EP4363828A1 - Sensoreinrichtung und verfahren zur charakterisierung eines metallspans - Google Patents

Sensoreinrichtung und verfahren zur charakterisierung eines metallspans

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Publication number
EP4363828A1
EP4363828A1 EP22736286.0A EP22736286A EP4363828A1 EP 4363828 A1 EP4363828 A1 EP 4363828A1 EP 22736286 A EP22736286 A EP 22736286A EP 4363828 A1 EP4363828 A1 EP 4363828A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
chip
signal
span
classifier
sensor device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22736286.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael AUFREITER
Daniel Kagerbauer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Immox GmbH
Original Assignee
Immox GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Immox GmbH filed Critical Immox GmbH
Publication of EP4363828A1 publication Critical patent/EP4363828A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00—Testing of machine parts
    • G01M13/02—Gearings; Transmission mechanisms
    • G01M13/021—Gearings
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
    • G01N15/0266—Investigating particle size or size distribution with electrical classification
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N15/1031—Investigating individual particles by measuring electrical or magnetic effects
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
    • G01N27/80—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating mechanical hardness, e.g. by investigating saturation or remanence of ferromagnetic material
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N2015/1029—Particle size

Definitions

  • the present invention relates to a sensor device for characterizing a chip.
  • the present invention relates to a method for characterizing a chip with a sensor device.
  • Gears are used for the transmission and conversion of movements, energy and/or forces and are used for this purpose in various technical systems, such as in wind turbines, on ships, in helicopters, in cable cars or in vehicles.
  • gears wear out in practical use because they are mechanically stressed during the transmission and transformation of movement, energy and/or forces.
  • functionally important components such as gears or roller bearings are lubricated with the aim of achieving a hydrodynamic lubricating state in order to reduce mechanical friction in the transmission and to protect the transmission from overheating.
  • a hydrodynamic lubricating state cannot always be guaranteed, for example due to dynamic loads and starting and braking processes, so that components in the transmission wear out.
  • Different types of damage such as pit damage, micropitting or galling, occur in gears as well as in rolling or plain bearings.
  • the damage or damage patterns are subject to different technical standards (e.g. DIN 3979). As these standards also define, wear is understood there as the removal of material by which two bodies slide against one another. In the following, this damage is referred to as wear.
  • the wear or the gear detachments thus enter the lubricating circuit and are present as artefacts in the form of metal particles or metal chips in the lubricating circuit.
  • other suspended matter or different phases in the lubricating circuit such as non-metallic particles, such as soot or air bubbles, can also be present.
  • gearbox maintenance or gearbox repairs are sometimes associated with a great deal of effort, such maintenance work or repairs can lead to long downtimes, which can sometimes result in high costs.
  • a high level of operational reliability is desired, such as in helicopters, and there wear and tear must be monitored to a particular extent.
  • a known way of monitoring transmissions are so-called particle counters, which count the number of metallic wear particles from transmission components. These particle counters use either optical or electrical methods. If the electrical method is used, an electrical field is induced in a lubricant line, for example, in order to count metal chips.
  • optical systems In order to increase the safety, plannability and economic efficiency of a technical system with a transmission, it would therefore be desirable not only to verify the wear quantitatively by counting particles, but also to be able to evaluate the wear qualitatively and to subdivide it into critical and non-critical wear phenomena. divorce This is currently only possible through laboratory tests or through on-site "assessments" by an expert.
  • the publications EP 1 933 129 B1, EP 3 349 000 A1 each relate to devices and methods, wherein an impedance change caused by the metal particles is compared between a measuring coil and a reference coil to characterize metal particles.
  • Document EP 2 121 203 B1 identifies metal objects on a conveyor belt by comparing a magnetically unaffected state of a coil with a magnetically influenced state.
  • the publications DE 102010011 936 A1 and WO 2015 140411 A2 relate to a measuring arrangement for analyzing samples in a sample container.
  • the document EP 2 455 774 A1 relates to a sensor device with a chip catcher with a permanent magnet. If the attractive effect of the permanent magnet is to be neutralized, an opposing field is generated with an induction coil and the magnetically held chip can be removed.
  • the object of the present invention is therefore to address one of the problems mentioned above, to improve the general prior art or to provide an alternative to what was previously known.
  • a solution is to be provided with which, in addition to detecting a chip, continuous monitoring and evaluation of the chip is also made possible in order to be able to assess a potential risk of wear on site and during operation.
  • a sensor device for characterizing a chip is provided.
  • Characterizing means that properties of the chip are identified or determined with the sensor device, such as a degree of hardness of the chip, a chip size, ie its volume, or a material from which the chip is formed.
  • the degree of hardness can also be understood synonymously as a hardness class.
  • the characterization can also be understood as an analysis of the span. It is therefore proposed to characterize and evaluate a chip with the sensor device on site and during operation.
  • the chip is a particle that has become detached from a gear part, for example.
  • the chip can thus be understood as a metal particle or metallic contamination.
  • the chip can also be referred to synonymously as a chip.
  • the chip is preferably a metal chip or a metallic chip.
  • the sensor submission includes a chip analysis area, where the chip analysis area is a spatial area.
  • the chip analysis area describes a spatial area in which the characterization or analysis of the chip is carried out.
  • the chip can be held in the analysis area by a chip catcher, for example, in order to provide a stationary analysis of the chip in the analysis area.
  • the chip analysis area is a spatial section within a lubricating line in a lubricating oil circuit of a transmission or a spatial section in a coolant line in a coolant circuit.
  • the sensor application includes a signal generator with at least one transmission coil, the signal generator being set up to generate an electrical excitation signal and to couple it with the transmission coil as a magnetic signal into the chip analysis area.
  • an electrical signal with a signal generator, for example with a function generator as the signal source, which is electrically conductively connected to the transmission coil.
  • the electrical excitation signal can, for example, be an alternating signal, for example a sinusoidal signal.
  • the transmission coil is, for example, a copper coil wound around a magnetic core.
  • the transmission coil can also be interpreted synonymously as an excitation coil. Coupling can also be understood as induction. It is thus proposed to introduce an electromagnetic signal into the chip analysis area in which a chip or chips is or are arranged. The chip or, if applicable, the chips are thus excited by the excitation signal, which is coupled into the chip analysis area as a magnetic signal.
  • the signal generator with the transmitter coil can thus also be understood as a transmitter unit that introduces an electrical signal as a magnetic signal into the chip analysis area for electrical or magnetic excitation of the chip.
  • the sensor device also includes a chip classifier with at least one receiver sensor, the chip classifier being set up to receive a chip signal from the chip analysis area with the receiver sensor, the chip signal being a is the magnetization signal excited by the excitation signal, which is generated by at least one chip to be classified.
  • the receiver sensor is, for example, a receiver coil, a receiving element that is set up to use the Hall effect to receive the span signal (Hall sensor), a receiving element that is set up to use the magnetoresistive effect to receive the span signal (magnetore - sistiver sensor), or the like. It is therefore proposed to measure the span signal with the receiver sensor.
  • the sensor device preferably comprises a chip classifier with at least one receiver coil, with the chip classifier being set up to receive a chip signal from the chip analysis area with the receiver coil, with the chip signal being a magnetization signal excited by the excitation signal, which is generated by at least one chip to be classified.
  • the span signal is a magnetic signal that the span generates due to its excitation by the excitation signal.
  • an electromagnetic signal is introduced into the chip analysis area for electrical or magnetic excitation of the chip with the signal generator and the transmission coil.
  • the chip generates a measurable signal that is measured out of phase with the excitation signal, preferably with a receiver coil.
  • the span signal induces a voltage in the receiver coil and generates a measurable voltage or current.
  • the span classifier can thus also be understood as a receiving or measuring unit that measures the span signal, preferably with a receiver coil.
  • the receiver coil can be formed from a large number of coils which are connected together in an array.
  • the receiver coil or coils and/or the transmitter coil is or are wound copper coils, for example.
  • This basic principle applies analogously to at least one receiver sensor that is designed with a receiving element that is set up to use a Hall effect and/or a magnetoresistive effect to receive the span signal. Due to the magnetic excitation, the span generates a measurable signal, which is measured with the receiving element out of phase with the excitation signal, namely the span signal. The span signal induces a voltage in the receiving element and generates a measurable voltage or current or leads to a measurable change in resistance in the receiving element.
  • the span classifier can thus also be used as a receiving or measuring unit that measures the span signal with a Hall sensor and/or a magnetoresistive sensor.
  • a receiving element that is set up to use a Hall effect and/or a magnetoresistive effect to receive the chip signal can also be referred to as a Hall sensor and/or magnetoresistive sensor.
  • the receiving element can be formed from a large number of sensors which are interconnected in an array.
  • a plurality of one item or one object is present if at least two items or objects are present.
  • the chip classifier is also set up to classify the at least one chip in the chip analysis area by evaluating a phase shift between the excitation signal and the chip signal and/or an amplitude of the chip signal.
  • the chip classifier also works as an evaluation unit or comprises such a unit.
  • the span classifier thus takes into account the excitation signal and the span signal and can determine and/or further process a phase shift between the two signals. Additionally or alternatively, the span classifier can determine and/or further process an amplitude of the span signal.
  • the phase shift is also known as phase difference or phase position and describes, for example, two sinusoidal oscillations whose phase angles are shifted relative to one another if their period durations are the same but the times of their zero crossings are different.
  • the amplitude of the span signal describes the maximum deflection of the span signal from the position of the arithmetic mean. The amplitude is also known as the peak value.
  • Classification thus refers to the fact that the properties of the chip to be classified are to be determined, such as a degree of hardness or a hardness class of the chip, a chip size or a chip material. It goes without saying that the classification also includes a detection of the chip. Accordingly, the sensor device is also set up to detect the at least one chip in the chip analysis area by evaluating a phase shift between the excitation signal and the chip signal and/or an amplitude of the chip signal. It is preferably proposed to evaluate or take into account an absolute value of the amplitude of the span signal for characterizing the span. It is therefore proposed to determine the amplitude as an absolute value.
  • metal chips with different properties can be present and the different properties allow conclusions to be drawn about the extent and/or origin of the damage or wear.
  • degree of hardness of the chip is a suitable indicator of whether there is critical or less critical gear damage or gear wear.
  • a degree of hardness of the chip can be inferred. If, for example, a hard-magnetic chip is detected, it can be assumed that a more critical gear part has been damaged. Critical gear parts are usually hardened and therefore have hard magnetic properties. If, on the other hand, a soft-magnetic chip is detected, non-critical wear can be assumed, since soft-magnetic metals are used on less relevant gear components.
  • a chip size can also be determined by evaluating the phase shift and/or the amplitude.
  • the chip size can also be understood as the chip volume. If a large chip is detected, the extent of the damage to a transmission part can thus be inferred.
  • phase shift and/or the amplitude it is also possible to determine a material of the chip, since the chips made from different materials have different magnetic properties, such as different susceptibility.
  • chips as a wear indicator in the lubricating circuit of a gearbox.
  • the characterization of the chips is carried out by evaluating the phase shift between the excitation signal and the chip signal and/or the amplitude of the chip signal.
  • An intelligent sensor for monitoring the condition of a transmission is thus provided, which can be used in different technical systems.
  • phase shift between the excitation signal and the chip signal and/or an amplitude of the chip signal is optional in embodiments in order to analyze the at least one chip in the chip analysis area classify.
  • Other or further evaluation methods can be provided in order to classify the at least one chip in the chip analysis area.
  • the chip classifier is preferably set up to classify the at least one chip in the chip analysis area as a function of the chip signal and/or the excitation signal using an evaluation method, namely using at least one evaluation method from the list of evaluation methods having:
  • Classification by means of a frequency analysis for example by means of a Fourier transform such as a DFT (Discrete Fourier Transform), an FFT (Fast Fourier Transform) or an STFT (Short-Time Fourier Transform); - Classification using a wavelet analysis;
  • a Fourier transform such as a DFT (Discrete Fourier Transform), an FFT (Fast Fourier Transform) or an STFT (Short-Time Fourier Transform); - Classification using a wavelet analysis;
  • the chip classifier is preferably set up at least to determine a degree of hardness, a chip size and/or a chip material of the at least one chip to be classified. These variables are determined by deriving or determining magnetic parameters such as an area under a hysteresis curve, magnetization or other magnetic properties by evaluating the phase shift and/or the amplitude of the span signal and/or by evaluating them using an evaluation method. to be determined.
  • the receiver sensor is preferably designed with a receiver coil.
  • a chip classifier with at least one receiver coil is therefore proposed, with the chip classifier being set up to receive a chip signal from the chip analysis area with the receiver coil, with the chip signal being a magnetization signal excited by the excitation signal, which is generated by at least one chip to be classified.
  • the mode of operation with a receiver coil has already been described above.
  • the span signal induces a voltage in the receiver coil and produces a measurable voltage or current.
  • the span classifier can thus also be understood as a receiving or measuring unit that measures the span signal with a receiver coil.
  • the receiver sensor is preferably designed with a receiving element that is set up to use a Hall effect and/or a magnetoresistive effect to receive the span signal.
  • the chip classifier is thus set up to Receiving a chip signal from the chip analysis area with a Hall sensor and/or with a magnetoresistive sensor. It is therefore proposed to use a Hall sensor and/or a magnetoresistive sensor as a receiver for the chip signal in addition or as an alternative to the receiver coil. Hall effect and magnetoresistive effect are known in principle. It is therefore proposed to use sensors for measuring magnetic fields or magnetic signals that use the Hall effect and/or the magnetoresistive effect.
  • the chip signal from the chip analysis area is thus measured with the Hall sensor and/or the magnetoresistive sensor, the chip signal being a magnetization signal excited by the excitation signal, which is generated by at least one chip to be classified.
  • a combination of receiver coil, Hall sensor and/or magnetoresistive sensor can also be provided.
  • the chip classifier evaluates an in-phase component to identify a chip size of the chip and/or a chip material of the chip, which more preferably is proportional to a magnetization of the chip.
  • the so-called in-phase component is known from signal processing and is determined by demodulating the excitation signal and the span signal with the original phase position (English: in phase). It has been recognized here that the in-phase component is proportional to a magnetization of the chip. The magnetization can be used to draw conclusions about the chip size and/or the chip material.
  • the chip classifier evaluates an out-of-phase component to identify a degree of hardness of the chip and/or a chip material, which more preferably is proportional to an area under a hysteresis curve of the chip.
  • the so-called out-of-phase component is also known from signal processing and is determined by demodulating the excitation signal and the span signal with a fixed, phase-shifted reference frequency.
  • the out-of-phase component is also known as quadrature. It has been recognized herein that the out-of-phase component is proportional to an area under a hysteresis curve of the span. It was also recognized that the area under the hysteresis curve allows conclusions to be drawn about the degree of hardness of the chip.
  • a narrow hysteresis curve with a larger saturation magnetization is indicative of a low degree of hardness (magnetically soft) and a broad and flatter hysteresis curve in comparison is an indicator of a higher degree of hardness (magnetically hard).
  • different hardness classes can be determined by evaluating the out-of-phase component. It goes without saying that the in-phase component and the out-of-phase component are determined from the excitation signal and/or the span signal, for example by means of a frequency analysis.
  • the excitation signal is an AC voltage signal, for example a sinusoidal, a triangular or a square-wave AC voltage signal.
  • the use of an AC voltage signal as the excitation signal is advantageous because the span signal can be measured multiple times and out of phase, since it is repeatedly excited by the alternating AC voltage signal.
  • the AC voltage signal can also be implemented as an AC signal.
  • the excitation signal has a frequency which is in a frequency range from 100 Hz to 10 kHz.
  • This frequency range is a frequency range with which the penetration depth of the excitation signal can also be set and the span signal can thus be tuned if, for example, it cannot be measured well enough.
