WO2006042844A1 - Verfahren und einrichtung zur erkennung eines schadhaften lagers einer rotierend umlaufenden welle - Google Patents

Verfahren und einrichtung zur erkennung eines schadhaften lagers einer rotierend umlaufenden welle Download PDF

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WO2006042844A1
WO2006042844A1 PCT/EP2005/055326 EP2005055326W WO2006042844A1 WO 2006042844 A1 WO2006042844 A1 WO 2006042844A1 EP 2005055326 W EP2005055326 W EP 2005055326W WO 2006042844 A1 WO2006042844 A1 WO 2006042844A1
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bearing
rotational speed
envelope
motor
shaft
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Karl-Heinz Filbry
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00—Testing of machine parts
    • G01M13/04—Bearings
    • G01M13/045—Acoustic or vibration analysis

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for detecting a defective bearing of a rotating revolving shaft.
  • the motor according to FIG. 1 has two sides A and B, which are designated A and B in FIG.
  • the motor comprises a motor shaft 1 supported by two bearings 4a and 4b and a housing 2.
  • bearings 4a and 4b e.g. Rolling bearings serve.
  • the motor For measuring the position, i. the angular position of the motor shaft with respect to a zero point and / or for measuring the rotational speed of the motor shaft, the motor has a position sensor 3, which is present in the form of a resolver in the example.
  • the position sensor 3 outputs the position ⁇ of the motor shaft for controlling and / or regulating the motor to a control and / or regulating device of the motor.
  • um ⁇ sums the motor still other elements, but since they are immaterial to the understanding of the invention, not shown in FIG.
  • a vibration sensor 11 which measures the vibration of the engine, is mounted on the engine.
  • the vibration sensor 11 forwards an oscillation signal S to an external evaluation unit 13, which is not part of the control and / or regulating device.
  • an envelope is applied via the oscillation signal S, the envelope is Fourier-transformed, and the absolute frequency response of the envelope is determined. If the magnitude frequency response exceeds a limit value, a bearing damage is detected and an alarm signal AL is generated.
  • the alarm signal AL is only generated during a longer time overrun of the limit value in order to avoid false alarms.
  • the commercial method and the commercially available device for detecting a defective bearing has some
  • a vibration sensor must be provided and, on the other hand, the external evaluation unit 13 is commercially required as a separate device which is not part of an already existing control or regulating device for controlling and / or regulating the motor.
  • the above disadvantages make the above-described commercially practiced method and commercially available means for detecting a defective bearing expensive and expensive.
  • the invention has for its object to provide a device and a method for detecting a defective bearing ei ⁇ ner rotating rotating shaft, in which no Schwingungssen- sensor is required for Erken ⁇ tion of a defective bearing of the shaft.
  • This object is achieved by a method for detecting a defective bearing of a rotating rotating shaft wherein a rotational speed of the shaft is determined, - the alternating component of the rotational speed is determined,
  • the envelope is transformed into the frequency domain and a magnitude frequency response of the envelope is determined, wherein the magnitude response is monitored for exceeding a limit and is detected when exceeding the limit on a defective bearing.
  • this object is achieved by a device for Er ⁇ recognition of a defective bearing of a rotatingly rotating shaft, wherein the device comprises
  • Means for determining a rotational speed of the shaft means for determining the alternating component of the rotational speed
  • a first advantageous embodiment of the invention is characterized in that the shaft is designed as a motor shaft of a motor. Especially with motor shafts, bearing damage often occurs.
  • a bearing passage frequency of the bearing is stored in a memory on a motor. This greatly simplifies the commissioning of the engine since the engine is e.g. a control and / or control device for controlling and / or controlling the
  • the envelope of the alternating component of the rotational speed is determined, in ⁇ the alternating component is rectified and the rectified alternating component is low-pass filtered. As a result, a determination of the envelope is made possible in a particularly simple manner.
  • the device according to the invention is used as a control and / or regulating device for
  • Control and / or control of a motor is formed, since such a control and / or regulating device anyway for controlling and / or controlling the engine is present.
