WO2014023275A1 - Verfahren und vorrichtung zur erkennung und überwachung von zuständen - Google Patents

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WO2014023275A1
WO2014023275A1 PCT/DE2013/000372 DE2013000372W WO2014023275A1 WO 2014023275 A1 WO2014023275 A1 WO 2014023275A1 DE 2013000372 W DE2013000372 W DE 2013000372W WO 2014023275 A1 WO2014023275 A1 WO 2014023275A1
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bearing
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Volker Dietz
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Imo Holding Gmbh
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    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the invention relates to a state detection and condition monitoring system for at least temporary, possibly periodic, preferably even permanent, value, signal or data technical detection and monitoring of state parameters of at least one module or component, or even sub-elements of this module or component, in particular at least a bearing or a rotary joint, for example in or on a wind turbine, and an associated method.
  • Characteristic of the invention is at least one contact sensor which is attached to or introduced into the assembly or component, preferably which can be attached or introduced directly or indirectly to a placement location, in particular on or on a flat or rounded surface or contour of this assembly, for example attachable or insertable by means of screwing / Plugging / welding / soldering / gluing or clamping in the vicinity of a bearing ring in a wind turbine, preferably a nose ring or support ring or retaining ring of a slewing bearing, alternatively directly mountable or insertable on or on at least one inner or outer surface of a blade, main , or tower bearing of a wind turbine.
  • a lubricant oil or grease
  • EP 2153077 B1 describes a device for detecting and monitoring damage in rolling bearings by means of transmission of electrical energy by inductive coupling.
  • EP 2306006 discloses a condition monitoring system for wind turbines such that a plurality of acceleration sensors are used, which make it possible to monitor the operation of the wind turbine. The monitoring moment seems to be focused on the entire plant rather than on sub-areas of it.
  • EP 0529354 relates to a device for monitoring the rolling bearing per se, wherein sensors are arranged in WälzSystembauraum between the rolling elements whose data are to be transmitted by electromagnetic means.
  • EP 0637734 discloses a monitoring system for measuring loads applied to a rolling bearing, which measurement is to be made inductively by use of coils, and sensors are used which are located inside the raceway system.
  • the realization of a good monitoring of the lubrication and wear conditions in bearings and raceway system components is indeed not trivial, since frequently monitoring and wear sensors must be introduced into the career system itself.
  • Such monitoring and wear sensor technology usually consists today of a high proportion of electronic or electromechanical components.
  • any chips or breakouts that result from wear of the bearing or slewing assembly over time may move "loosely" in the raceway system and thus interfere with or contaminate the electronics in the raceway system. Such disturbances or impairments can lead to the destruction of the electronics or sensors in the raceway system.
  • the solution idea behind the present invention is the development potential resulting from the above-mentioned current problems of the prior art. It is with the present invention to solve the task initiating the invention to provide a state detection and condition monitoring system, which allows a temporary, for example, a periodic, preferably even a permanent, detection and monitoring of state parameters of the monitored assemblies and components Statements about the current state of the monitored assembly (s) and component (s), this may be a bearing or a slewing bearing or a rotary joint or even parts thereof, to meet.
  • the goal of the task recognition and condition monitoring system is to be able to make proactive statements about, for example, one of the three operating parameters: "lubrication effect”, “lubricant condition”, “wear condition.”
  • These proactive statements are to be weighted results Provide information as to whether, in the foreseeable future, damage, defects or total failures are to be expected or likely to be expected for the assembly (s) / component (s) monitored for "lubrication effect” or “lubricant condition” or “wear condition” ,
  • the essential for the state detection and condition monitoring system sensors in particular the contact sensors described in detail below, but preferably also the sibling sensors described below, should not be located in the interior of the raceway system because there Failure susceptibility or failure of the sensors is increased, but can be applied or introduced from the outside to be monitored assemblies, for example, each on the outer surfaces of the monitored assembly and component.
  • the term “secondary sensor” or “secondary sensor system” is used with the same meaning.