  • the frequency of the excitation signal is varied in a predefined sequence in order to vary the penetration depth of the excitation signal into the chip. It is therefore proposed that the excitation signal is not operated at a constant frequency, but that a frequency change is carried out. In a specific example, a first frequency is first set for a first period of time, then the frequency is changed, and a second frequency is set for a second period of time. The penetration depth of the excitation signal as a magnetic signal in the chip can also be adjusted.
  • the signal generator is set up to generate the electrical excitation signal with a sinusoidal curve and/or a triangular curve and/or a rectangular curve in order to set a penetration depth of the excitation signal into the chip.
  • the electrical excitation signal is particularly preferably designed with a sine curve, since the sine signal causes fewer harmonics in the chip signal. It is preferably proposed that the chip classifier has a material database, with material data being stored in the material database.
  • comparison data such as coercive field strengths, susceptibilities, remanences, magnetic saturations or hysteresis curves are provided as material data.
  • the material data are interpolated and can be stored as data sets in a storage unit.
  • the storage for the material data can be part of the chip classifier or it can be an external database. It goes without saying that in the latter case the span classifier is set up accordingly to read out the external database.
  • the chip classifier be set up to determine at least a first hardness class and/or a second hardness class of the chip by comparing it with the material data.
  • the first hardness class can, for example, be a hardness class that indicates that the classified chip has a soft-magnetic design.
  • the second hardness class can, for example, be a hardness class that indicates that the classified chip is hard-magnetic. Further intermediate gradations of the hardness classes can also be provided.
  • the chip classifier be set up to determine at least one chip size of the chip by comparing it with the material data.
  • the chip size can also be considered as a volume.
  • the chip size can be determined from the comparison data described above.
  • the chip classifier be set up to determine at least one chip material of the chip by comparing it with the material data.
  • Chip material describes the material from which the chip is formed, such as hardened steel.
  • the material data preferably include at least one comparison signal profile. It is therefore proposed that at least one comparison signal curve is part of the material data and the recorded chip signal can be compared with the comparison signal curve. A large number of comparison signal curves can also be stored in the material data, which can be interpreted as a characteristic diagram. Accordingly, it is proposed that the chip to be classified in the chip analysis area be compared to classify with the at least one comparison waveform in order to determine, for example, the degree of hardness of the chip, the chip size or the chip material.
  • the presence of the first and/or second hardness class is determined by comparing the chip signal with the comparison signal curves.
  • the chip classifier is preferably set up to determine whether the first and/or second hardness class is present by comparing the chip signal with the comparison signal curves.
  • the chip classifier be designed with a multiplicity of receiver coils, with the receiver coils being distributed over a sensor surface within a sensor head.
  • the chip classifier be designed with a large number of Hall sensors and/or magnetoresistive sensors, with the Hall sensors and/or magnetoresistive sensors being distributed on a sensor surface within a sensor head.
  • a localization of the span can be provided.
  • a local determination of the chip can also be provided by using a plurality of Hall sensors and/or magnetoresistive sensors. The local determination relates to the position of the chip on the sensor head. The location determination is intended to detect multiple different chips to provide an independent characterization of different chips placed on the sensor head.
  • a determination of the size of the chip can additionally or alternatively be provided. Additionally or alternatively, a size determination of the chip can additionally or alternatively be provided by using a multiplicity of Hall sensors and/or magnetoresistive sensors. For example, if a span is arranged over several receiver coils, the span size can be determined by evaluating the span signals of the receiver coils that are arranged in the vicinity of the span to be classified. The reflected span signal is most pronounced there.
  • the coils can be connected up as an array and read out individually with a selection circuit, for example with a multiplexer.
  • a chip is arranged over several Hall sensors and/or magnetoresistive sensors, by evaluating the chip signals from the Hall sensors and/or magnetoresistive sensors placed in the vicinity of the chip to be classified, the chip size is determined. The reflected span signal is most pronounced there.
  • the Hall sensors and/or magnetoresistive sensors can be connected up as an array and read out individually with a selection circuit, for example with a multiplexer or a bus system.
  • the receiver coils are distributed in a honeycomb pattern within a sensor head.
  • the Hall sensors and/or magnetoresistive sensors are distributed within a sensor head in a chessboard pattern, i.e., like a chessboard, next to each other in two directions. The packing density can thus be increased.
  • the at least one receiver coil preferably has a coil axis which is designed to be essentially normal with respect to a sensor surface plane. This orientation to the sensor surface allows the influence of the exciter signal on the chip signal to be minimized. With this arrangement, an excitation field is formed that is normal to the receiver coil. This minimizes the influence of the excitation signal on the receiver coil. Additionally or alternatively, the at least one Hall sensor and/or magnetoresistive sensor has at least one sensor axis, which is designed to be perpendicular to a sensor surface plane, in particular to minimize an influence of the exciter signal on the chip signal.
  • the Hall sensor and/or magnetoresistive sensor in such a way that it measures the excitation signal as little as possible or at least one axis of a multi-axis sensor measures the excitation signal as little as possible.
  • the at least one Hall sensor and/or the at least one magnetoresistive sensor is designed with multiple axes, in particular three axes. This minimizes the influence of the excitation signal on the receiver coil.
  • the sensor device preferably has a chip catcher in order to keep the at least one chip to be classified in the chip analysis area. It is therefore proposed to provide a device that keeps the chip or chips to be classified stationary in the chip analysis area. This can also be interpreted as catching the chip or chips.
  • the chip catcher is set up to hold the at least one chip to be classified magnetically with a magnetic field in the chip analysis area.
  • the chip catcher can be designed, for example, as a coil that is energized with a direct current.
  • the chip catcher can also be designed with a magnet, for example with a permanent magnet.
  • the chip catcher is set up to mechanically hold the chip to be classified with a fluid-permeable filter structure in the chip analysis area.
  • the chip catcher can be designed with a metal grid, or with a basket or a net.
  • the chip catcher is designed as a DC-operated coil in order to hold the at least one chip to be classified magnetically with a magnetic field in the chip analysis area.
  • An adjustable magnetic field can advantageously be realized with a DC-operated coil. In this way, the magnet catcher can be switched off if necessary.
  • the magnetic field can be switched on and off with a control unit. For example, the chip area can be cleaned.
  • the magnetic field of the chip catcher can be switched off for maintenance. After switching off, the chips are no longer held magnetically by the chip catcher and can therefore be easily removed.
  • the chip analysis area is preferably a spatial area within a line through which a liquid flows. It is thus proposed that the sensor device can be inserted and used in all lines through which a liquid flows, such as a line of a lubricating circuit or a cooling circuit. The sensor device described above can accordingly also be installed in any line through which a liquid flows.
  • the liquid is oil and/or a liquid coolant
  • the line is a lubricant line and/or a coolant line. It is preferably proposed that the span classifier be set up to provide the span signal via a communication unit to an external processing unit for external evaluation.
  • the chip classifier be set up to provide a result of the evaluation via a communication unit, the result of the evaluation being in particular a classified hardness class, a classified chip size and/or a classified chip material.
  • the result of the evaluation or the classification can thus be further processed and, for example, made available to a process computer for process monitoring, analyzed with an analysis unit or made available to a reporting unit in order to indicate a need for maintenance or repair.
  • the signal generator is preferably set up to provide the excitation signal as a reference signal to the chip classifier and/or an external processing unit via a communication unit.
  • the external processing unit is, for example, an external process computer or an external control unit.
  • the external process computer or the external control unit can be part of the technical system in which the sensor device is used.
  • the chip classifier has a calculation unit in order to classify the at least one chip in the chip analysis area by evaluating a phase shift between the exciter signal and the chip signal and/or an amplitude of the chip signal; and/or to classify the at least one chip in the chip analysis area depending on the chip signal and/or the excitation signal by means of an evaluation method.
  • the calculation unit can be an internal calculation unit that is part of the sensor device, such as a microcontroller.
  • the calculation unit can also be an external calculation unit, such as an external process computer or an external control unit.
  • a method for characterizing a chip with a sensor device which has at least one signal generator and one chip classifier.
  • the method comprises the steps: generating an electrical excitation signal with the signal generator with a transmission coil, the signal generator being set up to generate the electrical excitation signal and to couple it with the transmission coil into a chip analysis area as a magnetic signal, the chip analysis area being a spatial area;
  • the span classifier receiving a span signal with the span classifier with at least one receiver sensor, the span classifier being set up to receive the span signal from the span analysis area with the receiver sensor, the span signal being a magnetization signal excited by the exciter signal, which is generated by at least one span to be classified;
  • the chip classifier being set up to classify the at least one chip in the chip analysis area by evaluating a phase shift between the excitation signal and the chip signal and/or an amplitude of the chip signal.
  • the sensor device is designed according to one of the above embodiments.
  • the evaluation step also includes the steps:
  • determining a chip size and/or a chip material of the chip to be classified by determining an in-phase component with the chip classifier, which component is preferably proportional to a magnetization of the chip, and/or
  • determining at least one hardness class and/or chip material of the chip to be classified by determining an out-of-phase component, which is preferably proportional to an area under a hysteresis curve of the chip.
  • 1 schematically shows a lubrication circuit of a transmission with a sensor device in one embodiment.
  • FIG. 2 schematically shows a block diagram of a sensor device according to the invention in one embodiment.
  • 3 schematically shows part of a sensor device in one embodiment, which is introduced into a line through which a liquid flows.
  • 4 schematically shows a sectional side view of part of a sensor device with a primary coil and a multiplicity of receiver coils in one embodiment.
  • 5 schematically shows a sectional plan view of part of a sensor device with a multiplicity of receiver coils in one embodiment.
  • FIG. 6 shows six diagrams illustrating an evaluation of a phase shift between an excitation signal and a span signal and an evaluation of an amplitude of the span signal.
  • FIG. 7 shows a diagram in which two hysteresis curves are shown schematically.
  • FIG. 8 schematically shows a flow chart of the method according to the invention in one embodiment.
  • FIG. 1 shows a lubrication circuit 10 of a transmission 11 with a sensor device 100 in one embodiment.
  • the gear 11 is shown as a spur gear for the sake of clarity.
  • a pump 12 is part of the lubricating circuit 10 and is set up to pump lubricating oil 13 in a circuit.
  • the lubricating oil 13 is intended to reduce wear on the gear 11 and reduces the mechanical friction in the spur gear shown. Signs of wear such as pit damage or detachment of gear components can occur as a result of the mechanical stress on the gear.
  • the wear or the transmission detachments thus enter the lubricating circuit 10 and are present as artefacts in the form of metal particles or metal chips 14, 15 in the lubricating circuit.
  • Example- 1 shows two hard-magnetic chips or particles 15 and a soft-magnetic chip or particles 14, which may have become detached at different points in time.
  • suspended matter 16 is also present in the lubricating circuit, such as non-metallic dirt particles.
  • a filter 17 is provided to filter out suspended matter 16 from the lubricating oil 13 .
  • the metal chips are filtered by the sensor device 100 .
  • the sensor device can have a chip catcher in order to keep the at least one chip or chips 14, 15 to be classified in the chip analysis area 110.
  • the sensor device 100 for characterizing the chip is part of the lubrication circuit 10.
  • the sensor device 100 is designed, for example, as shown in FIG. 2, 3, 4 or 5.
  • FIG. The sensor device 100 is introduced into the line 18 through which the liquid flows and has a chip analysis area 110, which is a spatial area within the line 18 and is shown as a dotted area.
  • Sensor device 100 has a signal generator, not shown in FIG. 1, with at least one transmission coil, the signal generator being set up to generate an electrical excitation signal and to couple it into chip analysis region 110 with the transmission coil as a magnetic signal.
  • the coupling of the excitation signal as a magnetic signal into the chip analysis area 110 is illustrated in FIG. 1 by indicated field lines.
  • FIG. 1 shows a lubrication circuit 10 of a spur gear.
  • the sensor device 100 shown can also be introduced in any other line 18 through which a liquid flows.
  • the functional principle of the sensor device 100 is not limited to a lubricating circuit 10 of a transmission, but can also be introduced, for example, in a coolant circuit or directly in a transmission.
  • FIG. 2 schematically shows a block circuit diagram of a sensor device 100, as shown in FIG. 1, for example.
  • Sensor device 100 is provided for characterizing a chip 14, 15 and includes a chip analysis area 110, wherein chip analysis area 110 is a spatial area, for example within line 18 through which liquid flows, as shown in FIG.
  • the sensor device 100 comprises a signal generator 200 with at least one transmission coil 210, the signal generator being set up to generate an electrical excitation signal 220 and to couple it with the transmission coil 210 as a magnetic signal 230 into the chip analysis region 110.
  • the electrical excitation signal 220 can be generated, for example, with a function generator 240 as a sinusoidal AC voltage signal with a frequency in a frequency range from 100 Hz to 10 kHz.
  • the frequency of the excitation signal 220 can be varied in a predefined sequence in order to set a penetration depth into the chip 14, 15.
  • an amplifier 250 can be provided in order to amplify the electrical excitation signal 220 .
  • the electrical excitation signal 220 is converted into a magnetic signal 230 in the transmission coil and is thus coupled into the chip analysis area 110 .
  • the magnetic signal 230 magnetically excites the chip 14, 15 so that a characteristic and measurable chip signal 260 is generated based on the excitation by the magnetic signal 230.
  • the sensor device also includes a chip classifier 300 with at least one receiver coil 310, with the chip classifier 300 being set up to receive the chip signal 260 from the chip analysis area 110 with the receiver coil.
  • the receiver coil can thus also be understood as a measuring coil.
  • the span signal 260 is a magnetization signal excited by the exciter signal, which is generated by at least one span 14, 15 to be classified.
  • At least one Hall sensor and/or a magnetoresistive sensor can be used.
  • a use of the receiver coil is shown in the exemplary embodiments.
  • the chip classifier 300 is set up to classify the at least one chip 14, 15 in the chip analysis area 110 by evaluating a phase shift between the exciter signal 220 and the chip signal 260 and/or an amplitude of the chip signal 260.
  • the chip classifier 300 evaluates an in-phase component to identify a chip size of the chip 14, 15 and/or a chip material of the chip 14, 15 which is proportional to a magnetization of the chip. Additionally or alternatively, to identify a degree of hardness of the chip 14, 15 and/or a chip material of the chip 14, 15, the chip classifier 300 evaluates an out-of-phase component that is proportional to an area under a hysteresis curve of the chip, such as in FIG Figures 6 and 7 illustrate.
  • the span classifier 300 can also have an amplifier 330 in order to amplify the span signal 260 measured with the receiver coil 310 into a desired working range.
  • a selection circuit 320 can also be provided be to evaluate the plurality of receiver coils 310 independently, such as a multiplexer.
  • the chip classifier 300 can also have a material database 340, with material data being stored in the material database, such as coercive field strengths, susceptibilities, remanences, magnetic saturations or hysteresis curves.
  • the chip classifier 300 is set up with a calculation unit 350 to determine at least a first hardness class and/or a second hardness class, a chip size and/or a chip material of the chip 14, 15 by comparing it with the material data. For example, it can be determined whether a soft-magnetic chip 14 or a hard-magnetic chip 15 is present. In addition, the chip size or the chip volume can be determined and the material of the chip 14 or 15 can also be determined. In this way, critical or non-critical wear or critical or non-critical gear damage can be inferred.
  • the calculation unit 350 is embodied as a microcontroller, for example.
  • the material database 340 is shown in FIG. 2 as part of the chip classifier, but it can also be an external database and the calculation unit 350 can communicate with the external database via a means of communication, for example.
  • the material data can also include comparison signal curves, with the presence of the first and/or second hardness class being determined by comparing the chip signal 260 with the comparison signal curves, namely by the calculation unit. A comparison with several signal profiles of the chip signal 260 stored in the material database 340 therefore takes place.