  • An additional external evaluation unit for detecting bearing damage according to the prior art can thus be dispensed with.
  • a computer program product e.g. in the form of a floppy disk, a hard disk, a compact disk, a flash card or in the form of another storage medium for the device according to the invention, containing code sections with which the method according to the invention can be carried out.
  • FIG 3 shows an envelope and FIG 4 a magnitude response of the envelope.
  • FIG. 2 the method according to the invention and the device according to the invention are shown in the form of an exemplary embodiment.
  • the engine illustrated in FIG. 2 basically corresponds in its basic structure to the engine shown in FIG. 1 above. The same elements are therefore provided in FIG 2 with the same reference numerals, as in FIG 1.
  • the wesentli che difference with respect to the motor according to FIG 1 dar ⁇ in that the motor according to FIG 2 no vibration sensor 11 according to FIG.
  • the position signal ⁇ of the position sensor 3 indicating the position ⁇ of the motor shaft is used.
  • the motor still includes other elements, which, however, since they are immaterial to the understanding of the invention, are not shown in FIG.
  • the position ⁇ is measured by the position sensor 3 and provided to a differentiator 12 as an input variable.
  • the differentiator 12 differentiates the position ⁇ according to time and carries out a multiplication by a factor 1 ⁇ 2 ⁇ , so that a rotational speed n of the motor shaft in the form of a rotational speed is output as the output variable of the differentiator 12.
  • the rotational speed e.g. also present in the form of the rotational angular velocity.
  • the rotational speed n is composed of a DC component n DC of the rotational speed and an AC component n AC of the rotational speed.
  • the motor shaft has an effect on the uniformity of the rotation of the motor shaft.
  • the vibrations generated by a damaged bearing are superimposed on the direct component n DC of the rotational speed n and produce a permanent alternating component n AC at the rotational speed n.
  • the rotational speed n is high-pass filtered by means of a high-pass filter 5, and the alternating component n AC of the rotational speed n is determined as the output variable of the high-pass filter 5.
  • an envelope of the AC component AC n h n is the rotational speed by means of a rectifying unit 6 of the AC component AC n rectified.
  • a rectification in the rectification unit 6 can take place, for example, in that either the negative signal components of the alternating component n AC are suppressed (half-wave rectification) or else it can be rectified by calculating the amount of the alternating component n AC of the rotational speed.
  • the rectified alternating component n AC of the rotational speed n is low-pass filtered by means of a low-pass filter 7, and thus the envelope h is determined as the output variable of the low-pass filter 7.
  • the envelope h which results from the alternating component n AC of the rotational speed n, is shown by way of example.
  • the cut-off frequency of the low-pass filter 7 is preferably selected such that the higher-frequency signal components of the alternating component n AC are suppressed.
  • the envelope h is fed as input to a Fourier transformation unit 8. This transforms the envelope h by means of Fourier transformation in the frequency domain and determines the magnitude frequency response B of the envelope h.
  • the Be ⁇ frequency response B is the amount of Fourier transform the envelope h over the frequency f.
  • the magnitude frequency response B of the envelope h is used as output variable by the Fourier trans- formation unit 8 is output and supplied as an input quantity to a limit value detector 9, which, if the amount frequency range B exceeds a limit value, for example, exceeds Gl, recognizes a defective bearing and generates an alarm signal AL.
  • the alarm signal AL is only generated when the limit value is exceeded over a longer period in order to avoid false alarms.
  • the typical course of the magnitude frequency response B of the envelope h over the frequency f is shown by way of example.
  • the limit indicator 9 can be designed so that it monitors only a single Grenz ⁇ value or monitors the exceeding of several limit values.
  • the limit values Gi, G2, G3 and / or g. 4 In this case, a single bearing has several bearing passage frequencies, in some cases the monitoring of a single bearing passage frequency is sufficient to detect a bearing damage.