  • the state recognition and condition monitoring system solves the problem of being able to recognize up to forty different operating patterns, which are characteristic of impending component or component damage, in particular to bearings or rotary joints. If such an operating pattern is reliably detected with an existing probability, in a particular embodiment of the invention, this operating pattern can logically be recognized as non-operational behavior.
  • condition detection and condition monitoring system may store at least one "fault code” or "fault diagnosis code.”
  • This "fault code” or "fault diagnosis code” may be reported
  • the invention thus provides a method and a device for detecting and monitoring the condition in the sense of condition-based monitoring, service and diagnosis of bearings, rolling bearings and slewing bearings as well as for slewing rings.
  • the advantages of the invention benefit the serviceability and diagnostic capability of the monitored subassembly or component, such as a bearing, slewing bearing or slewing link.
  • the invention offers improved properties in terms of software modeling and analysis of the monitored assemblies or components, which may optionally be carried out following the state detection and condition monitoring.
  • These software-technical modeling and analyzes can be carried out, for example, in a central or control computer, which is preferably spatially separated from the respectively monitored module or components, or from the monitored module or component.
  • the invention is a new way with respect to the previous ideas in the current state of the art described above.
  • the prior art shows a variety of solutions that incorporate sensors and electronics into the track system to detect readings within the track system.
  • the inventive concepts provide a system solution for detecting at least one of the following three conditions: "lubrication effect” or “lubricant state” or “wear state.”
  • the solution according to the invention succeeds particularly well if a state recognition and condition monitoring system is represented. which by periodic, preferably permanent, in particular continuous-time, evaluation of signals and measured values enables the detection and evaluation of such state changes, which can have a negative effect on the life of an assembly or component.
  • the respectively to be monitored assembly or component, such as a bearing or a rotary joint is monitored accordingly by the inventive solution under the condition to realize at least temporary or periodic, but preferably permanent, recording of actual values or actual data, which continuously and, if possible, without interruption, be synchronized with stored TARGET values or TARGET data.
  • a knowledge database that can be externally located or attached, such as in the central computer described above, decisions about the current state of, for example, the monitored warehouse or the monitored rotary connection are made with the aid of statistical probabilities.
  • the terms 'knowledge database', 'knowledge base' and 'knowledge database' are to be understood as equivalent in the context of this description.
  • This knowledge database can either be created or be present in a (highly developed) IT and electronic system, or it can also be created or existing in the central computer described above.
  • THRESHOLD data or THRESHOLD values predefined characteristic maps and operating patterns, so-called KNOWLEDGE data or KNOWLEDGE values, are stored in this knowledge base ("knowledge base”) Frame of the description explained later.
  • These bearing noises, as well as possibly secondary signals or sibling signals, can be amplified and filtered subsequently, for example, and evaluated.
  • the evaluation of these recorded bearing noise and possibly the secondary signals generated according to the invention probikelsbehaftete, but in most cases and technically usable, knowledge or conclusions about the current conditions inside the component or component, such as the bearing or the rotary joint.
  • second sensors sensors with a subordinate function
  • second signal in the conceptual sense are to be understood in the context of the description of such signals, which can be recorded or detected by means of juxtaposed sensors.
  • Such a “side signal” or “secondary signal” may be, for example, but not limited to, a detected signal, a sensed value, or a sensed datum in terms of speed, / position, / acceleration, / temperature, / pressure / or
  • Lubricant condition In a further embodiment of the invention can also be
  • the sibling sensor both current operating conditions, ie current instantaneous values, as well as over a certain period of time averaged states, so for example, the average speed, the average acceleration, the average temperature, the average pressure, or the average lubricant state can record or capture.
  • the bearing or the rotary joint can be any of the shapes and types of rotary joints or rolling bearings or slewing bearings and torque bearings common in the history and current state of the art, for example but not limited to: single or multi-row four-point bearings, cylindrical roller bearings, combination bearings, cross roller bearings , Tapered roller bearings, wire bearings, single or multi-row special rotary joints, ball slewing rings, roller slewing rings.
  • This particular bearing or each rotary joint serves either the axial and / or the radial absorption of forces and moments.