  • the signal curves can be stored in the material database 340 as a characteristic diagram, for example.
  • the chip classifier 300 After the chip classifier 300 has classified the at least one chip 14, 15 in the chip analysis area by evaluating a phase shift between the exciter signal 220 and the chip signal 260 and/or an amplitude of the chip signal 260, the result of the classification can be processed further and sent to a process computer 400, for example Provided process monitoring, analyzed with an analysis unit 410 or displayed on a reporting unit 420 to initiate maintenance or repair.
  • a process computer 400 for example Provided process monitoring, analyzed with an analysis unit 410 or displayed on a reporting unit 420 to initiate maintenance or repair.
  • FIG. 3 shows part of a sensor device 100 for characterizing a chip, as shown in FIG. 1 or 2, for example.
  • the sensor device 100 has a chip analysis area 110, which is a spatial area within a line 18 through which a liquid flows.
  • the sensor device 100 has a signal generator with at least one transmission coil, which is not shown.
  • the signal generator is set up to generate an electrical excitation signal 220 and to couple it into the chip analysis region 110 as a magnetic signal 230 using a transmitter coil (also not shown).
  • Sensor device 100 also has a chip catcher 270 to hold the at least one chip 14, 15 to be classified in chip analysis area 110, specifically stationary on a sensor head of sensor device 100.
  • Chip catcher 270 is shown only indirectly in FIG Metal chips 14, 15 adhere to the sensor head of the sensor device 100.
  • the chip catcher 270 is set up to magnetically hold the at least one chip to be classified with a magnetic field in the chip analysis area 110 .
  • the chip catcher can be embodied, for example, as a DC-operated coil, in order to magnetically hold the at least one chip 14, 15 to be classified in the chip analysis area 110 with a magnetic field, with the magnetic field being designed such that it can be switched on and off with a control unit for cleaning the chip area .
  • Figure 4 shows a sectional side view of part of a sensor device 100 with a transmitter coil 210 and a large number of receiver coils 310.
  • the receiver coils are distributed on a sensor surface 290 within a sensor head 280 in order to determine the location and/or size of the chip 14, 15 to provide.
  • the receiver coil 310 has a coil axis which is designed to be normal with respect to the sensor surface plane 290 in order to minimize an influence of the excitation signal on the chip signal.
  • the transmission coil 210 also has a coil axis which is designed to be essentially parallel with respect to the sensor surface plane 290 .
  • the coil axis of the transmission coil can alternatively be designed to be essentially vertical in relation to the sensor surface plane 290, in particular if the transmission coil is wound around a vertical leg. This orientation can reduce the influence of the excitation signal, which is coupled into the chip analysis area 110 as a magnetic signal 230, and the chip signal can be measured better, since the excitation field is normal to the receiver coil.
  • Figure 5 illustrates part of a sensor device 100 with a large number of receiver coils 310, the receiver coils 310 being distributed over a sensor surface 290 within a sensor head 280 in order to provide a local determination and/or a size determination of the chip 14, 15. wherein the receiver coils 310 are arranged in a honeycomb distribution within a sensor head 280 .
  • the figure 5 shown is, for example, a sectional plan view of figure 4.
  • FIG. 6 illustrates the evaluation principle for characterizing a chip.
  • the chip classifier is set up to classify the at least one chip to be classified in the chip analysis area by evaluating a phase shift between the exciter signal and the chip signal and/or an amplitude of the chip signal.
  • the chip classifier is thus set up, for example, to determine a chip size, a chip material and/or a hardness class of the chip.
  • three diagrams A1 to A3 are shown, which illustrate a characterization of a soft-magnetic chip.
  • three diagrams B1 to B3 are shown, which illustrate a characterization of a hard-magnetic chip.
  • FIGs A1 and B1 Two different hysteresis curves are shown in diagrams A1 and B1.
  • the magnetization M is plotted on the Y-axis and the magnetic field strength H on the X-axis.
  • the intersection points of the curves with the Y-axis correspond to the positive and negative remanence.
  • the intersections with the X-axis correspond to the positive and negative coercivity.
  • the dotted lines correspond to the course of a new curve.
  • the curves A1 and B1 saturate both in the positive and in the negative direction, regardless of whether the magnetic field strength see is further increased positively or negatively. This is known as magnetic saturation.
  • the two hysteresis curves thus also show positive and negative magnetic saturation.
  • diagram A1 a narrow hysteresis curve appears in comparison to diagram B1, which suggests a soft span.
  • the hysteresis curve in diagram B1 is wider and lower than diagram A1, so that a hard-magnetic chip can be inferred. This relationship is illustrated in FIG. 6 and also in FIG.
  • the electrical excitation signal 220 and the span signal 260 are illustrated by way of example in the diagrams A2 and B2.
  • the voltage U is plotted over time t.
  • the voltage waveforms 220 and 260 are illustrated in the same diagram, the amplitude values of the signal waveforms 220 and 260 can be different.
  • a different phase shift occurs between the electrical excitation signal 220 and the chip signal 260 due to the different material properties of the chips.
  • a chip signal that is generated by a soft-magnetic chip is shown in diagram A2.
  • Diagram B2 illustrates an example of a chip signal that is generated by a hard-magnetic chip. The chip can thus be classified by evaluating the phase shift, for example in relation to a degree of hardness.
  • FIGS. A3 and B3 show diagrams A2 and B2 in a different representation, namely as rotating space vectors. As can be seen, the space vectors 220 and 260 rotate synchronously with one another at a different phase angle. A phase shift can thus also be determined on the basis of the phase angle.
  • FIG. 7 shows two hysteresis curves as an example, which are drawn in a three-axis diagram.
  • the magnetic field strength H is plotted on the X-axis.
  • the magnetic flux density B is plotted on a first Y-axis and the magnetization M is plotted on a second Y-axis.
  • hard-magnetic and soft-magnetic chips differ in the different areas of the hysteresis curves. This knowledge is used not only to identify a chip in the chip analysis area, but also to characterize it, for example with regard to its size (chip volume), its magnetic properties (degree of hardness) or its material properties (chip material).
  • FIG. 8 shows a flow chart of a method for characterizing a chip with a sensor device.
  • an electrical excitation signal is generated using a signal generator with a transmission coil, the signal generator being set up to generate the electrical excitation signal and to couple it with the transmission coil into a chip analysis area as a magnetic signal, the chip analysis area being a spatial area is.
  • a chip signal is received with a chip classifier with at least one receiver coil, with the chip classifier being set up to receive the chip signal from a chip analysis area with the receiver coil, with the chip signal being a magnetization signal excited by the excitation signal that is generated by at least one chip to be classified.
  • step S3 the chip signal is evaluated using the chip classifier, the chip classifier being set up to classify the at least one chip in the chip analysis area by evaluating a phase shift between the excitation signal and the chip signal and/or an amplitude of the chip signal.
  • step S3 two further preferred steps S3.1 and S3.2 are illustrated in step S3.
  • step S3.1 a chip size and/or a chip material of the chip to be classified is determined by determining an in-phase component with the chip classifier, which component is proportional to a magnetization of the chip.
  • step S3.2 at least one hardness class and/or a chip material of the chip to be classified is determined by determining an out-of-phase component that is proportional to an area under a hysteresis curve of the chip.
  • a sensor device for characterizing a chip comprising a chip analysis area, the chip analysis area being a spatial area; a signal generator with at least one transmission unit, wherein the signal generator is set up to generate an electrical excitation signal and to couple it into the chip analysis area with the transmission unit as a magnetic signal; a chip classifier with at least one receiver sensor, the chip classifier being set up to receive a chip signal from the chip analysis area with the receiver sensor, the chip signal being a magnetization signal excited by the excitation signal, which is generated by at least one chip to be classified, characterized in that the chip classifier is also set up to classify the at least one chip in the chip analysis area by evaluating a phase shift between the excitation signal and the chip signal and/or an amplitude of the chip signal.
  • the transmitter coil As an alternative to the transmitter coil, it is therefore proposed to use a signal generator with at least one transmitter unit, the signal generator being set up to generate an electrical excitation signal and to couple it with the transmitter unit as a magnetic signal into the chip analysis area. It is therefore proposed to use any other technical device instead of a transmission coil in order to generate the electrical excitation signal.
  • a signal generator with at least one transmission coil, the signal generator being set up to generate an electrical excitation signal and to couple it with the transmission coil as a magnetic signal into the chip analysis area is an optional feature.
  • a sensor device can also be provided which is set up only to receive the span signal and evaluates the span signal.
  • a sensor device for characterizing a span comprising: a span classifier with at least one receiver sensor, the span classifier being set up to receive a span signal with the receiver sensor, the span signal being a magnetization signal excited by an excitation signal, which is generated from at least one span to be classified, the span classifier being set up to classify the at least one span by evaluating a phase shift between the excitation signal and the span signal and/or an amplitude of the span signal.
  • the above sensor device with a generic transmission unit or without a signal generator is preferably designed according to one of the above embodiments.
  • the method step of generating an electrical excitation signal using the signal generator with a transmission coil, the signal generator being set up to generate the electrical excitation signal and to couple it with the transmission coil into a chip analysis area as a magnetic signal, the chip analysis area being a spatial area is a optional feature.
  • a method can also be provided which is set up only for receiving and evaluating the span signal.
  • a method for characterizing a chip with a sensor device which has at least one chip classifier.
  • the method comprises the steps: Receiving a span signal with the span classifier with at least one receiver sensor, the span classifier being set up to receive a generated span signal with the receiver sensor, the span signal being a magnetization signal excited by an excitation signal, which is generated by at least one to be classified chip is generated; and evaluating the span signal with the span classifier, the span classifier being set up to classify the at least one span by evaluating a phase shift between the excitation signal and the span signal and/or an amplitude of the span signal.
  • a measurement method is thus proposed.
  • the feature is to classify the at least one span by evaluating a phase shift between the excitation signal and the span signal and/or an amplitude of the span signal is an optional feature. It is proposed generically to evaluate the received span signal to classify the span. So it will proposed to evaluate a span signal, which is a magnetic signal generated by excitation and in which span is generated in response to the excitation. In contrast, known methods for characterizing a span use comparison coils in order to characterize the span based on a change in impedance between a measuring coil and a reference coil, as already described above in the introduction.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung zur Charakterisierung eines Spans (14, 15), umfassend einen Spananalysebereich (110), wobei der Spananalysebereich ein räumlicher Bereich ist; ein Signalgenerator (200) mit wenigstens einer Sendespule (210), wobei der Signalgenerator dazu eingerichtet ist, ein elektrisches Erregersignal (220) zu erzeugen und mit der Sendespule (210) als magnetisches Signal (230) in den Spananalysebereich einzukoppeln; ein Spanklassifikator (300) mit wenigstens einer Empfängerspule (310), wobei der Spanklassifikator dazu eingerichtet ist, ein Spansignal aus dem Spananalysebereich mit der Empfängerspule zu empfangen, wobei das Spansignal ein durch das Erregersignal angeregtes Magnetisierungssignal ist, das von wenigstens einem zu klassifizierenden Span erzeugt wird. Zudem betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Charakterisierung eines Spans mit einer Sensoreinrichtung, die wenigstens einen Signalgenerator und einen Spanklassifikator aufweist.

Description

Sensoreinrichtung und Verfahren zur Charakterisierung eines Metallspans
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung zur Charakterisierung eines Spans. Zudem betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Charakterisierung eines Spans mit einer Sensoreinrichtung.
Getriebe sind grundsätzlich bekannt. Getriebe dienen zur Übertragung und Umformung von Bewegungen, Energie und/oder Kräften und werden zu diesem Zweck in verschiedenen technischen Systemen eingesetzt, wie zum Beispiel in Windenergieanlagen, auf Schiffen, in Hubschraubern, in Seilbahnen oder in Fahrzeugen.
Bekannt ist dabei, dass Getriebe im praktischen Einsatz verschleißen, da sie bei der Übertragung und Umformung von Bewegung, Energie und/oder Kräften mechanisch bean- sprucht werden. Zur Reduzierung von Verschleiß werden funktionswichtige Komponenten wie Zahnräder oder Wälzlager geschmiert, mit dem Ziel des Erreichens eines hydrodynamischen Schmierzustandes, um die mechanische Reibung im Getriebe zu reduzieren und das Getriebe vor Überhitzung zu schützen.
Im Betrieb kann dabei z.B. durch dynamische Belastungen sowie durch Anlauf- und Brems- prozesse nicht immer ein hydrodynamischer Schmierzustand gewährleistet werden, so- dass Komponenten im Getriebe verschleißen. So treten sowohl bei Zahnräder, als auch bei Wälz- oder Gleitlager unterschiedliche Schäden, wie Grübchenschaden, Graufleckigkeit oder Fressen auf. Die Schäden bzw. Schadensbilder unterliegen dabei unterschiedli- chen Normen (z.B.: DIN 3979). Wie diese Normen auch definieren, wird dort unter Verschleiß die Abtragung von Werkstoff, durch das aneinander gleiten zweiter Körper verstanden. Nachfolgend werden diese Schäden als Verschleiß bezeichnet.
Der Verschleiß bzw. die Getriebeablösungen treten so in den Schmierkreislauf ein und liegen als Artefakte in Form von Metallpartikel oder Metallspäne im Schmierkreislauf vor. Daneben können auch sonstige Schwebstoffe oder unterschiedliche Phasen im Schmierkreislauf, wie nichtmetallische Partikel vorliegen, wie zum Beispiel Ruß oder Luftbläschen.
Da Getriebewartungen oder Getriebereparaturen zum Teil mit großem Aufwand verbunden sind, können solche Wartungsarbeiten oder Reparaturen zu langen Stillstandzeiten führen, die mitunter hohe Kosten hervorrufen können. Zudem ist bei einigen technischen Systemen eine hohe Betriebssicherheit gewünscht, wie beispielsweise bei Hubschraubern, und dort ein Verschleiß in besonderem Maße zu überwachen.
Aus diesem Grunde werden Anstrengungen unternommen, Getriebe zu überwachen.
Eine bekannte Art der Überwachung von Getrieben sind sogenannte Partikelzähler, die die Anzahl an metallischen Verschleißpartikel von Getriebebauteilen zählen. Diese Partikelzähler nutzen dabei entweder optische oder elektrische Verfahren. Wird das elektrische Verfahren genutzt, wird ein elektrisches Feld beispielsweise in eine Schmierstoffleitung induziert, um Metallspäne zu zählen.
Problematisch ist bei solchen Systemen jedoch, dass solche Systeme im Grunde nur einen quantitativen Rückschluss auf den Verschleiß zulassen, aber kein Rückschluss auf die Art des Verschleißes oder einen Getriebeschaden zulassen. Die Anzahl von gezählten Partikeln im Schmierkreislauf ist somit nur ein quantitativer Indikator, um einen Rückschluss auf einen Getriebeschaden ziehen zu können.
Zusätzlich sind diese Systeme drauf angewiesen, dass sich Verschleißpartikel bewegen (Umlaufschmierung), damit diese von Partikelzähler erkannt werden.
Bei optischen Systemen ist problematisch, dass diese bei dunklen Ölen nur bedingt zwischen metallischen Partikel, Luftbläschen oder Ruß unterscheiden bzw. funktionieren, da sie die Partikel in dem dunklen Öl nicht erkennen können. Um die Sicherheit, Planbarkeit und Wirtschaftlichkeit eines technischen Systems mit einem Getriebe zu erhöhen, wäre es deshalb wünschenswert den Verschleiß nicht nur quantitativ über eine Zählung von Partikeln zu verifizieren, sondern den Verschleiß auch qualitativ bewerten zu können und in kritische und unkritische Verschleißerscheinungen zu unter- scheiden. Dies ist derzeit nur durch Laboruntersuchungen oder durch Vor-Ort „Einschätzungen“ eines Experten möglich.