  • the bearing passage frequencies fi and f 2 the bearing frequencies of the bearing 4a, and the bearing through frequencies f 3 and f 4
  • the bearing passage frequencies of the bearing 4b and, for example, be used to monitor all four bearing passage frequencies of exceedance of a respectively associated limiting value Gi, G2, G3 and G4 über ⁇ , then both damage in the bearing 4a and damage in the bearing 4b is detected.
  • the bearing passage frequencies are specific to each type of bearing and depend inter alia on the number of Wälz ⁇ body and the bearing geometry.
  • the bearing clearance rates are usually given by the manufacturer of the bearing as a multiple of the speed. Alternatively, however, they can also be calculated using special programs provided, for example, by the manufacturer of the warehouse. If, instead of the position sensor 3, a rotary encoder which directly outputs a rotational speed as an output quantity is applied to the motor, the differentiator 12 can be dispensed with. The output signal of the rotary encoder is then provided directly as an input variable to the high-pass filter 5.
  • the bearing passage frequencies fi, f 2 , f 3 and fq of a bearing can be stored particularly advantageously, for example as multiples of the rotational speed in a memory 10 (see FIG. 2) on the engine. This ensures that a control and / or regulating device for regulating and / or controlling the engine, which has access to the memory 10, can directly remove the bearing throughput frequencies from the engine.
  • the device according to the invention is designed as a control and / or regulating device for controlling and / or regulating the motor, since such a control and / or regulating device is anyway provided for controlling and / or controlling the motor.
  • An additional external evaluation unit 13 according to FIG. 1 for detecting a defective bearing according to the prior art can thus be dispensed with.
  • the method according to the invention and the device according to the invention are, of course, not only for the detection of a defective bearing of a motor shaft but, more generally, also for the detection of a defective bearing in other rotating revolving shafts such as e.g. at waves of generators, is suitable.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Erkennung eines schadhaften Lagers (4a, 4b) einer rotierend umlaufenden Welle (1), wobei eine Drehgeschwindigkeit (n) der Welle (1) ermittelt wird, wobei der Wechselanteil (nAC) der Drehgeschwindigkeit (n) bestimmt wird, wobei eine Hüllkurve (h) des Wechselanteils (nAC) der Drehgeschwindigkeit (n) bestimmt wird, wobei die Hüllkurve (h) in den Frequenzbereich transformiert wird und ein Betragsfrequenzgang (B) der Hüllkurve (h) bestimmt wird, wobei der Betragsfrequenzgang (B) auf Überschreitung eines Grenzwertes (G1, G2, G3, G4) überwacht wird und bei Überschreitung des Grenzwertes (G1, G2, G3, G4) auf ein schadhaftes Lager (4a, 4b) erkannt wird. Der Erfindung schafft somit ein Verfahren und eine Einrichtung zur Erkennung eines schadhaften Lagers (4a, 4b) einer rotierend umlaufenden Welle (1) eines Motors anzugeben, bei der zur Erkennung eines schadhaften Lagers (4a, 4b) der Welle (1) kein Schwingungssensor (11) benötigt wird.

Description

Beschreibung
Verfahren und Einrichtung zur Erkennung eines schadhaften La¬ gers einer rotierend umlaufenden Welle
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Erkennung eines schadhaften Lagers einer rotierend umlaufen¬ den Welle.
Bei Motoren, insbesondere bei Elektromotoren müssen häufig die Lager einer rotierend umlaufenden Motorwelle des Motors auf Lagerschäden überwacht werden.