  • a further embodiment of the invention also allows the use of deep groove ball bearings, self-aligning ball bearings, single or double angular contact ball bearings, thrust ball bearings, needle roller bearings and spherical roller bearings, spherical roller bearings, and even Toroidalrollenlagern.
  • the named contact sensors optionally in conjunction with additional juxtaposed sensor, also on outer surfaces of the rotary joints of rotary actuators on or be introduced.
  • the attachment or insertion of the contact sensors on the housing or the contour, or on parts of the housing, the rotary actuators is possible and according to the invention.
  • a swivel drive also referred to as “swivel drive” in the literature (“swivel drive”, “slew drive” or “pivoting drive”), differs from slewing rings (“slewing ring”) “or” slewing ring ”) or of rotary or torque bearings (English:” Rotational bearing “or” torque bearing ”) in that the rotary drive in the rotary drive or the bearing there has toothed elements and these toothed elements in direct contact with a Worm shaft stand.
  • This worm shaft can be rotated by a hydraulic or electric motor or by a pump, which consequently transmits the rotational movement via the meshing flanks of the worm gear teeth to the toothed elements of the rotary joint or the bearing.
  • the contact sensors are suitable both for use in worm gears slew drives, as well as for use with pinion-driven slew drives.
  • the sibling sensor is suitable both for use with worm gears slew drives, as well as for use with pinion-driven slew drives.
  • the contact sensors are attached to the outer surfaces of the bearing or the rotary joint or are introduced, for example, are firmly adhered. It is also possible and conceivable to coat the contact sensors on or onto one or more of the outer surfaces, or alternatively to laminate the contact sensors into the layer sequence of the respective outer surface, as long as the structures and dimensions of the contact sensor allow this type of mounting or insertion. The same applies to the sibling sensors.
  • contact sensor is used synonymously with the term “contact sensor assembly”.
  • Such a “sensor mat” or such a “sensor network” is also a “contact sensor” within the meaning of the invention.
  • Such contact sensors, as well as any discrete contact sensor or contact sensor module can act as a relatively trivial pickup or detector, which is capable of detecting signals or noises only physically, as well as a more intelligent sensor (“smart sensor”) connected logic or electronic module, possibly even with pending microcontroller, wherein such an intelligent sensor, the detected values, signals or data, for example, the recorded noise, by means of an integrated microprocessor and control unit and calculator, and optionally in this microprocessor integrated memory and interface modules, All states of expression of such an intelligent sensor just mentioned are within the meaning of the invention.
  • the contact sensor according to the invention or the contact sensor according to the invention has one or more means for physical recording or detection of the signals or noises.
  • This particular means for the physical recording or detection of noise by means of the contact sensor can basically be divided into three categories.
  • sibling sensor At least, for example, in the most trivial and cost-effective state of expression, has a sibling sensor on or more means for physically recording or recording sibling signals on.
  • a secondary sensor can act as a transducer or detector, which sibling signals only physically capable of detecting, as well as a relatively intelligent sensor (analogous to the above) with pending logic or electronic assembly, for example by means of an integrated microprocessor and control unit and calculator, and optionally integrated Memory and interface blocks. All states of expression of such an intelligent sibling sensor just mentioned are within the meaning of the invention.
  • Contact sensors with piezoelectric sensors are expediently according to the invention directly, i. physically, on the surface or contour of the monitored assembly or component or introduced.
  • a sensor-internal membrane which can contact the surface or contour flat or punctiform, is preferably connected to the inside of the contact sensor. If noises, vibrations, vibrations in the monitored assembly or component occur, these noises are picked up by the contact sensor as follows: This vibration is similar to multiple mechanical changes in position and / or expansion of the diaphragm. These mechanical changes are transmitted for example to physically attached to the membrane piezo elements.
  • mechanical changes of the piezoelectric material produce electrical potential differences, preferably at the ends of the piezoceramic. Electrical potential differences cause electrical voltage. This electrical voltage is forwarded to an interface.
  • the piezoelectric transducer can be dispensed with the sensor internal membrane.
  • Contact sensors with inductive pickups are preferably also directly / physically on the surface of the monitored module or component or introduced. See above.