Das deutsche Patent- und Markenamt hat den folgenden Stand der Technik recherchiert: EP 1 933 129 B1 , EP 2 121 203 B1 , EP 3349000 A1 , DE 102010011 936 A1 , WO 2015/ 140 411 A2, EP 2 455 774 A1. Die Druckschriften EP 1 933 129 B1 , EP 3 349 000 A1 betreffen jeweils Vorrichtungen und Verfahren, wobei zur Charakterisierung von Metallpartikeln eine durch die Metallpartikel hervorgerufene Impedanzveränderung zwischen einer Messspule und einer Referenzspule verglichen wird. Die Druckschrift EP 2 121 203 B1 identifiziert Metallobjekte auf einem Förderband, indem ein magnetisch unbeeinflusster Zustand einer Spule mit einem magnetisch beeinflussten Zustand verglichen wird. Die Druck- Schriften DE 102010011 936 A1 und WO 2015 140411 A2 betreffen Messanordnung zur Analyse von Proben in einem Probenbehälter. Die Druckschrift EP 2 455 774 A1 betrifft eine Sensorvorrichtung mit einem Spanfänger mit einem Permanentmagnet. Soll die anziehende Wirkung des Permanentmagneten aufgehoben werden, wird mit einer Induktionsspule ein gegensätzliches Feld erzeugt und der magnetisch gehaltene Span kann ab gelöst werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eines der oben genannten Probleme zu adressieren, den allgemeinen Stand der Technik zu verbessern oder eine Alternative zu bisher Bekanntem bereitzustellen. Insbesondere soll eine Lösung bereitgestellt werden mit der neben einer Erkennung eines Spans auch eine kontinuierliche Überwachung und Bewertung des Spans ermöglicht wird, um ein Gefahrenpotential des Verschleißes vor Ort und im Betrieb beurteilen zu können.
Erfindungsgemäß wird somit eine Sensoreinrichtung gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen und eine Sensoreinrichtung zur Charakterisierung eines Spans bereitgestellt. Charakteri- sieren bedeutet dabei, dass Eigenschaften des Spans mit der Sensoreinrichtung identifiziert bzw. bestimmt werden, wie zum Beispiel ein Härtegrad des Spans, eine Spangröße, also dessen Volumen, oder ein Material, aus dem der Span ausgebildet ist. Der Härtegrad kann synonym auch als Härteklasse aufgefasst werden. Die Charakterisierung kann auch als Analyse des Spans aufgefasst werden. Es wird also vorgeschlagen, einen Span mit der Sensoreinrichtung vor Ort und während des Betriebs zu charakterisieren und auszuwerten. Der Span ist ein Partikel, der sich zum Beispiel von einem Getriebeteil gelöst hat. Der Span kann somit als Metallpartikel oder metallische Verunreinigung verstanden werden. Der Span kann auch synonym als Chip bezeichnet werden.
Vorzugsweise ist der Span ein Metallspan bzw. ein metallischer Span. Die Sensoreinreichung umfasst einen Spananalysebereich, wobei der Spananalysebereich ein räumlicher Bereich ist. Der Spananalysebereich beschreibt einen räumlichen Bereich, indem die Charakterisierung bzw. die Analyse des Spans durchgeführt wird . Der Span kann dazu beispielsweise von einem Spanfänger in dem Analysebereich gehalten sein, um eine ortsfeste Analyse des Spans in dem Analysebereich bereitzustellen. Beispielsweise ist der Spananalysebereich ein räumlicher Abschnitt innerhalb einer Schmierleitung in einem Schmierölkreislauf eines Getriebes oder ein räumlicher Abschnitt in einer Kühlmittelleitung in einem Kühlmittelkreislauf.
Zudem umfasst die Sensoreinreichung einen Signalgenerator mit wenigstens einer Sendespule, wobei der Signalgenerator dazu eingerichtet ist, ein elektrisches Erregersignal zu erzeugen und mit der Sendespule als magnetisches Signal in den Spananalysebereich einzukoppeln.
Es wird demnach vorgeschlagen ein elektrisches Signal mit einem Signalgenerator zu erzeugen, beispielsweise mit einem Funktionsgenerator als Signalquelle, der mit der Sendespule elektrisch leitend verbunden ist. Das elektrische Erregersignal kann beispielsweise ein Wechselsignal sein, zum Beispiel ein Sinussignal. Die Sendespule ist beispielsweise eine um einen Magnetkern gewickelte Kupferspule. Die Sendespule kann synonym auch als Erregerspule aufgefasst werden. Das Einkoppeln kann auch als Induzieren aufgefasst werden. Es wird somit vorgeschlagen, ein elektromagnetisches Signal in den Spananalysebereich einzubringen, in dem ein Span oder mehrere Späne angeordnet ist bzw. sind. Der Span oder ggf. die Späne werden so durch das Erregersignal angeregt, das als magnetisches Signal in den Spananalysebereich eingekoppelt wird. Der Signalgenerator mit Sendespule kann somit auch als eine Sendeeinheit aufgefasst werden, die ein elektrisches Signal als magnetisches Signal in den Spananalysebereich zur elektrischen bzw. magnetischen Anregung des Spans einbringt. Die Sensoreinrichtung umfasst zudem einen Spanklassifikator mit wenigstens einem Empfängersensor, wobei der Spanklassifikator dazu eingerichtet ist, ein Spansignal aus dem Spananalysebereich mit dem Empfängersensor zu empfangen, wobei das Spansignal ein durch das Erregersignal angeregtes Magnetisierungssignal ist, das von wenigstens einem zu klassifizierenden Span erzeugt wird. Der Empfängersensor ist beispielsweise eine Empfängerspule, ein Empfangselement, das dazu eingerichtet ist, den Hall-Effekt zum Empfangen des Spansignals zu nutzen (Hall-Sensor), ein Empfangselement, das dazu eingerichtet ist, den magnetoresistiven Effekt zum Empfangen des Spansignals zu nutzen (Magnetore- sistiver-Sensor), oder dergleichen. Es wird also vorgeschlagen, das Spansignal mit dem Empfängersensor zu messen.
Die Sensoreinrichtung umfasst bevorzugt einen Spanklassifikator mit wenigstens einer Empfängerspule, wobei der Spanklassifikator dazu eingerichtet ist, ein Spansignal aus dem Spananalysebereich mit der Empfängerspule zu empfangen, wobei das Spansignal ein durch das Erregersignal angeregtes Magnetisierungssignal ist, das von wenigstens einem zu klassifizierenden Span erzeugt wird.
Es wird somit vorgeschlagen, ein magnetisches Signal mit dem Spanklassifikator zu empfangen, dass aus dem Spananalysebereich heraustritt, nämlich das Spansignal. Das Span- Signal ist ein magnetisches Signal, dass der Span aufgrund seiner Anregung durch das Erregersignal erzeugt. Wie zuvor beschrieben, wird mit dem Signalgenerator und der Sendespule ein elektromagnetisches Signal in den Spananalysebereich zur elektrischen bzw. magnetischen Anregung des Spans eingebracht. Durch diese magnetische Anregung erzeugt der Span ein messbares Signal, das phasenverschoben zu dem Erregersignal ge- messen wird, vorzugsweise mit einer Empfängerspule. Das Spansignal induziert beispielsweise eine Spannung in die Empfängerspule und erzeugte eine messbare Spannung oder einen messbaren Strom. Der Spanklassifikator kann somit auch als eine Empfangs- oder Messeinheit aufgefasst werden, der das Spansignal misst, vorzugsweise mit einer Empfängerspule. Die Empfängerspule kann dabei aus einer Vielzahl von Spulen ausgebildet sein, die in einem Array zusammengeschaltet sind. Die Empfängerspule bzw. -spulen und/oder die Sendespule ist bzw. sind beispielsweise gewickelte Kupferspulen.
Dieses Grundprinzip gilt analog für wenigstens einen Empfängersensor, der mit einem Empfangselement ausgebildet ist, das dazu eingerichtet ist, einen Hall-Effekt und/oder einen magnetoresistiven-Effektzum Empfangen des Spansignals zu nutzen. Durch die mag- netische Anregung erzeugt der Span ein messbares Signal, das phasenverschoben zu dem Erregersignal mit dem Empfangselement gemessen wird, nämlich das Spansignal. Das Spansignal induziert eine Spannung in das Empfangselement und erzeugt eine messbare Spannung oder einen messbaren Strom oder führt zu einer messbaren Widerstandsänderung im Empfangselement. Der Spanklassifikator kann somit auch als eine Empfangs- oder Messeinheit aufgefasst werden, der das Spansignal mit einem Hallsensor und/oder einem magnetoresistiven Sensor misst. Ein Empfangselement, das dazu eingerichtet ist, einen Hall-Effekt und/oder einen magnetoresistiven Effekt zum Empfangen des Spansignals zu nutzen, kann auch als Hallsensor und/oder magnetoresistiver Sensor bezeichnet werden. Das Empfangselement kann dabei aus einer Vielzahl von Sensoren ausgebildet sein, die in einem Array zusammengeschaltet sind.
Eine Vielzahl von einem Gegenstand oder einem Objekt liegt vor, wenn wenigstens zwei Gegenständen bzw. Objekte vorliegen.
Der Spanklassifikator ist zudem dazu eingerichtet, den wenigstens einen Span in dem Spa- nanalysebereich durch Auswertung einer Phasenverschiebung zwischen dem Erregersignal und dem Spansignal und/oder einer Amplitude des Spansignals zu klassifizieren.
Es wird also vorgeschlagen, dass der Spanklassifikator ebenfalls als eine Auswertungseinheit arbeitet oder eine solche Einheit umfasst. Der Spanklassifikator berücksichtigt somit das Erregersignal und das Spansignal und kann eine Phasenverschiebung zwischen den beiden Signalen bestimmen und/oder weiterverarbeiten. Zusätzlich oder alternativ kann der Spanklassifikator eine Amplitude des Spansignals bestimmen und/oder weiterverarbeiten. Die Phasenverschiebung ist auch als Phasendifferenz oder Phasenlage bekannt und beschreibt z.B. zwei Sinusschwingungen, die gegeneinander in ihren Phasenwinkeln verschoben sind, wenn ihre Periodendauern zwar übereinstimmen, die Zeitpunkte ihrer Null- durchgänge aber unterschiedlich sind. Die Amplitude des Spansignals beschreibt die maximale Auslenkung des Spansignals aus der Lage des arithmetischen Mittelwertes. Die Amplitude ist auch als Spitzenwert bekannt.
Klassifizieren bezieht sich somit darauf, dass die Eigenschaften des zu klassifizierenden Spans bestimmt werden sollen, wie beispielsweise einen Härtegrad bzw. eine Härteklasse des Spans, eine Spangröße oder ein Spanmaterial. Es versteht sich, dass das Klassifizieren auch ein Detektieren des Spans umfasst. Die Sensoreinrichtung ist entsprechend auch dazu eingerichtet, den wenigstens einen Span in dem Spananalysebereich durch Auswertung einer Phasenverschiebung zwischen dem Erregersignal und dem Spansignal und/oder einer Amplitude des Spansignals zu detektieren. Vorzugsweise wird vorgeschlagen, zur Charakterisierung des Spans einen Absolutwert der Amplitude des Spansignals auszuwerten bzw. zu berücksichtigen. Es wird somit vorgeschlagen, die Amplitude als Absolutwert zu bestimmen. Es wurde erkannt, dass Metallspäne mit unterschiedlichen Eigenschaften vorliegen können und die unterschiedlichen Eigenschaften Rückschlüsse auf das Ausmaß und/oder die Herkunft des Schadens bzw. des Verschleißes zulassen. Besonders wurde auch erkannt, dass der Härtegrad des Spans ein geeigneter Indikator dafür ist, ob ein kritischer oder weniger kritischer Getriebeschaden bzw. Getriebeverschleiß vorliegt.
Durch Auswertung der Phasenverschiebung und/oder der Amplitude kann auf einen Härtegrad des Spans geschlossen werden. Wird beispielweise ein hartmagnetischer Span erkannt, kann davon ausgegangen werden, dass ein kritischeres Getriebeteil beschädigt wurde. Kritische Getriebeteile sind in der Regel gehärtet und weisen aus diesem Grund hartmagnetische Eigenschaften auf. Wird hingegen ein weichmagnetischer Span detek- tiert, kann von einem unkritischen Verschleiß ausgegangen werden, da weichmagnetische Metalle an weniger relevanten Getriebekomponenten eingesetzt werden.
Neben dem Härtegrad kann durch die Auswertung der Phasenverschiebung und/oder der Amplitude auch eine Spangröße festgestellt werden. Die Spangröße kann auch als Span- volumen aufgefasst werden. Wird ein großer Span erkannt, kann somit auf ein Ausmaß der Beschädigung eines Getriebeteiles geschlossen werden.
Zudem ist es durch die Auswertung der Phasenverschiebung und/oder der Amplitude auch möglich, ein Material des Spans zu bestimmen, da die Späne aus unterschiedlichen Materialien unterschiedliche magnetische Eigenschaften aufweisen, wie eine unterschiedliche Suszeptibilität.
Es wird somit vorgeschlagen, Späne als Verschleißindikator im Schmierkreislaufeines Getriebes einzusetzen. Die Charakterisierung der Späne, die auch synonym als Klassifizierung aufgefasst werden kann, erfolgt dabei durch Auswertung der Phasenverschiebung zwischen dem Erregersignal und dem Spansignal und/oder der Amplitude des Spansig- nals.
Es wird somit ein intelligenter Sensor zur Zustandsüberwachung eines Getriebes bereitgestellt, der in unterschiedlichen technischen Systemen eingesetzt werden kann.
Es soll verstanden werden, dass die Auswertung einer Phasenverschiebung zwischen dem Erregersignal und dem Spansignal und/oder einer Amplitude des Spansignals in Ausfüh- rungsformen optional ist, um den wenigstens einen Span in dem Spananalysebereich zu klassifizieren. Es können andere oder weitere Auswertungsverfahren vorgesehen sein, um den wenigstens einen Span in dem Spananalysebereich zu klassifizieren.
Vorzugsweise ist der Spanklassifikator dazu eingerichtet, den wenigstens einen Span in dem Spananalysebereich in Abhängigkeit des Spansignals und/oder des Erregersignals mittels einem Auswertungsverfahren zu klassifizieren, nämlich mittels wenigstens einem Auswertungsverfahren der Liste von Auswertungsverfahren aufweisend:
Klassifikation mittels einer Frequenzanalyse, beispielsweise mittels einer Fourier- Transformation, wie eine DFT (Diskrete Fourier Transformation), eine FFT (Schnelle Fourier-Transformation) oder eine STFT (Kurzzeit-Fourier-Transformation); - Klassifikation mittels einer Wavelet-Analyse;
Klassifikation mittels einem künstlichen neuronalen Netz.
Vorzugsweise ist der Spanklassifikator wenigstens zur Bestimmung eines Härtegrades, einer Spangröße und/oder eines Spanmaterial des wenigstens einen zu klassifizierenden Spans eingerichtet. Diese Größen werden bestimmt, indem magnetische Parameter, wie eine Fläche unter einer Hysteresekurve, eine Magnetisierung oder sonstige magnetische Eigenschaften durch die Auswertung der Phasenverschiebung und/oderder Amplitude des Spansignals abgeleitet bzw. bestimmt werden und/oder durch die Auswertung mit einem Auswertungsverfahren abgeleitet bzw. bestimmt werden.