In FIG 1 ist ein handelsübliches Verfahren und eine handels- übliche Einrichtung zum Erkennen eines schadhaften Lagers ei¬ ner rotierend umlaufenden Motorwelle eines Motors darge¬ stellt. Der Motor gemäß FIG 1 weist zwei Seiten A und B auf, die in FIG 1 mit A und B bezeichnet sind. Der Motor umfasst eine Motorwelle 1, die mittels zweier Lager 4a und 4b gela- gert ist, sowie ein Gehäuse 2. Als Lager 4a und 4b können z.B. Wälzlager dienen. Zur Messung der Lage, d.h. der Winkel¬ stellung der Motorwelle im Bezug auf einen Nullpunkt und/oder zur Messung der Drehzahl der Motorwelle weist der Motor einen Lagegeber 3 auf, der in dem Beispiel in Form eines Resolvers vorliegt. Der Lagegeber 3 gibt die Lage φ der Motorwelle zur Steuerung und/oder Regelung des Motors an eine Steuer- und/ oder Regeleinrichtung des Motors aus . Selbstverständlich um¬ fasst der Motor noch weitere Elemente, die jedoch, da sie für das Verständnis der Erfindung unwesentlich sind, in FIG 1 nicht dargestellt sind.
Bei dem handelsüblichen Verfahren zur Erkennung eines schad¬ haften Lagers einer rotierend umlaufenden Motorwelle eines Motors ist am Motor ein Schwingungssensor 11, der die Schwin- gung des Motors misst, angebracht. Der Schwingungssensor 11 leitet ein Schwingungssignal S an eine externe Auswerteein¬ heit 13, die nicht Bestandteil der Steuerungs- und/oder Rege¬ lungseinrichtung ist, weiter. In der Auswerteeinheit 13 wird eine Hüllkurve über das Schwingungssignal S gelegt, die Hüll¬ kurve fouriertransformiert und der Betragsfrequenzgang der Hüllkurve ermittelt. Wenn der Betragsfrequenzgang einen Grenzwert überschreitet wird auf ein Lagerschaden erkannt und ein Alarmsignal AL erzeugt. Vorzugweise wird dabei das Alarm¬ signal AL erst bei einer längeren zeitlichen Überschreitung des Grenzwertes erzeugt um Fehlalarme zu vermeiden.
Das handelsübliche Verfahren und die handelsübliche Einrich- tung zur Erkennung eines schadhaften Lagers weist einige
Nachteile auf. So muss zum einen ein Schwingungssensor vorge¬ sehen werden und zum andern wird handelsüblich die externe Auswerteeinheit 13 als ein separates Gerät, das nicht Be¬ standteil einer ohnehin vorhandenen Steuerungs- oder Rege- lungseinrichtung zur Steuerung und/oder Regelung des Motors ist, benötigt. Die genannten Nachteile machen das oben be¬ schriebene handelsüblich durchgeführte Verfahren und handels¬ übliche Einrichtung zur Erkennung eines schadhaften Lagers teuer und aufwendig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung und ein Verfahren zur Erkennung eines schadhaften Lagers ei¬ ner rotierend umlaufenden Welle anzugeben, bei der zur Erken¬ nung eines schadhaften Lagers der Welle kein Schwingungssen- sor benötigt wird.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Erkennung eines schadhaften Lagers einer rotierend umlaufenden Welle wobei eine Drehgeschwindigkeit der Welle ermittelt wird, - wobei der Wechselanteil der Drehgeschwindigkeit bestimmt wird,
- wobei eine Hüllkurve des Wechselanteils der Drehgeschwin¬ digkeit bestimmt wird,
- wobei die Hüllkurve in den Frequenzbereich transformiert wird und ein Betragsfrequenzgang der Hüllkurve bestimmt wird, wobei der Betragsfrequenzgang auf Überschreitung eines Grenzwertes überwacht wird und bei Überschreitung des Grenzwertes auf ein schadhaftes Lager erkannt wird.
Weiterhin wird diese Aufgabe durch eine Einrichtung zur Er¬ kennung eines schadhaften Lagers einer rotierend umlaufenen Welle gelöst, wobei die Einrichtung aufweist,
- Mittel zur Ermittlung einer Drehgeschwindigkeit der Welle, Mittel zur Bestimmung des Wechselanteils der Drehgeschwin- digkeit,
Mittel zur Bestimmung einer Hüllkurve des Wechselanteils der Drehgeschwindigkeit,
Mittel zur Transformation der Hüllkurve in den Frequenzbe¬ reich und Bestimmung eines Betragsfrequenzgangs der Hüll- kurve,
- Mittel zur Überwachung des Betragsfrequenzgangs auf Über¬ schreitung eines Grenzwerts, wobei bei Überschreitung des Grenzwertes auf ein schadhaftes Lager erkannt wird.