  • An internal sensor membrane can be set in vibration by the recorded signals or noises. This vibration is similar to multiple mechanical changes in the location and / or extent of the membrane. These mechanical changes are transmitted, for example, to permanently attached to the membrane permanent magnets, wherein the respective permanent magnet is immersed in a coil or is movable along this coil, ie relative to the coil.
  • electrical induction mechanical changes in the position in a magnetic field produce electrical potential differences. Electrical potential differences cause electrical voltage. Electrical potential differences cause electrical voltage. This electrical voltage is forwarded to an interface.
  • the sensor-internal membrane can be dispensed with.
  • a coil can move within a permanent magnetic core, ie move relative to the permanent magnetic material, and thus induce voltage.
  • both magnetic poles are formed of electromagnets. Then the induction takes place by the relative movement of these two magnetic poles to each other.
  • the operating principle of such an inductive pickup based on the principle of a moving conductor in combination with a magnetic field. Electrical potential differences cause electrical voltage. This electrical voltage is forwarded to an interface.
  • An internal sensor membrane can be set in vibration by the recorded signals or noises. This vibration is similar to multiple mechanical changes in the location and / or extent of the membrane. For example, these mechanical changes are transferred to one or more electrodes or electrodes physically attached to the membrane. According to the laws of electrical engineering, mechanical changes in the electric field produce differences in capacitance which cause electrical potential differences. Electrical potential differences cause electrical voltage. This electrical voltage is forwarded to an interface.
  • the sensor-internal membrane can also be dispensed with here.
  • An elastic solid can, in contrast to the fluid at rest in addition to normal stresses and shear stresses record. Therefore, two types of structure-borne sound waves can propagate in the infinite solids on all sides, namely as longitudinal waves and transverse waves. These waves propagate independently of each other. In both cases, the speed of sound is largely independent of the frequency. The speed of sound is influenced by the density, the shear modulus (in transverse waves) and the elastic modulus (in longitudinal waves).
  • the assemblies and components to be monitored or monitored are solid bodies, preferably solid bodies with delimiting surfaces and contours, for example with planar contact surfaces or axial or radial rounded outer surfaces.
  • longitudinal waves and transverse waves are coupled to form further types of mechanical structure-borne sound waves.
  • the most important wave type are the bending waves where bending deformations occur.
  • the speed of sound of these waves is significantly lower than that of the longitudinal waves and transverse waves and it is frequency dependent (dispersion).
  • flexural waves usually carry significantly more sound energy and are the main cause of the radiation of airborne sound.
  • the contact sensor according to the invention or - quite generally - the contact sensor located in a system basically serves as a transducer / detector for these .Ge syndrome '.
  • the state detection and condition monitoring system is capable of evaluating both the 'sounds' picked up / detected by the contact sensors, as well as processed signals / data / values for other applications put.
  • these operating states can be:
  • the installation of adjacent sensor not only on the bearing or on the rotary connection in the sense of the invention makes sense, but it has proved to be advantageous sibling additionally in or on the generator and in or on the main gear, and in or on the Gondola, in a further embodiment of the invention, for example, as a wind speed meter on the gondola to install.
  • the state recognition and condition monitoring system satisfies the following property requirements: Compatibility with current EDP and IT systems, in particular with highly developed IT and electronic systems, high degree of automation, retrofittability with marketable software and operating systems, web-basedness, documentation capability and support of reporting functions.
  • the IT and electronic system according to the invention is connected or connectable with at least one, preferably with several, evaluation units, for example mechatronic or electronic evaluation units.
  • these evaluation units are part of the IT and electronics system.
  • the subject state recognition and condition monitoring system includes or includes at least one such, possibly sophisticated, IT and electronic system and at least one knowledge database, and at least one of the above-described contact sensors, but preferably a network of several of the contact sensors described above, and at least one of the above-described sibling sensors or a composite of juxtaposed sensors. All sensors, both contact sensors and sibling sensors, can by means of electrical lines to be detected or monitored component or to be detected or monitored component, ie for example by means of electrical lines or bus lines, which lead from and to the camp or for rotary connection be. However, preferred is wireless communication technology.
  • the mode of operation of the contact sensors is based on the above-described active principle of recording / detecting noises.
