anspruch 12 und Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass an dem feststehenden Hohlrad (H) für jedes mit dem Hohlrad (H) kämmende Planetenrad (P1 - P5) des Umlaufrädergetriebes (100) eine elektronische Sensorvorrichtung (Sei - Se5) vorgesehen ist.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass am Getriebe (100) für alle unterschiedlichen Messstellen ein erster Messwert oder ein erster Messwertverlauf erfasst wird und aus den für die unterschiedlichen Messstellen erfassten ersten Messwerten oder erfassten ersten Messwertverläufen ein Mittelwert oder Mittelwertverlauf gebildet wird, um den Einfluss der jeweils beobachteten Zähne zu mittein.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der wenigstens einen elektronischen Sensorvorrichtung (Sei - Se5) an einer Messstelle Messwerte oder Messwertverläufe für unterschiedliche Zahnabschnitte (ZA1 , ZA2) desselben beobachteten Zahnes (P1 ,n) erfasst werden, wobei für eine Ensemblemittelung für die unterschiedlichen Zahnabschnitte (ZA1 , ZA2) jeweils der Zählerstand für den die Zahnabschnitte (ZA1 , ZA2) umfassenden Zahn (P1 ,n) genutzt wird.
19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung von Beschädigung, Verschleiß und/oder Unwucht in einem Umlaufrädergetriebe (100) eines Triebwerks, insbesondere eines Gasturbinentriebwerks (200) erfolgt.
20. Vorrichtung zur Bestimmung von Beschädigung, Verschleiß und/oder Unwucht in einem als Zahnradgetriebe ausgestalteten Getriebe, insbesondere einem Umlaufrädergetriebe (100) mittels wenigstens einer elektronischen Sensoreinrichtung (Sei - Se5) der Vorrichtung, wobei - mittels der wenigstens einen elektronischen Sensoreinrichtung (Sei - Se5) im Betrieb des Umlaufrädergetriebes (100) an einer Messstelle an einem Getriebeteil (H) des Getriebes (100) periodisch zu mindestens einem vorgegebenen Triggerzeitpunkt (†.TR) mindestens ein Messwert oder ein Messwertverlauf ( (P^ n)sew,i > (P^ n)*sew,i ) fu r e'n drehendes Getriebeteil (P1 - P5, S) des Getriebes
(100) erfassbar ist,
- die Vorrichtung eine Auswertelogik (AL) aufweist, mittels der zu aufeinanderfolgenden Triggerzeitpunkten (†.TR) erfasste Messwerte oder
Messwertverläufe { (P n)Sew i , (P\, ri)Sew i ) für die Messstelle aufsummiert werden und die Summe der Messwerte oder ein aufsummierter Messwertverlauf mittels einer Speichereinrichtung (MEM) der Vorrichtung gespeichert wird,
- die Speichereinrichtung (MEM) eingerichtet und vorgesehen ist, in einem Zählerspeicher (ZS) einen Zählerstand zu speichern, der zu jedem Triggerzeitpunkt (†.TR) für das drehende Getriebeteil (P1 - P5, S) um 1 erhöht wird,
- mittels der Auswertelogik (AL) automatisch eine Ensemblemittelung für die erfassten Messwerte oder Messwertverläufe { {P n)Sew i , P\, n)Sew i ) durchführbar ist, indem nach jeder Erhöhung des Zählerstandes die Summe der Messwerte oder jeder Messwert des aufsummierten Messwertverlaufs { (P -, n)Sew . , {P , n)Sew i ) durch den Zählerstand dividiert wird, um derart ein Ensemblemittel { < s(w)ref >Pl n ) für die Messstelle zu bestimmen, das für die Messwertanteile, die zum Triggerzeitpunkt
(†.TR) korrelieren gegen einen endlichen Wert strebt und das für nicht-korrelierende Messwertanteile gegen Null strebt, und
- mittels der Auswertelogik (AL) das Ensemblemittel ( < s(w) >* pl n ) mit mindestens einem Referenzwert oder Referenzverlauf ( < s(w)ref >pl n ) vergleichbar ist, um bei einer Abweichung des Ensemblemittels ( < s(w) >P * l n ) von dem mindestens einen
Referenzwert oder Referenzverlauf ( < s(w)ref >Pl n ) über wenigstens einen
Schwellwert hinaus einen Hinweis auf eine etwaige Beschädigung, einen übermäßigen Verschleiß und/oder eine aufgetretene Unwucht innerhalb des Getriebes (100) auszugeben. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass
- mittels der wenigstens einen elektronischen Sensoreinrichtung (Sei - Se5) im Betrieb des Getriebes (100) an der Messstelle an einem Getriebeteil (H) des Getriebes (100) periodisch zu dem mindestens einen vorgegebenen Triggerzeitpunkt (†.TR) mindestens ein Messwert oder ein Messwertverlauf
( (P ,n)Sew i ) für ein drehendes Getriebeteil (P1 - P5, S) des Umlaufrädergetriebes
(100) erfassbar ist, bei dem wenigstens zwei drehende Getriebeteile (P1 - P5, S) des Getriebes (100) eine bestimmte Phasenlage zueinander aufweisen, und - mittels der Vorrichtung elektronisch weiterhin erfassbar ist, wann mindestens ein bestimmter, beobachteter Zahn (P1 ,n) eines drehenden Getriebeteils in Form eines Getrieberades (P1 ) die Messstelle passiert, wobei die Speichereinrichtung (MEM) eingerichtet und vorgesehen ist, die Anzahl (m) der Passagen als Zählerstand in dem Zählerspeicher (ZS) zu speichern, indem der in dem Zählerspeicher (ZS) hinterlegte Zählerstand bei jedem Passieren des Zahnes (P1 ,n) um 1 erhöht wird.
22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 19 eingerichtet und vorgesehen ist.
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