Vorzugsweise ist der Empfängersensor mit einer Empfängerspule ausgebildet. Es wird also ein Spanklassifikator mit wenigstens einer Empfängerspule vorgeschlagen, wobei der Spanklassifikator dazu eingerichtet ist, ein Spansignal aus dem Spananalysebereich mit der Empfängerspule zu empfangen, wobei das Spansignal ein durch das Erregersignal angeregtes Magnetisierungssignal ist, das von wenigstens einem zu klassifizierenden Span erzeugt wird. Die Arbeitsweise mit einer Empfängerspule wurde vorstehend bereits beschrieben. Das Spansignal induziert eine Spannung in die Empfängerspule und erzeugt eine messbare Spannung oder einen messbaren Strom. Der Spanklassifikator kann somit auch als eine Empfangs- oder Messeinheit aufgefasst werden, der das Spansignal mit einer Empfängerspule misst.
Vorzugsweise ist der Empfängersensor mit einem Empfangselement ausgebildet, das dazu eingerichtet ist, einen Hall-Effekt und/oder einen magnetoresistiven-Effekt zum Empfangen des Spansignals zu nutzen. Der Spanklassifikator ist also dazu eingerichtet, ein Spansignal aus dem Spananalysebereich mit einem Hallsensor und/oder mit einem mag- netoresistiven Sensor zu empfangen. Es wird also vorgeschlagen, zusätzlich oder alternativ zu der Empfängerspule einen Hallsensor und/oder einen magnetoresistiven Sensor als Empfänger für das Spansignal zu verwenden. Hall-Effekt und magnetoresistiver Effekt sind grundsätzlich bekannt. Es wird also vorgeschlagen, Sensoren zur Messung von Magnetfeldern bzw. von magnetischen Signalen zu nutzen, die den Hall-Effekt und/oder den magnetoresistiven Effekt nutzen. Mit dem Hallsensor und/oder dem magnetoresistiven Sensor wird also das Spansignal aus dem Spananalysebereich gemessen, wobei das Spansignal ein durch das Erregersignal angeregtes Magnetisierungssignal ist, das von wenigstens ei- nem zu klassifizierenden Span erzeugt wird. Es kann auch eine Kombination von Empfängerspule, Hallsensor und/oder magnetoresistiven Sensor vorgesehen sein.
Vorzugsweise wird vorgeschlagen, dass der Spanklassifikator zur Identifikation einer Spangröße des Spans und/oder eines Spanmaterials des Spans eine In-Phase-Kompo- nente auswertet, die weiter vorzugsweise proportional zu einer Magnetisierung des Spans ist. Die sognannte In-Phase-Komponente ist dabei aus der Signalverarbeitung bekannt und wird bestimmt, indem eine Demodulation des Erregersignals und des Spansignals mit der originalen Phasenlage (englisch: in phase) durchgeführt wird. Es wurde vorliegend erkannt, dass die In-Phase-Komponente proportional zu einer Magnetisierung des Spans ist. Aus der Magnetisierung kann dabei ein Rückschluss auf die Spangröße und/oder des Span- materials gezogen werden.
Vorzugsweise wird vorgeschlagen, dass der Spanklassifikator zur Identifikation eines Härtegrades des Spans und/oder eines Spanmaterials eine Außer-Phase-Komponente auswertet, die weiter vorzugsweise proportional zu einer Fläche unter einer Hysteresekurve des Spans ist. Die sognannte Außer-Phase -Komponente ist dabei ebenfalls aus der Sig- nalverarbeitung bekannt und wird bestimmt, indem eine Demodulation des Erregersignals und des Spansignals mit einer festen phasenverschobenen Referenzfrequenz durchgeführt wird. Die Außer-Phase-Komponente ist auch als „quadrature“ bekannt. Es wurde vorliegend erkannt, dass die Außer-Phase-Komponente proportional zu einer Fläche unter einer Hysteresekurve des Spans ist. Es wurde zudem erkannt, dass die Fläche unter der Hysteresekurve einen Rückschluss auf den Härtegrad des Spans zulässt. Beispielweise ist eine schmale Hysteresekurve mit einer größeren Sättigungsmagnetisierung ein Indikator für einen geringen Härtegrad (weichmagnetisch) und eine breite und flachere Hysteresekurve im Vergleich dazu ein Indikator für einen höheren Härtegrad (hartmagnetisch) ist. So können zum Beispiel unterschiedliche Härtegradklassen durch die Auswertung der Au- ßer-Phasen-Komponente bestimmt werden. Es versteht sich, dass die In-Phase-Komponente und die Außer-Phase-Komponente aus dem Erregersignal und/oder dem Spansignal bestimmt werden, beispielsweise durch eine Frequenzanalyse.
Es wird somit vorgeschlagen mit dem Erregersignal und dem Spansignal ein I&Q-Verfah- ren (ln-Phase-&-Quadrature-Verfahren) durchzuführen, um mit dieser Demodulation eine Phaseninformation zu erhalten.
Vorzugsweise wird zudem vorgeschlagen, dass das Erregersignal ein Wechselspannungssignal ist, zum Beispiel ein sinusförmiges, ein dreieckförmiges oder ein rechteckförmiges Wechselspannungssignal. Die Verwendung eines Wechselspannungssignals als Erreger- Signal ist vorteilhaft, da das Spansignal mehrfach und phasenverschoben gemessen werden kann, da es wiederholt durch das alternierende Wechselspannungssignal angeregt wird. Das Wechselspannungssignal kann auch als Wechselstromsignal implementiert sein.
In einer weitere Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass das Erregersignal eine Frequenz aufweist, die in einem Frequenzbereich von 100 Hz bis 10 kHz liegt. Dieser Fre- quenzbereich ist ein Frequenzbereich, mit dem ebenfalls die Eindringtiefe des Erregersignals eingestellt werden kann und so das Spansignal getuned werden kann, wenn es beispielweise nicht ausreichend gut messbar ist.
Vorzugsweise wird vorgeschlagen, dass die Frequenz des Erregersignals in einer vordefinierten Abfolge variiert wird, um eine Eindringtiefe des Erregersignals in den Span zu vari- ieren. Es wird also vorgeschlagen, dass das Erregersignal nicht mit einer gleichbleibenden Frequenz betrieben wird, sondern eine Frequenzänderung durchgeführt wird. In einem konkreten Beispiel wird zuerst für eine erste Zeitdauer eine erste Frequenz eingestellt, anschließend die Frequenz geändert, und für eine zweite Zeitdauer eine zweite Frequenz eingestellt. So kann ebenfalls die Eindringtiefe des Erregersignals als magnetisches Signal in den Span eingestellt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Signalgenerator dazu eingerichtet, das elektrische Erregersignal mit einem Sinusverlauf, und/oder einem Dreieckverlauf, und/oder einem Rechteckverlauf zu erzeugen, um eine Eindringtiefe des Erregersignals in den Span einzustellen. Besonders bevorzugst ist das elektrische Erregersignal mit einem Sinusver- lauf ausgebildet, da das Sinussignal weniger Oberwellen in dem Spansignal hervorruft. Vorzugsweise wird vorgeschlagen, dass der Spanklassifikator eine Materialdatenbank aufweist, wobei in der Materialdatenbank Materialdaten hinterlegt sind.
Als Materialdaten sind in einer besonders bevorzugten Ausführungsform Vergleichsdaten vorgesehen, wie Koerzitivfeldstärken, Suszeptibilitäten, Remanenzen, magnetische Sätti- gungen oder Hysteresekurven. Die Materialdaten sind dabei interpolierbar ausgebildet und können als Datensätze in einer Speichereinheit hinterlegt sein. Der Speicher für die Materialdaten kann Teil des Spanklassifikators sein oder eine externe Datenbank sein. Es versteht sich, dass der Spanklassifikator in dem letzteren Fall entsprechend dazu eingerichtet ist, die externe Datenbank auszulesen. Weiter bevorzugt wird vorgeschlagen, dass der Spanklassifikator dazu eingerichtet ist, durch einen Abgleich mit den Materialdaten wenigstens eine erste Härteklasse und/oder eine zweite Härteklasse des Spans zu bestimmen. Die erste Härteklasse kann beispielweise eine Härteklasse sein, die anzeigt, dass der klassifizierte Span weichmagnetisch ausgebildet ist. Die zweite Härteklasse kann beispielweise eine Härteklasse sein, die an- zeigt, dass der klassifizierte Span hartmagnetisch ausgebildet ist. Es können zudem auch weitere Zwischenabstufung der Härteklassen vorgesehen sein.
Zusätzlich oder alternativ wird vorzugsweise vorgeschlagen, dass der Spanklassifikator dazu eingerichtet ist, durch einen Abgleich mit den Materialdaten wenigstens eine Spangröße des Spans zu bestimmen. Die Spangröße kann wie zuvor beschrieben auch als Volumen aufgefasst werden. Beispielsweise kann die Spangröße aus den zuvor beschriebenen Vergleichsdaten bestimmt werden.
Zusätzlich oder alternativ wird vorzugsweise vorgeschlagen, dass der Spanklassifikator dazu eingerichtet ist, durch einen Abgleich mit den Materialdaten wenigstens ein Spanmaterial des Spans zu bestimmen. Das Spanmaterial beschreibt das Material, aus dem der Span ausgebildet ist, wie gehärter Stahl.
Vorzugsweise umfassen die Materialdaten wenigstens einen Vergleichssignalverlauf. Es wird also vorgeschlagen, dass wenigstens ein Vergleichssignalverlauf Teil der Materialdaten ist und das erfasste Spansignal mit dem Vergleichssignalverlauf abgeglichen werden kann. Es können auch eine Vielzahl von Vergleichssignalverläufen in den Materialdaten hinterlegt sein, die als ein Kennfeld aufgefasst werden können. Entsprechend wird vorgeschlagen, den zu klassifizierenden Span in dem Spananalysebereich durch einen Abgleich mit dem wenigstens einen Vergleichssignalverlaufzu klassifizieren, um beispielsweise den Härtegrad des Spans, die Spangröße oder das Spanmaterial zu bestimmen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass ein Vorliegen der ersten und/oder zweiten Härteklasse durch einen Abgleich des Spansignals mit den Vergleichssignalverläufen bestimmt wird. Vorzugsweise ist der Spanklassifikator dazu eingerichtet, ein Vorliegen der ersten und/oder zweiten Härteklasse durch einen Abgleich des Spansignals mit den Vergleichssignalverläufen zu bestimmen.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass der Spanklassifikator mit einer Vielzahl von Empfängerspulen ausgebildet ist, wobei die Empfängerspulen auf einer Sensorfläche innerhalb eines Sensorkopfes verteilt angeordnet sind. Zusätzlich oder alternativ wird vorgeschlagen, dass der Spanklassifikator mit einer Vielzahl von Hallsensoren und/oder magnetoresistiven Sensoren ausgebildet ist, wobei die Hallsensoren und/oder magnetoresistiven Sensoren auf einer Sensorfläche innerhalb eines Sensorkopfes verteilt angeordnet sind. Durch die Verwendung einer Vielzahl von Empfängerspulen kann eine örtliche Bestimmung des Spans bereitgestellt werden. Durch die Verwendung einer Vielzahl von Hallsensoren und/oder magnetoresistiven Sensoren kann ebenfalls eine örtliche Bestimmung des Spans bereitgestellt werden. Die örtliche Bestimmung bezieht sich dabei auf die Lage des Spans an dem Sensorkopf. Die örtliche Bestimmung ist dazu vorgesehen, mehrere unterschiedliche Späne zu erkennen, um eine unabhängige Charakterisierung von unterschiedlichen Spänen bereitzustellen, die an dem Sensorkopf angeordnet sind.
Durch die Verwendung einer Vielzahl von Empfängerspulen kann zusätzlich oder alternativ eine Größenbestimmung des Spans bereitgestellt werden. Zusätzlich oder alternativ kann durch die Verwendung einer Vielzahl von Hallsensoren und/oder magnetoresistiven Sensoren zusätzlich oder alternativ eine Größenbestimmung des Spans bereitgestellt werden. Ist beispielsweise ein Span über mehreren Empfängerspulen angeordnet, kann durch die Auswertung der Spansignale der Empfängerspulen, die in der Nähe des zu klassifizieren Spans angeordnet sind, die Spangröße bestimmt werden. Dort ist das reflektierte Spansignal am stärksten ausgeprägt.
Die Spulen können dazu als Array verschaltet sein und mit einer Selektionsschaltung ein- zeln ausgelesen werden, beispielsweise mit einem Multiplexer.
Ist beispielsweise ein Span über mehreren Hallsensoren und/oder magnetoresistiven Sensoren angeordnet, kann durch die Auswertung der Spansignale der Hallsensoren und/oder magnetoresistiven Sensoren, die in der Nähe des zu klassifizieren Spans angeordnet sind, die Spangröße bestimmt werden. Dort ist das reflektierte Spansignal am stärksten ausgeprägt.
Die Hallsensoren und/oder magnetoresistiven Sensoren können dazu als Array verschaltet sein und mit einer Selektionsschaltung einzeln ausgelesen werden, beispielsweise mit einem Multiplexer oder einem Bussystem.
Vorzugsweise sind die Empfängerspulen innerhalb eines Sensorkopfes wabenförmig verteilt angeordnet. Zusätzlich oder alternativ sind die Hallsensoren und/oder magnetoresistiven Sensoren innerhalb eines Sensorkopfes schachbrettförmig verteilt angeordnet, d.h. wie bei einem Schachbrett rechteckig nebeneinander in zwei Richtungen. Damit kann die Packungsdichte erhöht werden.
Vorzugsweise weist die wenigstens eine Empfängerspule eine Spulenachse auf, die in Bezug auf eine Sensorflächenebene im Wesentlichen normal stehend ausgebildet ist. Diese Ausrichtung zur Sensorfläche ermöglicht dabei, dass ein Einfluss des Erregersignals auf das Spansignal minimiert wird. Mit dieser Anordnung bildet sich ein Erregerfeld aus, das normal zu der Empfängerspule steht. So wird der Einfluss des Erregersignals auf die Empfängerspule minimiert. Zusätzlich oder alternativ weist der wenigstens eine Hallsensor und/oder magnetoresistive Sensor wenigstens eine Sensorachse auf, die in Bezug auf eine Sensorflächenebene normal stehend ausgebildet ist, insbesondere um einen Einfluss des Erregersignals auf das Spansignal zu minimieren. Es wird also vorgeschlagen, den Hallsensor und/oder magnetoresistiven Sensor so auszurichten, dass er das Erregersignal möglichst wenig misst oder zumindest eine Achse eines mehrachsigen Sensors das Erregersignal möglichst wenig misst. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der wenigstens eine Hallsensor und/oder der wenigstens eine magnetoresistive Sensor mehrachsig aus- gebildet, insbesondere dreiachsig. So wird der Einfluss des Erregersignals auf die Empfängerspule minimiert.
Vorzugsweise weist die Sensoreinrichtung einen Spanfänger auf, um den wenigstens einen zu klassifizierenden Span in dem Spananalysebereich zu halten. Es wird also vorgeschlagen, eine Vorrichtung vorzusehen, der den zu klassifizierenden Span bzw. die zu klassifizierenden Späne ortsfest in dem Spananalysebereich hält. Dies kann auch als ein Fangen des Spans bzw. der Späne aufgefasst werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass der Spanfänger dazu eingerichtet ist, den wenigstens einen zu klassifizierenden Span mit einem Magnetfeld in dem Spananalysebereich magnetisch zu halten. Hierzu kann der Spanfänger beispielsweise als Spule ausgebildet sein, die mit einem Gleichstrom bestromt wird. Zudem kann der Span- fänger auch mit einem Magneten ausgebildet sein, z.B. mit einem Permanentmagnet.