  • the recorded / recorded signals / data / values are evaluated by means of later "noise" analysis. All just mentioned sensors are usually in a preferred embodiment in the immediate vicinity of the component to be monitored or the component to be monitored.
  • the electrical voltage which is present at the output of such a contact sensor, for example at the output of the inductive or capacitive or piezoelectric sensor, and optionally controlled and observed by additional electrical measuring devices, is forwarded to a partner unit, preferably the evaluation unit, optionally with prior amplification or filtering the signal / date / value.
  • a partner unit preferably the evaluation unit, optionally with prior amplification or filtering the signal / date / value.
  • This process step of amplification or filtering is optional and can be omitted with sufficient quality of the information.
  • this amplification or filtering of the signal / date / value can take place in an evaluation unit and / or in the IT and electronic system.
  • anti-aliasing filters can be used when recording / detecting the abovementioned "noises" by means of the contact sensor system. For example, with 10 kHz frequency noise, a signal sampling rate of 20 kHz is used.
  • the control of the filtering is preferably done by the sophisticated IT and electronics system.
  • the filtering of signals can also take place within the described evaluation unit.
  • the evaluation of component noises obtained by means of contact sensors, for example bearing noise, and optionally detected secondary signals makes it possible to find characteristic frequency components and sound amplitudes: For example, damage in a bearing or in a rotary connection can influence both the amplitudes of the tooth engagement vibration and its harmonics, as well as other modulation oscillations cause.
  • the recorded / detected noise spectrum is then changed in comparison to the noise spectrum of a defect-free bearing or a defect-free rotary joint.
  • the operation of the sibling sensors can be based on different or more active principles, for example on the temperature measurement and / or pressure measurement and / or speed measurement and / or acceleration measurement and / or speed measurement and / or lubricant state determination, possibly also on the basis of incremental sensor technology, as shown in Position detection is known.
  • vibration variables can be read out of the signals / data / values of the contact sensors and, if appropriate, taking into account signals / data / values of the sibling sensors, or in one of them, optionally externally mounted , Evaluation unit (s), converted or determined: sound pressure, sound pressure level, sound velocity, sound deflection, sound acceleration, sound intensity, sound power, sound energy density, sound flow, et cetera.
  • the at least one evaluation unit is also capable of carrying out this determination. If intelligent sensors described above are used in the sense of the invention, the above-mentioned vibration variables can, if necessary, also be calculated within the intelligent sensor or within the intelligent sensor network in a technically very sophisticated embodiment of the invention.
  • All detected / recorded signals / data / values which are not in direct physical connection with the above-mentioned vibration variables are therefore secondary signals such as, for example, actual or average temperatures and / or pressures and / or rotational speeds and / or accelerations and / or speeds and / or lubricant states , etc., are recorded / recorded exclusively by means of the sibling sensors in the sense of the invention.
  • the value, signal or data connection between the contact sensor and the optionally externally mounted evaluation unit, as well as the value, signal or data connection of a secondary sensor with an evaluation is based on currently common protocols and intelligence services.
  • the wireless (English: “wireless”) connection of all sensors to the evaluation unit is always pronounced:
  • the transmission thus takes place, for example, via radio link (s) rather than via discrete lines or bus lines
  • Sensor system both the contact sensor and the sibling sensor, advantageously each have its own power supply
  • Embodiment of the invention is the fact that the above-described problem of winding or tearing of wires is not given.
  • the solution according to the invention of the state recognition and state monitoring system is furthermore able to compare the detected (electrical) signals / values / data with the specified limit values of the module to be monitored or the component to be monitored, for example a bearing or a rotary connection in FIG to hire a wind turbine.
  • occurring measurement fluctuations such as speed fluctuations during dynamic operation of the module or component, are taken into account.
  • An IT and electronic system according to the invention is fundamentally capable of at least supporting the following three arithmetic operations, but ideally carrying them out themselves:
  • This order analysis is to be understood as the mapping of the recorded frequency spectra as order spectra.