Eine erste vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle als Motorwelle eines Motors ausgebildet ist. Speziell bei Motorwellen treten häufig La¬ gerschäden auf.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Grenzwert im Bereich einer Lagerdurchgangsfrequenz auf Überschreitung überwacht wird, da im Bereich einer Lagerdurchgangsfrequenz im Falle eines schadhaften Lagers der Betragsfrequenzgang der Hüllkurve besonders stark ansteigt.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn eine Lagerdurch¬ gangsfrequenz des Lagers in einem Speicher an einem Motor hinterlegt wird. Hierdurch wird die Inbetriebnahme des Motors stark vereinfacht, da der Motor z.B. einer Regelungs- und/ oder Steuereinrichtung zur Regelung und/oder Steuerung des
Motors direkt die Lagerdurchgangsfrequenz zur Verfügung stel¬ len kann. Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft wenn die Drehge¬ schwindigkeit der Welle ermittelt wird indem eine vom Lagege¬ ber gemessene Lage der Welle nach der Zeit differenziert wird. Solchermaßen wird handelsüblich aus der Lage der Welle die Drehgeschwindigkeit der Welle bestimmt.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft wenn die Hüllkurve des Wechselanteils der Drehgeschwindigkeit bestimmt wird, in¬ dem der Wechselanteil gleichgerichtet wird und der gleichge- richtete Wechselanteil tiefpassgefiltert wird. Hierdurch wird auf besonders einfache Art und Weise eine Bestimmung der Hüllkurve ermöglicht.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die erfindungsgemäße Ein- richtung als Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung zur
Regelung und/oder Steuerung eines Motors ausgebildet ist, da eine solche Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung sowieso zur Regelung und/oder Steuerung des Motors vorhanden ist. Ei¬ ne zusätzliche externe Auswerteeinheit zur Erkennung eines Lagerschadens gemäß dem Stand der Technik kann somit entfal¬ len.
Weiterhin ist es vorteilhaft, ein Computerprogrammprodukt z.B. in Form einer Diskette, einer Festplatte, einer Compact Disk, einer Flashkarte oder in Form eines anderen Speicherme¬ diums für die erfindungsgemäße Einrichtung vorzusehen, dass Codeabschnitte enthält mit der das erfindungsgemäße Verfahren ausführbar ist.
Vorteilhafte Ausbildungen der erfindungsgemäßen Einrichtung ergeben sich analog zur vorteilhaften Ausbildungen des erfin¬ dungsgemäßen Verfahrens und umgekehrt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert, dabei zei¬ gen: FIG 1 ein Verfahren und eine Einrichtung zur Erkennung ei¬ nes schadhaften Lagers einer rotierend umlaufenden Motorwelle eines Motors nach dem Stand der Technik, FIG 2 eine erfindungsgemäße Einrichtung und ein erfindungs- gemäßes Verfahren zur Erkennung eines schadhaften La¬ gers einer rotierend umlaufenden Motorwelle eines Mo¬ tors,
FIG 3 eine Hüllkurve und FIG 4 ein Betragfrequenzgang der Hüllkurve.
In FIG 2 ist in Form eines Ausführungsbeispiels das erfin¬ dungsgemäßen Verfahren und die erfindungsgemäße Einrichtung dargestellt. Der in FIG 2 dargestellte Motor entspricht im Grundaufbau im Wesentlichen dem vorstehend in FIG 1 darge- stellten Motor. Gleiche Elemente sind daher in FIG 2 mit den gleichen Bezugszeichen versehen, wie in FIG 1. Der wesentli¬ che Unterschied bezüglich des Motors gemäß FIG 1 besteht dar¬ in, dass der Motor gemäß FIG 2 keinen Schwingungssensor 11 gemäß FIG 1 aufweist. Erfindungsgemäß wird zur Erkennung ei- nes Lagerschadens des B-seitigen Lagers 4b und/oder des A- seitigen Lagers 4a, dass die Lage φ der Motorwelle angebende Lagesignal des Lagegebers 3 benutzt. Selbstverständlich um- fasst der Motor noch weitere Elemente, die jedoch, da sie für das Verständnis der Erfindung unwesentlich sind, in FIG 2 nicht dargestellt sind.