Zusätzlich oder alternativ wird in einer bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, dass der Spanfänger dazu eingerichtet ist, den zu klassifizierenden Span mit einer fluiddurchlässigen Filterstruktur in dem Spananalysebereich mechanisch zu halten. Hierzu kann der Spanfänger mit einem Metallgitter ausgebildet sein, oder mit einem Korb oder einem Netz. Vorzugsweise wird vorgeschlagen, dass der Spanfänger als gleichstrombetriebene Spule ausgebildet ist, um den wenigstens einen zu klassifizierenden Span mit einem Magnetfeld in dem Spananalysebereich magnetisch zu halten. Mit einer gleichstrombetriebenen Spule lässt sich in vorteilhafterweise ein einstellbares Magnetfeld realisieren. So kann bei Bedarf der Magnetfänger ausgeschaltet werden. In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist das Magnetfeld mit einer Steuereinheit ein- und ausschaltbar ausgebildet ist. So kann beispielweise eine Reinigung des Spanbereiches umgesetzt werden. Für eine Wartung kann das Magnetfeld des Spanfängers ausgeschaltet werden. Nach der Abschaltung werden die Späne nicht mehr magnetisch vom Spanfänger gehalten und können so einfach entfernt werden. Vorzugsweise ist der Spananalysebereich ein räumlicher Bereich innerhalb einer mit einer Flüssigkeit durchströmten Leitung. Es wird somit vorgeschlagen, dass die Sensoreinrichtung in allen Leitungen eingesetzt und verwendet werden kann, die von einer Flüssigkeit durchflossen werden, wie eine Leitung eines Schmierkreislaufes oder eines Kühlkreislaufes. Die zuvor beschriebene Sensoreinrichtung kann demnach auch in einer beliebigen mit einer Flüssigkeit durchströmten Leitung eingebracht werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Flüssigkeit Öl und/oder ein flüssiges Kühlmittel, und weiter vorzugsweise ist die Leitung eine Schmier- und/oder eine Kühlstoffleitung. Vorzugsweise wird vorgeschlagen, dass der Spanklassifikator dazu eingerichtet ist, das Spansignal über eine Kommunikationseinheit einer externen Verarbeitungseinheit zur externen Auswertung bereitzustellen.
Vorzugsweise wird vorgeschlagen, dass der Spanklassifikator dazu eingerichtet ist, ein Er- gebnis der Auswertung über eine Kommunikationseinheit bereitzustellen, wobei das Ergebnis der Auswertung insbesondere eine klassifizierte Härteklasse, eine klassifizierte Spangröße und/oder ein klassifiziertes Spanmaterial ist. Das Ergebnis der Auswertung bzw. der Klassifizierung kann somit weiterverarbeitet werden und beispielsweise einem Prozesscomputer zur Prozessüberwachung bereitgestellt werden, mit einer Analyseeinheit analysiert werden oder einer Meldeeinheit bereitgestellt werden, um einen Wartungs- oder Reparaturbedarf anzuzeigen.
Vorzugsweise ist der Signalgenerator dazu eingerichtet, das Erregersignal als Referenzsignal über eine Kommunikationseinheit dem Spanklassifikator und/oder einer externen Verarbeitungseinheit bereitzustellen. Die externe Verarbeitungseinheit ist beispielsweise ein externer Prozesscomputer oder eine externe Steuereinheit. Der externe Prozesscomputer oder die externe Steuereinheit können Teil des technischen Systems sein, in dem die Sensoreinrichtung eingesetzt wird.
Vorzugsweise wird vorgeschlagen, dass der Spanklassifikator eine Berechnungseinheit aufweist, um den wenigstens einen Span in dem Spananalysebereich durch Auswertung einer Phasenverschiebung zwischen dem Erregersignal und dem Spansignal und/oder einer Amplitude des Spansignals zu klassifizieren; und/oder um den wenigstens einen Span in dem Spananalysebereich in Abhängigkeit des Spansignals und/oder des Erregersignals mittels einem Auswertungsverfahren zu klassifizieren.
Die Berechnungseinheit kann eine interne Berechnungseinheit sein, die Teil der Sen- soreinrichtung ist, wie beispielsweise ein Mikrokontroller. Die Berechnungseinheit kann auch eine externe Berechnungseinheit sein, wie ein externer Prozesscomputer oder eine externe Steuereinheit.
Erfindungsgemäß wird zudem ein Verfahren zur Charakterisierung eines Spans mit einer Sensoreinrichtung vorgeschlagen, die wenigstens einen Signalgenerator und einen Span- klassifikator aufweist. Das Verfahren umfasst die Schritte: Erzeugen eines elektrischen Erregersignals mit dem Signalgenerator mit einer Sendespule, wobei der Signalgenerator dazu eingerichtet ist das elektrische Erregersignal zu erzeugen und mit der Sendespule in einen Spananalysebereich als magnetisches Signal einzukoppeln, wobei der Spananalysebereich ein räumlicher Bereich ist;
Empfangen eines Spansignals mit dem Spanklassifikator mit wenigstens einem Empfängersensor, wobei der Spanklassifikator dazu eingerichtet ist, das Spansignal aus dem Spananalysebereich mit dem Empfängersensor zu empfangen, wobei das Spansignal ein durch das Erregersignal angeregtes Magnetisierungssignal ist, das von wenigstens einem zu klassifizierenden Span erzeugt wird;
Auswerten des Spansignals mit dem Spanklassifikator, wobei der Spanklassifikator dazu eingerichtet ist, den wenigstens einen Span in dem Spananalysebereich durch Auswertung einer Phasenverschiebung zwischen dem Erregersignal und dem Spansignal und/oder einer Amplitude des Spansignals zu klassifizieren. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Sensoreinrichtung ausgebildet nach einer der vorstehenden Ausführungsformen.
Vorzugsweise umfasst der Auswertungsschritt zudem die Schritte:
Bestimmen einer Spangröße und/odereines Spanmaterials des zu klassifizierenden Spans durch Bestimmung einer In-Phase-Komponente mit dem Spanklassifikator, die vorzugs- weise proportional zu einer Magnetisierung des Spans ist, und/oder
Bestimmen wenigstens eine Härteklasse und/oder eines Spanmaterials des zu klassifizierenden Spans durch Bestimmung einer Außer-Phase-Komponente, die vorzugsweise proportional zu einer Fläche unter einer Hysteresekurve des Spans ist.
Die zuvor zu der Sensoreinrichtung zur Charakterisierung eines Spans beschriebenen Er- läuterungen, Vorteile und Ausführungen gelten entsprechend analog für das zuvor stehende Verfahren zur Charakterisierung eines Spans mit einer Sensoreinrichtung.
Die vorliegende Erfindung wird nun nachfolgend exemplarisch anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren näher erläutert, wobei für gleiche oder ähnliche Baugruppen dieselben Bezugszeichen verwendet werden: Fig. 1 zeigt schematisch einen Schmierkreislauf eines Getriebes mit einer Sensoreinrichtung in einer Ausführungsform.
Fig. 2 zeigt schematisch ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung in einer Ausführungsform. Fig. 3 zeigt schematisch einen Teil einer Sensoreinrichtung in einer Ausführungsform, die in eine mit einer Flüssigkeit durchströmten Leitung eingebracht ist.
Fig. 4 zeigt schematisch eine geschnittene Seitenansicht eines Teils einer Sensoreinrichtung mit einer Primärspule und einer Vielzahl von Empfängerspulen in einer Ausführungsform. Fig. 5 zeigt schematisch eine geschnittene Draufsicht eines Teils einer Sensoreinrichtung mit einer Vielzahl von Empfängerspulen in einer Ausführungsform.
Fig. 6 zeigt sechs Diagramme, die eine Auswertung einer Phasenverschiebung zwischen einem Erregersignal und einem Spansignal und eine Auswertung einer Amplitude des Spansignals veranschaulichen. Fig. 7 zeigt ein Diagramm in dem schematisch zwei Hysteresekurven gezeigt sind.
Fig. 8 zeigt schematisch ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Ausführungsform.
Die Figur 1 zeigt einen Schmierkreislauf 10 eines Getriebes 11 mit einer Sensoreinrichtung 100 in einer Ausführungsform. Das Getriebe 11 ist zur Veranschaulichung als Stirnradge- triebe dargestellt.
Eine Pumpe 12 ist Teil des Schmierkreislauf 10 und dazu eingerichtet, Schmieröl 13 im Kreis zu pumpen. Das Schmieröl 13 ist zur Reduzierung von Verschleiß des Getriebes 11 vorgesehen und reduziert die mechanische Reibung im gezeigten Stirnradgetriebe. Durch die mechanische Beanspruchung des Getriebes können Verschleißerscheinungen, wie Grübchenschäden oder Ablösungen von Getriebekomponenten entstehen. Der Verschleiß bzw. die Getriebeablösungen treten so in den Schmierkreislauf 10 ein und liegen als Artefakte in Form von Metallpartikel oder Metallspäne 14, 15 im Schmierkreislauf vor. Beispiel- haft sind in der Figur 1 zwei hartmagnetische Späne bzw. Partikel 15 gezeigt und ein weichmagnetischer Span bzw. Partikel 14, die sich zu unterschiedlichen Zeitpunkten abgelöst haben können. Daneben sind auch sonstige Schwebstoffe 16 im Schmierkreislauf vorhanden, wie nichtmetallische Schmutzpartikel. Ein Filter 17 ist dazu vorgesehen, Schwebstoffe 16 aus dem Schmieröl 13 herauszufiltern. Die Metallspäne werden durch die Sensoreinrichtung 100 gefiltert. Dazu kann die Sensoreinrichtung einen Spanfänger aufweisen, um den wenigstens einen zu klassifizierenden Span bzw. die zu klassifizierende Späne 14, 15 in dem Spananalysebereich 110 zu halten.
Die Sensoreinrichtung 100 zur Charakterisierung des Spans ist Teil des Schmierkreislau- fes 10. Die Sensoreinrichtung 100 ist beispielsweise ausgebildet, wie in den Figur 2, 3, 4 oder 5 gezeigt. Die Sensoreinrichtung 100 ist in die Flüssigkeit durchströmte Leitung 18 eingebracht und weist einen Spananalysebereich 110 auf, der ein räumlicher Bereich innerhalb der Leitung 18 ist und als gepunkteter Bereich dargestellt ist.
Die Sensoreinrichtung 100 weist einen nicht in der Figur 1 gezeigten Signalgenerator mit wenigstens einer Sendespule auf, wobei der Signalgenerator dazu eingerichtet ist, ein elektrisches Erregersignal zu erzeugen und mit der Sendespule als magnetisches Signal in den Spananalysebereich 110 einzukoppeln. Das Einkoppeln des Erregersignals als magnetisches Signal in den Spananalysebereich 110 ist in der Figur 1 durch angedeutete Feldlinien veranschaulicht. Die Figur 1 zeigt einen Schmierkreislauf 10 eines Stirnradgetriebes. Die gezeigte Sensoreinrichtung 100 kann aber auch in einer sonstigen mit einer Flüssigkeit durchströmten Leitung 18 eingebracht werden. Das Funktionsprinzip der Sensoreinrichtung 100 ist nicht auf einen Schmierkreislauf 10 eines Getriebes beschränkt, sondern kann beispielsweise auch in einem Kühlmittelkreislauf oder direkt in einem Getriebe eingebracht werden. Die Figur 2 zeigt schematisch ein Blockschaltdiagramm einer Sensoreinrichtung 100, wie beispielsweise in der Figur 1 gezeigt.
Die Sensoreinrichtung 100 ist zur Charakterisierung eines Spans 14, 15 vorgesehen und umfasst einen Spananalysebereich 110, wobei der Spananalysebereich 110 ein räumlicher Bereich ist, beispielsweise innerhalb der mit Flüssigkeit durchströmten Leitung 18 wie in der Figur 1 gezeigt. Die Sensoreinrichtung 100 umfasst einen Signalgenerator 200 mit wenigstens einer Sendespule 210, wobei der Signalgenerator dazu eingerichtet ist, ein elektrisches Erregersignal 220 zu erzeugen und mit der Sendespule 210 als magnetisches Signal 230 in den Spananalysebereich 110 einzukoppeln. Das elektrische Erregersignal 220 kann beispiels- weise mit einem Funktionsgenerator 240 als sinusförmiges Wechselspannungssignal mit einer Frequenz in einem Frequenzbereich von 100Hz bis 10 kHz erzeugt werden. Die Frequenz des Erregersignals 220 kann dabei in einer vordefinierten Abfolge variiert werden, um eine Eindringtiefe in den Span 14, 15 einzustellen.
Zudem kann ein Verstärker 250 vorgesehen sein, um das elektrische Erregersignal 220 zu verstärken.
Das elektrische Erregersignal 220 wird in der Sendespule in ein magnetisches Signal 230 gewandelt und koppelt so in den Spananalysebereich 110 ein. Das magnetische Signal 230 regt den Span 14, 15 magnetisch an, so dass basierend auf der Anregung durch das magnetische Signal 230 ein charakteristisches und messbares Spansignal 260 erzeugt wird.
Die Sensoreinrichtung umfasst zudem einen Spanklassifikator 300 mit wenigstens einer Empfängerspule 310, wobei der Spanklassifikator 300 dazu eingerichtet ist, das Spansignal 260 aus dem Spananalysebereich 110 mit der Empfängerspule zu empfangen. Die Empfängerspule kann somit auch als Messspule aufgefasst werden. Das Spansignal 260 ist ein durch das Erregersignal angeregtes Magnetisierungssignal, das von wenigstens einem zu klassifizierenden Span 14, 15 erzeugt wird.
Zusätzlich oder alternativ zu der Empfängerspule kann wenigstens ein Hallsensor und/oder ein magnetoresistiver Sensor eingesetzt werden. In den Ausführungsbeispielen wird eine Verwendung der Empfängerspule gezeigt. Der Spanklassifikator 300 ist dazu eingerichtet, den wenigstens einen Span 14, 15 in dem Spananalysebereich 110 durch Auswertung einer Phasenverschiebung zwischen dem Erregersignal 220 und dem Spansignal 260 und/oder einer Amplitude des Spansignals 260 zu klassifizieren.
Beispielsweise wertet der Spanklassifikator 300 zur Identifikation einer Spangröße des Spans 14, 15 und/oder eines Spanmaterials des Spans 14, 15 eine In-Phase-Komponente aus, die proportional zu einer Magnetisierung des Spans ist. Zusätzlich oder alternativ wertet der Spanklassifikator 300 zur Identifikation eines Härtegrades des Spans 14, 15 und/oder eines Spanmaterials des Spans 14, 15 eine Außer-Phase-Komponente aus, die proportional zu einer Fläche unter einer Hysteresekurve des Spans ist, wie beispielsweise in der Figur 6 und 7 veranschaulicht.
Der Spanklassifikator 300 kann zudem einen Verstärker 330 aufweisen, um das mit der Empfängerspule 310 gemessene Spansignal 260 in einen gewünschten Arbeitsbereich zu verstärken.
Wird der Spanklassifikator 300 mit einer Vielzahl von Empfängerspulen 310 ausgebildet, wobei die Empfängerspulen 310 auf einer Sensorfläche innerhalb eines Sensorkopfes verteilt angeordnet sind, um eine örtliche Bestimmung des Spans bereitzustellen, wie beispielsweise in der Figur 4 und 5 gezeigt, kann zudem eine Selektionsschaltung 320 vorgesehen sein, um die Vielzahl der Empfängerspulen 310 unabhängig voneinander auszuwerten, wie beispielsweise ein Multiplexer. Der Spanklassifikator 300 kann zudem eine Materialdatenbank 340 aufweisen, wobei in der Materialdatenbank Materialdaten hinterlegt sind, wie beispielsweise Koerzitivfeldstär- ken, Suszeptibilitäten, Remanenzen, magnetische Sättigungen oder Hysteresekurven.