  • the state detection and condition monitoring system is in principle technically capable of monitoring the following components or components:
  • Blade bearing (English: “blade bearing")
  • monitoring warehouses may be provided with a plurality of, for example at least one, possibly even altogether between two and ten, contact sensors for recording / recording of noise signals / values / data, the so-called, actual values or actual data.
  • a total of four contact sensors per bearing for example, on the axial outer surface and on the axially parallel offset lower outer surface, glued, welded or soldered, laminated in the paint layer sequence, screwed or plugged or clamped, or simply by means of installation, - assembly -, or holding plate or holding devices attached.
  • an "outer surface” in the sense of the invention not only is the area on the radially outermost side of a bearing to be understood, but: within the meaning of the invention, an "outer surface”, in the later course simply referred to as “surface” or each planar or rounded 'contour' that physically limits the assembly or component to be monitored.
  • any body surface that separates the solid of the supervising assembly or component from another body is to be understood as an "outer surface” or “surface” or “contour”. Accordingly, for example, always the radially inner circular surfaces of a bearing or a rotary joint, or all the assembly or component axially upper and lower bounding surfaces, as 'surfaces' or 'outer surfaces' or 'contours' to understand.
  • the actual values or actual data of the bearing noises recorded by the contact sensor (s) temporarily, periodically or permanently are always, ideally even continuously, adjusted to desired values or desired data of the bearing noises.
  • desired values or desired data can either be stored or stored in the (highly developed) IT and electronic system, or also in the control or central computer described above, but preferably in the at least one evaluation unit.
  • a redundant storage of the data is conceivable and within the meaning of the invention.
  • the desired values or desired data are stored directly, possibly redundantly, in the memory of intelligent contact sensors.
  • the sophisticated IT and electronic system and the control or central computer form a unit.
  • the above defined limit value exceeds, one or more decisions about the current noise condition of the monitored warehouse is made with the aid of the knowledge database according to the invention.
  • This current noise state that is to say all respective actual values or actual data of the currently recorded / detected bearing noises, is stored temporarily or periodically or permanently in at least one IT and electronic system, so that there is a state model of the current one Noise state, as well as past / previous noise states, can map.
  • the actual values or actual data of the operating states recorded / recorded by means of subordinate sensor technology at all times, periodically or even permanently are always, ideally even continuously, calibrated with nominal values or nominal data of these operating states.
  • These desired values or desired data can either be stored or stored in at least one sophisticated IT and electronic system, or else in the control or central computer described above, but preferably in the evaluation unit. A redundant storage of the data is conceivable and within the meaning of the invention. In an advantageous embodiment of the invention, however, the desired values or desired data are stored directly, possibly redundantly, in the memory of intelligent contact sensors.
  • This current operating state ie all respective actual values or actual data of the currently recorded / detected operating states, is stored temporarily or periodically or permanently in at least one IT and electronic system, so that there a state model over the current noise state, as well as past / previous noise states, can be mapped.
  • This knowledge database alternatively the highly developed IT and electronic system or even the central or control computer, but preferably the at least one evaluation unit, in the further embodiment of the invention even an intelligent sensor itself, always performs a comparison, a so-called comparison or comparison, of recorded / captured actual data or actual values with stored nominal data or nominal values.
  • the comparison of actual and target values serves to generate signal, data or value differences.
  • This difference formation takes place, for example, as an internal arithmetic operation.
  • the values or data thus calibrated or adjusted, that is to say the value or data differences formed are to be understood as comparison or comparison data or "differential data" and are referred to as DIFF values or DIFF data in the context of this description.
  • This difference formation for example, satisfies the following relationship:
  • limit or threshold data THRESHOLD data or THRESHOLD values.
  • limit or threshold values or limit or threshold data are respectively empirical data which are preferably stored or stored in the knowledge base or knowledge database and statements about permissible maximum state values, for example maximum frequency but also maximum permissible temperature, maximum permissible acceleration, maximum permissible pressure, maximum permissible voltage, maximum permissible speed , etc. include.
  • Experience data ie THRESHOLD data or THRESHOLD values
  • KNOWLEDGE data or KNOWLEDGE values can be derived from predefined maps and operating patterns, for example so-called KNOWLEDGE data or KNOWLEDGE values - differ in that KNOWLEDGE data or KNOWLEDGE values have a plurality of THRESHOLD data or THRESHOLD values.