Die Lage φ wird von dem Lagegeber 3 gemessen und einem Diffe¬ renzierer 12 als Eingangsgröße zur Verfügung gestellt. Der Differenzierer 12 differenziert die Lage φ nach der Zeit und führt eine Multiplikation mit einem Faktor l/2π durch, so dass als Ausgangsgröße des Differenzierers 12 eine Drehge¬ schwindigkeit n der Motorwelle in Form einer Drehzahl ausge¬ geben wird. Alternativ könnte die Drehgeschwindigkeit, z.B. auch in Form der Drehwinkelgeschwindigkeit vorliegen.
Die Drehgeschwindigkeit n setzt sich aus einem Gleichanteil nDC der Drehgeschwindigkeit und einem Wechselanteil nAC der Drehgeschwindigkeit zusammen. Ein Schaden in einem Lager (z.B. Kugellager oder Wälzlager) der Motorwelle wirkt sich auf die Gleichförmigkeit der Rotation der Motorwelle aus Die von einem beschädigten Lager erzeugten Schwingungen sind dem Gleichanteil nDC der Drehgeschwindigkeit n überlagert und er- zeugen einen permanenten Wechselanteil nAC in der Drehge¬ schwindigkeit n.
Deshalb wird im Folgenden mittels eines Hochpassfilters 5 die Drehgeschwindigkeit n hochpassgefiltert und solchermaßen als Ausgangsgröße des Hochpassfilters 5 der Wechselanteil nAC der Drehgeschwindigkeit n bestimmt.
Zur Bestimmung einer Hüllkurve h des Wechselanteils nAC der Drehgeschwindigkeit n wird mittels einer Gleichrichteinheit 6 der Wechselanteil nAC gleichgerichtet. Eine Gleichrichtung in der Gleichrichteinheit 6 kann z.B. dadurch erfolgen, dass entweder die negativen Signalanteile des Wechselanteils nAC unterdrückt werden (Einweggleichrichtung) oder aber es kann gleichgerichtet werden, in dem der Betrag des Wechselanteiles nAC der Drehgeschwindigkeit berechnet wird. Anschließend wird der gleichgerichtete Wechselanteils nAC der Drehgeschwindig¬ keit n mittels eines Tiefpassfilters 7 tiefpassgefiltert und solchermaßen als Ausgangsgröße des Tiefpassfilters 7 die Hüllkurve h ermittelt.
In FIG 3 ist die Hüllkurve h, die sich aus dem Wechselanteil nAC der Drehgeschwindigkeit n ergibt, beispielhaft darge¬ stellt. Die Grenzfrequenz des Tiefpassfilters 7 wird dabei vorzugsweise so gewählt, dass die höher frequenten Signalan- teile des Wechselanteils nAC unterdrückt werden.
Die Hüllkurve h wird als Eingangsgröße einer Fouriertransfor- mationseinheit 8 zugeführt. Diese transformiert die Hüllkurve h mittels Fouriertransformation in den Frequenzbereich und ermittelt den Betragsfrequenzgang B der Hüllkurve h. Der Be¬ tragsfrequenzgang B ist Betrag der Fouriertransformierten der Hüllkurve h über der Frequenz f. Der Betragsfrequenzgang B der Hüllkurve h wird als Ausgangsgröße von der Fouriertrans- formationseinheit 8 ausgegeben und als Eingangsgröße einem Grenzwertmelder 9 zugeführt, der falls der Betragsfrequenz¬ gang B einen Grenzwert z.B. Gl überschreitet auf ein schad¬ haftes Lagers erkennt und ein Alarmsignal AL erzeugt. Vorzug- weise wird dabei das Alarmsignal AL erst bei einer längeren zeitlichen Überschreitung des Grenzwertes erzeugt um Fehl¬ alarme zu vermeiden.