Der Spanklassifikator 300 ist mit einer Berechnungseinheit 350 dazu eingerichtet, durch einen Abgleich mit den Materialdaten wenigstens eine erste Härteklasse und/oder eine zweite Härteklasse, eine Spangröße und/oder ein Spanmaterial des Spans 14, 15 zu bestimmen. So kann beispielsweise bestimmt werden, ob ein weichmagnetischer Span 14 oder ein hartmagnetischer Span 15 vorliegt. Es kann zudem die Spangröße bzw. das Spanvolumen bestimmt werden und zudem das Material des Spans 14 oder 15 festgestellt werden. So kann auf einen kritischen oder unkritischen Verschleiß bzw. eine kritische oder unkritische Getriebebeschädigung geschlossen werden.
Die Berechnungseinheit 350 ist beispielsweise als Mikrokontroller ausgebildet.
Die Materialdatenbank 340 ist in der Figur 2 als Teil des Spanklassifkators dargestellt, sie kann aber auch eine externe Datenbank sein und die Berechnungseinheit 350 beispielsweise mit der externen Datenbank über ein Kommunikationsmittel kommunizieren. Die Materialdaten können zudem Vergleichssignalverläufe umfassen, wobei ein Vorliegen der ersten und/oder zweiten Härteklasse durch einen Abgleich des Spansignals 260 mit den Vergleichssignalverläufen bestimmt wird, nämlich durch die Berechnungseinheit. Es findet also ein Abgleich mit mehreren in der Materialdatenbank 340 hinterlegten Signalver- läufen des Spansignals 260 statt. Die Signalverläufe können beispielsweise als Kennfeld in der Materialdatenbank 340 hinterlegt sein.
Nachdem der Spanklassfikator 300 den wenigstens einen Span 14, 15 in dem Spananalysebereich durch Auswertung einer Phasenverschiebung zwischen dem Erregersignal 220 und dem Spansignal 260 und/oder einer Amplitude des Spansignals 260 klassifiziert hat, kann das Ergebnis der Klassifizierung weiterverarbeitet werden und beispielsweise einem Prozesscomputer 400 zur Prozessüberwachung bereitgestellt werden, mit einer Analyseeinheit 410 analysiert werden oder auf einer Meldeeinheit 420 angezeigt werden, um eine Wartung oder Reparatur einzuleiten.
Die Figur 3 zeigt einen Teil einer Sensoreinrichtung 100 zur Charakterisierung eines Spans, wie beispielsweise in der Figur 1 oder 2 gezeigt. Die Sensoreinrichtung 100 weist einen Spananalysebereich 110 auf, der ein räumlicher Bereich innerhalb einer mit einer Flüssigkeit durchströmten Leitung 18 ist. Die Sensoreinrichtung 100 weist einen Signalgenerator mit wenigstens einer Sendespule auf, die nicht dargestellt wird. Der Signalgenerator ist dazu eingerichtet, ein elektrisches Erregersignal 220 zu erzeugen und mit einer ebenfalls nicht gezeigten Sendespule als magnetisches Signal 230 in den Spananalysebereich 110 einzukoppeln.
Die Sensoreinrichtung 100 weist zudem einen Spanfänger 270 auf, um den wenigstens einen zu klassifizierenden Span 14, 15 in dem Spananalysebereich 110 zu halten, nämlich ortsfest an einem Sensorkopf der Sensoreinrichtung 100. Der Spanfänger 270 ist in der Figur 3 nur indirekt gezeigt, da mehrere Metallspäne 14, 15 an dem Sensorkopf der Sensoreinrichtung 100 haften. Der Spanfänger 270 ist dazu eingerichtet, den wenigstens einen zu klassifizierenden Span mit einem Magnetfeld in dem Spananalysebereich 110 magnetisch zu halten. Dazu kann der Spanfänger beispielsweise als eine gleichstrombetriebene Spule ausgebildet sein, um den wenigstens einen zu klassifizierenden Span 14, 15 mit einem Magnetfeld in dem Spananalysebereich 110 magnetisch zu halten, wobei das Magnetfeld für eine Reinigung des Spanbereiches mit einer Steuereinheit ein- und ausschaltbar ausgebildet ist. Die Figur 4 zeigt eine geschnittene Seitenansicht eines Teils einer Sensoreinrichtung 100 mit einer Sendespule 210 und einer Vielzahl von Empfängerspulen 310. Die Empfängerspulen sind auf einer Sensorfläche 290 innerhalb eines Sensorkopfes 280 verteilt angeordnet, um eine örtliche Bestimmung und/oder Größenbestimmung des Spans 14, 15 be- reitzustellen.
Die Empfängerspule 310 weist eine Spulenachse auf, die in Bezug auf die Sensorflächenebene 290 normal stehend ausgebildet ist, um einen Einfluss des Erregersignals auf das Spansignal zu minimieren. Die Sendespule 210 weist in der gezeigten Ausführungsform zudem eine Spulenachse auf, die in Bezug auf die Sensorflächenebene 290 im We- sentlichen parallel stehend ausgebildet ist. Die Spulenachse der Sendespule kann alternativ in Bezug auf die Sensorflächenebene 290 im Wesentlichen senkrecht stehend ausgebildet sein, insbesondere, wenn die Sendespule um einen senkrechten stehenden Schenkel gewickelt ist. Durch diese Ausrichtung kann der Einfluss des Erregersignals, dass als magnetisches Signal 230 in den Spananalysebereich 110 eingekoppelt wird, reduziert wer- den und das Spansignal verbessert gemessen werden, da das Erregerfeld normal auf der Empfängerspule steht.
Die Figur 5 veranschaulicht einen Teil einer Sensoreinrichtung 100 mit einer Vielzahl von Empfängerspulen 310, wobei die Empfängerspulen 310 auf einer Sensorfläche 290 innerhalb eines Sensorkopfes 280 verteilt angeordnet sind, um eine örtliche Bestimmung und/0- der eine Größenbestimmung des Spans 14, 15 bereitzustellen, wobei die Empfängerspulen 310 innerhalb eines Sensorkopfes 280 wabenförmig verteilt angeordnet sind. Die gezeigte Figur 5 ist beispielsweise eine geschnittene Draufsicht, der Figur 4.
Die Figur 6 veranschaulicht das Auswertungsprinzip zur Charakterisierung eines Spans. Wie zuvor beschrieben, ist der Spanklassifikator dazu eingerichtet ist, den wenigstens ei- nen zu klassifizierenden Span in dem Spananalysebereich durch Auswertung einer Phasenverschiebung zwischen dem Erregersignal und dem Spansignal und/oder einer Amplitude des Spansignals zu klassifizieren. Der Spanklassifikator ist also beispielsweise dazu eingerichtet, eine Spangröße, ein Spanmaterial und/odereine Härteklasse des Spans zu bestimmen. In dem oberen Bereich A sind drei Diagramme A1 bis A3 gezeigt, die eine Charakterisierung eines weichmagnetischen Spans veranschaulichen. In dem unteren Bereich B sind drei Diagramme B1 bis B3 gezeigt, die eine Charakterisierung eines hartmagnetischen Spans veranschaulichen.
In den Diagrammen A1 und B1 sind zwei unterschiedliche Hysteresekurven gezeigt. In beiden Diagrammen A1 und B1 ist auf der Y-Achse die Magnetisierung M abgetragen und auf der X-Achse die magnetische Feldstärke H. Die Schnittpunkte der Kurven mit der Y- Achse entsprechen der positiven und negativen Remanenz. Die Schnittpunkte mit der X- Achse entsprechen der positiven und negativen Koerzitivfeldstärke. Die gepunkteten Linien entsprechen dem Verlauf einer Neukurve. Wie zu erkennen ist, sättigen die Kurven A1 und B1 sowohl in positiver wie auch in negativer Richtung unabhängig davon, ob die magneti- sehe Feldstärke weiter positiv oder negativ erhöht wird. Dies ist als magnetische Sättigung bekannt. Die beiden Hysteresekurven weisen somit auch eine positive und negative magnetische Sättigung auf. We in dem Diagramm A1 zu erkennen, stellt sich im Vergleich zu dem Diagramm B1 eine schmale Hysteresekurve ein, die auf einen weichen Span schließen lässt. Die Hysteresekurve im Diagramm B1 ist im Vergleich zu dem Diagramm A1 breiter und niedriger, so dass auf einen hartmagnetischen Span geschlossen werden kann. Dieser Zusammenhang ist in der Figur 6 und auch in der Figur 7 veranschaulicht.
In den Diagramm A2 und B2 sind beispielhaft das elektrische Erregersignal 220 sowie das Spansignal 260 veranschaulicht. In den beiden Diagrammen A2 und B2 ist die Spannung U über der Zeit t abgetragen. Die Spannungsverläufe 220 und 260 sind zwar in einem gleichen Diagramm veranschaulicht, die Amplitudenwerte der Signalverläufe 220 und 260 können aber unterschiedlich sein.
We in den Figuren A2 und B2 zu erkennen ist, stellt sich aufgrund der unterschiedlichen Materialeigenschaften der Späne eine unterschiedliche Phasenverschiebung zwischen dem elektrischen Erregersignal 220 und dem Spansignal 260 ein. Beispielsweise ist in dem Diagramm A2 ein Spansignal gezeigt, das von einem weichmagnetischen Span erzeugt wird. Das Diagramm B2 veranschaulicht beispielhaft ein Spansignal, das von einem hartmagnetischen Span erzeugt wird. Durch eine Auswertung der Phasenverschiebung kann somit der Span klassifiziert werden, beispielsweise in Bezug auf einen Härtegrad.
Neben der Phasenverschiebung ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen auch die Amplitude des Spansignals 260 auszuwerten. Die Amplitude des Spansignals kann als zusätzliche Information zu der Phasenverschiebung verwendet werden, da unterschiedliche Späne unterschiedliche Amplituden im Verlauf des Spansignals ausbilden, wenn sie magnetisch in Abhängigkeit des elektrischen Erregersignals angeregt werden. Die Figuren A3 und B3 zeigen im Grunde die Diagramme A2 und B2 in einer unterschiedlichen Darstellung, nämlich als rotierende Raumzeiger. Wie zu erkennen ist, rotieren die Raumzeiger 220 und 260 synchron mit einem unterschiedlich großen Phasenwinkel zueinander. Somit kann auch auf Basis des Phasenwinkels, eine Phasenverschiebung be- stimmt werden.
Die Figur 7 zeigt beispielshaft zwei Hysteresekurven, die in einem dreiachsigen Diagramm eingezeichnet sind. Auf der X-Achse ist die magnetische Feldstärke H abgetragen. Auf einer ersten Y-Achse ist die magnetische Flussdichte B abgetragen und auf einer zweiten Y-Achse ist die Magnetisierung M aufgetragen. We zu erkennen ist, unterscheiden sich hartmagnetische und weichmagnetische Späne durch unterschiedliche Flächen der Hysterekurven. Diese Erkenntnis wird genutzt, um einen Span in dem Spananalysebereich nicht nur zu erkennen, sondern auch zu charakterisieren, beispielsweise in Bezug auf seine Größe (Spanvolumen), seine magnetischen Eigenschaften (Härtegrad) oder seine Materialeigenschaften (Spanmaterial). Die Figur 8 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Charakterisierung eines Spans mit einer Sensoreinrichtung.
In einem ersten Schritt S1 erfolgt ein Erzeugen eines elektrischen Erregersignals mit einem Signalgenerator mit einer Sendespule, wobei der Signalgenerator dazu eingerichtet ist, das elektrische Erregersignal zu erzeugen und mit der Sendespule in einen Spananalysebe- reich als magnetisches Signal einzukoppeln, wobei der Spananalysebereich ein räumlicher Bereich ist.
In einem zweiten Schritt S2 erfolgt ein Empfangen eines Spansignals mit einem Spanklassifikator mit wenigstens einer Empfängerspule, wobei der Spanklassifikator dazu eingerichtet ist, das Spansignal aus einem Spananalysebereich mit der Empfängerspule zu emp- fangen, wobei das Spansignal ein durch das Erregersignal angeregtes Magnetisierungssignal ist, das von wenigstens einem zu klassifizierenden Span erzeugt wird.
In einem dritten Schritt S3 erfolgt ein Auswerten des Spansignals mit dem Spanklassifikator, wobei der Spanklassifikator dazu eingerichtet ist, den wenigstens einen Span in dem Spananalysebereich durch Auswertung einer Phasenverschiebung zwischen dem Erreger- Signal und dem Spansignal und/oder einer Amplitude des Spansignals zu klassifizieren. Zudem sind in dem Schritt S3 zwei weitere bevorzugte Schritte S3.1 und S3.2 veranschaulicht.
Im Schritt S3.1 erfolgt ein Bestimmen einer Spangröße und/oder eines Spanmaterials des zu klassifizierenden Spans durch Bestimmung einer In-Phase-Komponente mit dem Span- klassifikator, die proportional zu einer Magnetisierung des Spans ist.
Im Schritt S3.2 erfolgt ein Bestimmen wenigstens einer Härteklasse und/oder eines Spanmaterials des zu klassifizierenden Spans durch Bestimmung einer Außer-Phase-Kompo- nente, die proportional zu einer Fläche unter einer Hysteresekurve des Spans ist.
Als ein weiterer Aspekt wird eine Sensoreinrichtung zur Charakterisierung eines Spans vorgeschlagen, umfassend ein Spananalysebereich, wobei der Spananalysebereich ein räumlicher Bereich ist; ein Signalgenerator mit wenigstens einer Sendeeinheit, wobei der Signalgenerator dazu eingerichtet ist, ein elektrisches Erregersignal zu erzeugen und mit der Sendeeinheit als magnetisches Signal in den Spananalysebereich einzukoppeln; ein Spanklassifikator mit wenigstens einem Empfängersensor, wobei der Spanklassifikator dazu eingerichtet ist, ein Spansignal aus dem Spananalysebereich mit dem Empfängersensor zu empfangen, wobei das Spansignal ein durch das Erregersignal angeregtes Magnetisierungssignal ist, das von wenigstens einem zu klassifizierenden Span erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Spanklassifikator zudem dazu eingerichtet ist, den wenigstens einen Span in dem Spananalysebereich durch Auswertung einer Phasenverschie- bung zwischen dem Erregersignal und dem Spansignal und/oder einer Amplitude des Spansignals zu klassifizieren.
Alternativ zu der Sendespule wird also vorgeschlagen, einen Signalgenerator mit wenigstens einer Sendeeinheit einzusetzen, wobei der Signalgenerator dazu eingerichtet ist, ein elektrisches Erregersignal zu erzeugen und mit der Sendeeinheit als magnetisches Signal in den Spananalysebereich einzukoppeln. Es wird also vorgeschlagen, anstatt einer Sendespule eine beliebige andere technische Einrichtung zu verwenden, um das elektrische Erregersignal zu erzeugen.
Ein Signalgenerator mit wenigstens einer Sendespule einzusetzen, wobei der Signalgenerator dazu eingerichtet ist, ein elektrisches Erregersignal zu erzeugen und mit der Sen- despule als magnetisches Signal in den Spananalysebereich einzukoppeln ist ein optionales Merkmal. Es kann auch eine Sensoreinrichtung vorgesehen sein, die nur zum Empfangen des Spansignals eingerichtet ist und das Spansignal auswertet. Als ein weiterer Aspekt wird also eine Sensoreinrichtung zur Charakterisierung eines Spans vorgeschlagen, umfassend: einen Spanklassifikator mit wenigstens einem Empfängersensor, wobei der Spanklassifikator dazu eingerichtet ist, ein Spansignal mit dem Empfängersensor zu empfangen, wobei das Spansignal ein durch ein Erregersignal angeregtes Magnetisierungssignal ist, das von wenigstens einem zu klassifizierenden Span erzeugt wird, wobei der Spanklassifikator dazu eingerichtet ist, den wenigstens einen Span durch Auswertung einer Phasenverschiebung zwischen dem Erregersignal und dem Spansignal und/oder einer Amplitude des Spansignals zu klassifizieren.