  • WISSENS data or KNOWLEDGE values represent a sequence or function of a plurality of THRESHOLD data or THRESHOLD values.
  • THRESHOLD data or THRESHOLD values can be stored or stored in a sophisticated embodiment of the invention in the sophisticated IT and electronic system, or even in the control or central computer described above. Also, a redundant storage of THRESHOLD data or THRESHOLD values is conceivable, for example, the temporary storage or caching in one or more evaluation units. In the most advantageous embodiment of the invention, however, THRESHOLD data or THRESHOLD values are always stored or stored in the knowledge database or in the sophisticated IT and electronic system and can temporarily (temporarily) be buffered or paged out in one evaluation unit or several evaluation units.
  • an intelligent sensor itself can also take over storage of THRESHOLD data or THRESHOLD values.
  • This monitoring of the permissible thresholds or limits ie the monitoring of the two just mentioned rules according to the arithmetic of the described true / false comparison rules, will be temporary, periodic, or even permanent at least in at least one evaluation unit and / or in the sophisticated IT and electronics system carried out. This is done, for example, as an internal arithmetic operation. Alternatively, this monitoring of the permissible limit values is performed equally or redundantly in at least one central or control computer, if necessary in a remote control center.
  • an intelligent sensor itself can take over the above-mentioned monitoring of the permissible threshold or limit values.
  • This monitoring of the permissible thresholds or limits ie the monitoring of the two just mentioned rules according to the arithmetic of the described true / false comparison, is at any rate periodically or permanently stored at least in an evaluation unit and / or in the highly developed IT and electronic system, so that there a state model over the respective current limit state, as well as over past / previous limit states, can be mapped.
  • an internal counting mechanism responsible for this is preferably incremented in each unit in which this true / false comparison is carried out.
  • monitoring of thresholds or thresholds may occur for underruns. If the arithmetic of this true / false comparison leads to undershoots of the permissible limit value, a corresponding internal counting mechanism is also incremented.
  • Detected exceedances of the respective permissible threshold or limit value and / or optionally additionally or alternatively also underruns of the respective permissible threshold value. or limit values can thus always be recognized by the system according to the invention, optionally further reported and / or further processed, but in any case stored and tracked with regard to the frequency of occurrence.
  • All of the arithmetic operations that sequentially follow this threshold or limit value monitoring are preferably carried out at least in this knowledge database or at least in this highly developed IT and electronic system.
  • One or more detected overruns (optional or alternative: underruns) of the respective permissible threshold, or limit value can initiate an automated message or message to the control or central computer in a particularly advantageous embodiment of the invention, which, for example, in a remote Control Center can stand.
  • this automated message or message is issued to at least one software application or application which is operated in or by the state recognition and condition monitoring system according to the invention.
  • this message or message is transmitted over a network, for example, such as a local area network, such as via LIN, MOST, Ethernet Professional, FleyRay, Bus, or basically via a network based on the IEEE 802 standards, transmitted.
  • this message transmission is wireless, such as via WLAN, Bluetooth, SMS message, mobile message, et cetera.
  • This automated message or message can preferably and be made by the system operator either adjustable, depending on the existing Bushardware or existing communication system, as a wireless or wired e-mail message, as a voice message, as a wireless message, or as a bus-bound data field message.
  • fax message transmissions are also conceivable and within the meaning of the invention.
  • a separate warning data message is issued, referred to below as the so-called 'MESSAGE / DATA_ALERT' message in the context of the description, to this control or central computer.
  • This separate alert data message may also be communicated internally within the sophisticated IT and electronics system, optionally in the earlier first method step, for example, to initiate an assessment or weighting or state analysis.
  • these separate warning data messages are stored in a designated memory area and, if necessary, tracked for documentation and recording purposes.
  • this separate warning data message is also issued, if appropriate in addition, to at least one mobile radio system, for example to at least one portable radio system, for example to at least one radio or mobile telephone.