In FIG 3 ist beispielhaft der typische Verlauf des Betrags- frequenzganges B der Hüllkurve h über der Frequenz f darge¬ stellt. Speziell bei den so genannten Lagerdurchgangsfrequen- zen wie z.B. bei den Lagerdurchgangsfrequenzen fi, f2, f3 und f4 entsteht im Fall eines Lagerschadens ein deutlicher An¬ stieg des Betragsfrequenzgangs. Der Grenzwertmelder 9 kann dabei so ausgebildet sein, dass er nur einen einzigen Grenz¬ wert überwacht oder die Überschreitung mehrerer Grenzwerte überwacht. So kann z.B. nur die Überschreitung des Grenzwer¬ tes Gi überwacht werden oder auch die Überschreitung der Grenzwerte Gi, G2, G3 und/oder G4. Ein einzelnes Lager weist dabei mehrere Lagerdurchgangsfrequenzen auf, wobei in manchen Fällen schon die Überwachung einer einzelnen Lagerdurchgangs¬ frequenz ausreicht um einen Lagerschaden zu erkennen. Wenn die Lagerdurchgangsfrequenzen fi und f2 die Lagerfrequenzen des Lagers 4a sind und die Lagerdurchgangsfrequenzen f3 und f4 die Lagerdurchgangsfrequenzen des Lagers 4b sind und z.B. alle vier Lagerdurchgangsfrequenzen auf Überschreitung eines jeweiligen zugeordneten Grenzwertes Gi, G2, G3 und G4 über¬ wacht werden, dann wird sowohl ein Schaden im Lager 4a als auch ein Schaden im Lager 4b erkannt.
Die Lagerdurchgangsfrequenzen sind spezifisch für jeden Typ von Lager und hängen unter anderem von der Anzahl der Wälz¬ körper und der Lagergeometrie ab. Die Lagerdurchgangsfrequen- zen werden vom Hersteller des Lagers in der Regel als vielfa- che der Drehzahl angegeben. Alternativ können sie aber auch mit Hilfe spezieller Programme, die z.B. vom Hersteller des Lagers zur Verfügung gestellt werden, berechnet werden. Wenn anstatt des Lagegebers 3 ein Drehgeber, der direkt eine Drehgeschwindigkeit als Ausgangsgröße ausgibt am Motor ange¬ bracht ist, so kann der Differenzierer 12 entfallen. Das Aus¬ gangssignal des Drehgebers wird dann direkt als Eingangsgröße dem Hochpassfilter 5 zur Verfügung gestellt.
Die Lagerdurchgangsfrequenzen fi, f2, f3 und fq eines Lagers können besonders vorteilhaft z.B. als Vielfache der Drehzahl in einem Speicher 10 (siehe FIG 2) am Motor hinterlegt wer- den. Hierdurch wird sichergestellt, dass eine Steuer- und/ oder Regeleinrichtung zur Regelung und/oder Steuerung des Mo¬ tors, die Zugriff auf den Speicher 10 hat, direkt die Lager¬ durchgangsfrequenzen dem Motor entnehmen kann.
Besonders vorteilhaft ist es wenn die erfindungsgemäße Ein¬ richtung als Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung zur Steuerung- und/oder Regelung des Motors ausgebildet ist, da eine solche Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung sowieso zur Regelung und/oder Steuerung des Motors vorhanden ist. Ei- ne zusätzliche externe Auswerteeinheit 13 gemäß FIG 1 zur Er¬ kennung eines schadhaften Lagers gemäß dem Stand der Technik kann somit entfallen.