Die vorstehende Sensoreinrichtung mit einer generischen Sendeeinheit oder ohne einen Signalgenerator ist vorzugsweise ausgebildet nach einer der vorstehenden Ausführungsformen.
Der Verfahrensschritt, Erzeugen eines elektrischen Erregersignals mit dem Signalgenerator mit einer Sendespule, wobei der Signalgenerator dazu eingerichtet ist, das elektrische Erregersignal zu erzeugen und mit der Sendespule in einen Spananalysebereich als mag- netisches Signal einzukoppeln, wobei der Spananalysebereich ein räumlicher Bereich ist, ist ein optionales Merkmal. Es kann auch ein Verfahren vorgesehen sein, das nur zum Empfangen und Auswerten des Spansignals eingerichtet ist.
Als einen weiteren Aspekt wird also ein Verfahren zur Charakterisierung eines Spans mit einer Sensoreinrichtung vorgeschlagen, die wenigstens einen Spanklassifikator aufweist. Das Verfahren umfasst die Schritte: Empfangen eines Spansignals mit dem Spanklassifikator mit wenigstens einem Empfängersensor, wobei der Spanklassifikator dazu eingerichtet ist, ein erzeugtes Spansignal mit dem Empfängersensor zu empfangen, wobei das Spansignal ein durch ein Erregersignal angeregtes Magnetisierungssignal ist, das von wenigstens einem zu klassifizierenden Span erzeugt wird; und Auswerten des Spansignals mit dem Spanklassifikator, wobei der Spanklassifikator dazu eingerichtet ist, den wenigstens einen Span durch Auswertung einer Phasenverschiebung zwischen dem Erregersignal und dem Spansignal und/oder einer Amplitude des Spansignals zu klassifizieren. Es wird somit ein Messverfahren vorgeschlagen.
Zudem ist das Merkmal den wenigstens einen Span durch Auswertung einer Phasenver- Schiebung zwischen dem Erregersignal und dem Spansignal und/odereiner Amplitude des Spansignals zu klassifizieren ist ein optionales Merkmal. Es wird generisch vorgeschlagen, das empfangene Spansignal zur Klassifikation des Spans auszuwerten. Es wird also vor- geschlagen, ein Spansignal auszuwerten, das ein durch Anregung erzeugtes magnetisches Signal ist und in dem Span als Reaktion auf die Anregung erzeugt wird. Bekannte Verfahren zur Charakterisierung eines Spans nutzen dagegen Vergleichsspulen, um das Span anhand einer Impedanzveränderung zwischen einer Messspule und einer Referenz- spule zu charakterisieren, wie obig bereits einleitend beschrieben.
Bezuqszeichenliste
10 Schmierkreislauf
11 Getriebe
12 Pumpe 13 Schmieröl
14,15 (Metall-)Span (weich magnetisch, hartmagnetisch) 16 Schwebstoffe
17 Filter
18 Flüssigkeit durchströmten Leitung 100 Sensoreinrichtung 110 Spananalysebereich 200 Signalgenerator 210 Sendespule 220 Erregersignal 230 magnetisches Signal
240 Funktionsgenerator 250 Verstärker 260 Spansignal 270 Spanfänger 280 Sensorkopf
290 Sensorflächenebene 300 Spanklassifikator 310 Empfängerspule 320 Selektionsschaltung 330 Verstärker
340 Materialdatenbank 350 Berechnungseinheit 400 Prozesscomputer 410 Analyseeinheit 420 Meldeeinheit

Claims

Ansprüche
1. Sensoreinrichtung (100) zur Charakterisierung eines Spans (14,15) umfassend: ein Spananalysebereich (110), wobei der Spananalysebereich ein räumlicher Bereich ist; - ein Signalgenerator (200) mit wenigstens einer Sendespule (210), wobei der Signalgenerator dazu eingerichtet ist, ein elektrisches Erregersignal (220) zu erzeugen und mit der Sendespule als magnetisches Signal (230) in den Spananalysebereich einzukoppeln; ein Spanklassifikator (300) mit wenigstens einem Empfängersensor (310), wobei der Spanklassifikator dazu eingerichtet ist, ein Spansignal (260) aus dem Spananalysebereich mit dem Empfängersensor zu empfangen, wobei das Spansignal ein durch das Erregersignal angeregtes Magnetisierungssignal ist, das von wenigstens einem zu klassifizierenden Span (14,15) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Spanklassifikator (300) zudem dazu eingerichtet ist, den wenigstens einen Span (14,15) in dem Spananalysebereich (110) durch Auswertung einer Phasenverschie- bung zwischen dem Erregersignal (220) und dem Spansignal (260) und/oder einer Amplitude des Spansignals (260) zu klassifizieren.
2. Sensoreinrichtung (100) nach Anspruch 1 , wobei der Empfängersensor mit einer Empfängerspule zum Empfangen des Spansignals ausgebildet ist.
3. Sensoreinrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Empfängersensor mit einem Empfangselement ausgebildet ist, das dazu eingerichtet ist, einen Hall-Effekt und/oder einen magnetoresistiven Effekt zum Empfangen des Spansignals zu nutzen.
4. Sensoreinrichtung (100) nach Anspruch 1 bis 3, wobei der Spanklassifikator (300) zur Identifikation einer Spangröße des Spans und/oder eines Spanmaterials des Spans eine In-Phase-Komponente auswertet, die vorzugsweise proportional zu einer Magnetisie- rung des Spans ist.
5. Sensoreinrichtung (100) nach Anspruch 1 bis 4, wobei der Spanklassifikator (300) zur Identifikation eines Härtegrades des Spans und/oder eines Spanmaterials eine Außer- Phase-Komponente auswertet, die vorzugsweise proportional zu einer Fläche unter einer Hysteresekurve des Spans ist.
6. Sensoreinrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Erregersignal (220) ein Wechselspannungssignal ist, insbesondere ein sinusförmiges, ein drei- eckförmiges oder rechteckförmiges Wechselspannungssignal.
7. Sensoreinrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Erregersignal (220) eine Frequenz aufweist, die in einem Frequenzbereich von 100 Hz bis 10 kHz liegt.
8. Sensoreinrichtung (100) nach Anspruch 7, wobei die Frequenz des Erregersignals (220) in einer vordefinierten Abfolge variiert wird, um eine Eindringtiefe des Erregersignals in den Span (14,15) zu variieren.
9. Sensoreinrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Signalgenerator (200) dazu eingerichtet ist, das elektrisches Erregersignal (220) mit einem Sinusverlauf, und/oder einem Dreieckverlauf, und/oder einem Rechteckverlauf zu erzeu- gen, um eine Eindringtiefe des Erregersignals in den Span einzustellen.
10. Sensoreinrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Spanklassifikator (300) eine Materialdatenbank (340) aufweist, wobei in der Materialdatenbank Materialdaten hinterlegt sind, und
(i) der Spanklassifikator (300) dazu eingerichtet ist, durch einen Abgleich mit den Ma- terialdaten wenigstens eine erste Härteklasse und/oder eine zweite Härteklasse des Spans zu bestimmen, und/oder
(ii) der Spanklassifikator (300) dazu eingerichtet ist, durch einen Abgleich mit den Materialdaten wenigstens eine Spangröße des Spans zu bestimmen, und/oder
(iii) der Spanklassifikator (300) dazu eingerichtet ist, durch einen Abgleich mit den Ma- terialdaten wenigstens ein Spanmaterial des Spans zu bestimmen.
11 . Sensoreinrichtung (100) nach Anspruch 10, wobei die Materialdaten wenigstens einen Vergleichssignalverlauf umfasst, wobei vorzugsweise ein Vorliegen der ersten und/oder zweiten Härteklasse durch einen Abgleich des Spansignals mit dem wenigstens einen Vergleichssignalverlauf bestimmt wird.
12. Sensoreinrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Spanklassifikator (300) mit einer Vielzahl von Empfängerspulen (310) und/oder mit einer Vielzahl von Hallsensoren und/oder mit einer Vielzahl von magnetoresistiven Sensoren ausgebildet ist, und wobei die Empfängerspulen und/oder die Hallsensoren und/oder die magnetoresistiven Sensoren auf einer Sensorfläche (290) innerhalb eines Sensorkopfes (280) verteilt angeordnet sind, insbesondere um eine örtliche Bestimmung des Spans bereitzustellen und/oder eine Größenbestimmung des Spans bereitzustellen, wobei vorzugsweise die Empfängerspulen und/oder die Hallsensoren und/oder die magnetoresistiven Sensoren innerhalb eines Sensorkopfes wabenförmig und/oder schachbrettförmig verteilt angeordnet sind.
13. Sensoreinrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die wenigstens eine Empfängerspule (310) eine Spulenachse aufweist und/oder der wenigstens eine Hallsensor eine Sensorachse und/oder der wenigstens eine magnetoresistive Sensor wenigstens eine Sensorachse aufweist, die in Bezug auf eine Sensorflächenebene normal stehend ausgebildet ist, insbesondere um einen Einfluss des Erregersignals auf das Span- Signal zu minimieren.
14. Sensoreinrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Sensoreinrichtung zudem einen Spanfänger (270) aufweist, um den wenigstens einen zu klassifizierenden Span (14,15) in dem Spananalysebereich (110) zu halten, vorzugsweise ist der Spanfänger dazu eingerichtet, den wenigstens einen zu klassifizierenden Span mit ei- nem Magnetfeld in dem Spananalysebereich magnetisch zu halten und/oder mit einer fluiddurchlässigen Filterstruktur in dem Spananalysebereich mechanisch zu halten.
15. Sensoreinrichtung (100) nach Anspruch 14, wobei der Spanfänger (270) als gleichstrombetriebene Spule ausgebildet ist, um den wenigstens einen zu klassifizierenden Span mit einem Magnetfeld in dem Spananalysebereich magnetisch zu halten, und vorzugs- weise das Magnetfeld mit einer Steuereinheit ein- und ausschaltbar ausgebildet ist, insbesondere für eine Reinigung des Spanbereiches.
16. Sensoreinrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Spananalysebereich (110) ein räumlicher Bereich innerhalb einer mit einer Flüssigkeit durchströmten Leitung (18) ist, vorzugsweise ist die Flüssigkeit Öl und/oder ein flüssiges Kühlmittel, und weiter vorzugsweise ist die Leitung eine Schmier- und/oder eine Kühlstofflei- tung.
17. Verfahren zur Charakterisierung eines Spans (14,15) mit einer Sensoreinrichtung (100), die wenigstens einen Signalgenerator (200) und einen Spanklassifikator (300) aufweist, umfassend die Schritte:
Erzeugen (S1) eines elektrischen Erregersignals (220) mit dem Signalgenerator (200) mit einer Sendespule (210), wobei der Signalgenerator dazu eingerichtet ist, das elektrische Erregersignal zu erzeugen und mit der Sendespule in einen Spananalysebereich als magnetisches Signal einzukoppeln, wobei der Spananalysebereich ein räumlicher Bereich ist;
Empfangen (S2) eines Spansignals (260) mit dem Spanklassifikator (300) mit wenigstens einem Empfängersensor (310), wobei der Spanklassifikator dazu eingerichtet ist, das Spansignal aus dem Spananalysebereich (110) mit dem Empfängersensor zu empfangen, wobei das Spansignal ein durch das Erregersignal (220) angeregtes Magnetisierungssignal ist, das von wenigstens einem zu klassifizierenden Span (14, 15) erzeugt wird;
Auswerten (S3) des Spansignals (260) mit dem Spanklassifikator (300), wobei der Spanklassifikator dazu eingerichtet ist, den wenigstens einen Span (14,15) in dem Spananalysebereich (110) durch Auswertung einer Phasenverschiebung zwischen dem Erregersignal (220) und dem Spansignal (260) und/oder einer Amplitude des Spansignals (260) zu klassifizieren, wobei vorzugsweise die Sensoreinrichtung ausgebildet ist nach einem der Ansprüche 1 bis 16.
18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Auswerten zudem die Schritte umfasst:
Bestimmen einer Spangröße und/oder eines Spanmaterials des zu klassifizierenden Spans (14,15) durch Bestimmung einer In-Phase-Komponente mit dem Spanklassifikator, die vorzugsweise proportional zu einer Magnetisierung des Spans ist, und/oder Bestimmen wenigstens eine Härteklasse und/oder eines Spanmaterials des zu klassifizierenden Spans (14, 15) durch Bestimmung einer Außer-Phase-Komponente, die vorzugsweise proportional zu einer Fläche unter einer Hysteresekurve des Spans ist.
19. Sensoreinrichtung (100) zur Charakterisierung eines Spans (14,15) umfassend: - ein Spananalysebereich (110), wobei der Spananalysebereich ein räumlicher Bereich ist; ein Signalgenerator (200) mit wenigstens einer Sendeeinheit (210), wobei der Signalgenerator dazu eingerichtet ist, ein elektrisches Erregersignal (220) zu erzeugen und mit der Sendeeinheit als magnetisches Signal (230) in den Spananalysebereich einzukop- peln; ein Spanklassifikator (300) mit wenigstens einem Empfängersensor (310), wobei der Spanklassifikator dazu eingerichtet ist, ein Spansignal (260) aus dem Spananalysebereich mit dem Empfängersensor zu empfangen, wobei das Spansignal ein durch das Erregersignal angeregtes Magnetisierungssignal ist, das von wenigstens einem zu klassifizieren- den Span (14,15) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Spanklassifikator (300) zudem dazu eingerichtet ist, den wenigstens einen Span (14,15) in dem Spananalysebereich (110) durch Auswertung einer Phasenverschiebung zwischen dem Erregersignal (220) und dem Spansignal (260) und/oder einer Amplitude des Spansignals (260) zu klassifizieren.
20. Sensoreinrichtung (100) zur Charakterisierung eines Spans (14,15) umfassend: einen Spanklassifikator (300) mit wenigstens einem Empfängersensor (310), wobei der Spanklassifikator dazu eingerichtet ist, ein Spansignal (260) mit dem Empfängersensor zu empfangen, wobei das Spansignal ein durch ein Erregersignal angeregtes Magnetisierungssignal ist, das von wenigstens einem zu klassifizierenden Span (14,15) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Spanklassifikator (300) zudem dazu eingerichtet ist, den wenigstens einen Span (14,15) durch Auswertung einer Phasenverschiebung zwischen dem Erregersignal (220) und dem Spansignal (260) und/oder einer Amplitude des Spansignals (260) zu klassifizieren.
21. Sensoreinrichtung (100) nach Anspruch 19 oder 20, wobei die Sensoreinrichtung ausgebildet ist nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 16.
22. Verfahren zur Charakterisierung eines Spans (14,15) mit einer Sensoreinrichtung (100), die wenigstens einen Spanklassifikator (300) aufweist, umfassend die Schritte: - Empfangen (S2) eines Spansignals (260) mit dem Spanklassifikator (300) mit wenigstens einem Empfängersensor (310), wobei der Spanklassifikator dazu eingerichtet ist, ein erzeugtes Spansignal mit dem Empfängersensor zu empfangen, wobei das Spansignal ein durch ein Erregersignal (220) angeregtes Magnetisierungssignal ist, das von wenigstens einem zu klassifizierenden Span (14, 15) erzeugt wird; - Auswerten (S3) des Spansignals (260) mit dem Spanklassifikator (300), wobei der
Spanklassifikator dazu eingerichtet ist, den wenigstens einen Span (14,15) durch Auswertung einer Phasenverschiebung zwischen dem Erregersignal (220) und dem Spansignal (260) und/oder einer Amplitude des Spansignals (260) zu klassifizieren.
23. Verfahren nach Anspruch 22, wobei die Sensoreinrichtung zur Ausführung des Ver- fahrens ausgebildet ist nach einem der Ansprüche 1 bis 16.
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