Weiterhin sei an dieser Stelle ausdrücklich angemerkt, dass das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Ein¬ richtung selbstverständlich nicht nur für die Erkennung eines schadhaften Lagers einer Motorwelle sondern ganz allgemein auch für die Erkennung eines schadhaften Lagers bei anderen rotierend umlaufenden Wellen, wie z.B. bei Wellen von Genera- toren, geeignet ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Erkennung eines schadhaften Lagers (4a, 4b) einer rotierend umlaufenden Motorwelle (1) eines Motors, - wobei eine Drehgeschwindigkeit (n) der Motorwelle (1) er¬ mittelt wird, wobei der Wechselanteil (nAC) der Drehgeschwindigkeit (n) bestimmt wird, wobei eine Hüllkurve (h) des Wechselanteils (nAC) der Dreh- geschwindigkeit (n) bestimmt wird, wobei die Hüllkurve (h) in den Frequenzbereich transfor¬ miert wird und ein Betragsfrequenzgang (B) der Hüllkurve (h) bestimmt wird, wobei der Betragsfrequenzgang (B) auf Überschreitung eines Grenzwertes (Gi,G2,G3,G4) überwacht wird und bei Über¬ schreitung des Grenzwertes (Gi,G2,G3,G4) auf ein schadhaf¬ tes Lager (4a, 4b) erkannt wird,
- wobei die Hüllkurve (h) des Wechselanteils (nAC) der Dreh¬ geschwindigkeit (n) bestimmt wird, indem der Wechselanteil (nAC) gleichgerichtet wird und der gleichgerichtete Wech¬ selanteil (nAC) tiefpass gefiltert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , dass der Grenzwert (Gi, G2, G3, G4) im Bereich einer Lagerdurchgangsfrequenz (fi, f2, f3, f4) auf Überschreitung überwacht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , dass eine Lagerdurchgangsfrequenz (fi,f2, f3,f4) des Lagers (4a, 4b) in einem Speicher (10) an einem Mo¬ tor hinterlegt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Drehge- schwindigkeit (n) der Welle (1) ermittelt wird, indem eine vom Lagegeber (3) gemessene Lage (φ)der Welle (1) nach der Zeit differenziert wird.
5. Einrichtung zur Erkennung eines schadhaften Lagers (4a, 4b) einer rotierend umlaufenden Motorwelle (1) eines Mo¬ tors, wobei die Einrichtung als Steuerungs- und/oder Rege¬ lungseinrichtung zur Steuerung und/oder Regelung eines Motors ausgebildet ist, wobei die Einrichtung aufweist,
- Mittel zur Ermittlung einer Drehgeschwindigkeit (n) der Motorwelle (1) ,
- Mittel zur Bestimmung des Wechselanteils (nAC) der Drehge¬ schwindigkeit (n) , - Mittel zur Bestimmung einer Hüllkurve (h) des Wechselan¬ teils (nAC) der Drehgeschwindigkeit (n) ,
- Mittel zur Transformation der Hüllkurve (h) in den Fre¬ quenzbereich und Bestimmung eines Betragsfrequenzgangs (B) der Hüllkurve (h) , - Mittel zur Überwachung des Betragsfrequenzgangs (B) auf Überschreitung eines Grenzwerts (Gi,G2,G3,G4) , wobei bei Überschreitung des Grenzwertes (Gi,G2,G3,G4) auf ein schad¬ haftes Lager (4a, 4b) erkannt wird.
6. Computerprogrammprodukt für eine Einrichtung, das Codeab¬ schnitte enthält mit der ein Verfahren nach einem der Ansprü¬ che 1 bis 4 ausführbar ist.
PCT/EP2005/055326 2004-10-19 2005-10-18 Verfahren und einrichtung zur erkennung eines schadhaften lagers einer rotierend umlaufenden welle WO2006042844A1 (de)

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DE112005002540T DE112005002540A5 (de) 2004-10-19 2005-10-18 Verfahren und Einrichtung zur Erkennung eines schadhaften Lagers einer rotierend umlaufenden Welle
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