  • Experience data ie THRESHOLD data or THRESHOLD values
  • KNOWLEDGE data or KNOWLEDGE values can differ, for example, from predefined maps and operating patterns-the so-called KNOWLEDGE data or KNOWLEDGE values-in that KNOWLEDGE data or KNOWLEDGE values contain a multiplicity of THRESHOLD data or THRESHOLD Values.
  • KNOWLEDGE data or KNOWLEDGE values represent a sequence or function of a plurality of THRESHOLD data or THRESHOLD values.
  • KNOWLEDGE data or KNOWLEDGE values are consequences or functions of, as component or component damaging known operating pattern '.
  • the evaluation of the temporal occurrence sequence of detected overruns or underruns of the respective permissible threshold, or limit value in the context of the invention depends on the number and quality / quality of the KNOWLEDGE data or KNOWLEDGE values stored in the knowledge database, that is to say depending on the Number and quality / quality of the maps and known operating patterns, in particular depending on the number and quality / quality of stored in the knowledge base, as component or component damaging known operating pattern '.
  • this separate alert data message is initially communicated internally only within the sophisticated IT and electronics system, for example, to initiate an assessment or weighting or state analysis.
  • these separate warning data messages are also stored here in a memory area provided for this purpose and, if necessary, tracked for documentation and recording purposes.
  • this separate warning data message is also issued, if appropriate in addition, to at least one mobile radio system, for example to at least one portable radio system, for example to at least one radio or mobile telephone.
  • all outgoing MESSAGE / DATA_ALERT messages or messages can also be sent encrypted or coded, so that only corresponding receiving stations that know the decryption key or the decryption key, the MESSAGE / DAT A_ALERT Receive or decode or interpret messages or messages.
  • all outgoing MESSAGE / DATA_ALERT messages or messages may also be configured so-called WEB 2.0 media network compatible, so that corresponding WEB 2.0 receiving stations receive and decode the MESSAGE / DATA_ALERT messages or messages or can interpret.
  • the long-term goal of this particularly advantageous future embodiment of the invention is the creation of a self-learning and self-optimizing knowledge base, which continuously improves, if necessary sharpen, the operating pattern known as component or component damaging, and independently increases in number and quality / quality.
  • L Line connection Discrete LW Wireless connection: Bluetooth line / Network line / Connection / WLAN connection / Bus line Radio connection
  • resistor / network 14 signal / date / value
  • Bus system / system bus 26 Housing It is detected by the state recognition and condition monitoring system (100) according to the invention, in particular due to the method step or routines described above, for example a bearing damage present at an internal location in a wind energy main bearing, such as a bearing recess or an edge breakout, since this damage will cause cyclic or periodically recurring, or even continuous, noise in the quiet running of this main wind energy bearing, which is detected / picked up by the contact sensor.
  • a bearing damage present at an internal location in a wind energy main bearing such as a bearing recess or an edge breakout
  • this noise as soon as it exceeds the respective maximum permissible limit values, is recognized by the evaluation unit, for example, and forwarded internally, for example in the highly developed IT and electronic system.
  • the above-described separate warning data message is issued as soon as a number of the respective maximum permissible limit exceedances reaches a critical number - or as soon as the time period of these multiple detected limit exceedances corresponds to an operating pattern known as a component or component damage profile or a SAMPLE_k ri ti.
  • a component pattern known as a component or component damage occurs, at least periodically, or at best even permanently, a comparison or comparison of the actually existing actual states with those in the respective one Memory retrievable, DESIRED states.
  • the inventive system can match the actually recorded / recorded noise or noise pattern and the in the knowledge database stored sound pattern SAMPLE_k ri , determine that there is a Lagerfrcorro depression or an edge breakout.
  • a corresponding separate alert data message is transmitted to the appropriate authority, such as the remote control center, immediately after this discovery.
  • the data-processing processing of detected transgressions can take place via remote data transmission via radio, WLAN, UMTS or mobile radio link, local network, LAN, Ethernet bus system, Profibus, TCP / IP, et cetera.
  • the states of the monitored components of a wind turbine can also be observed from a (over long distances) remote control center, in which, for example, the above-mentioned control or central computer is constructed.
  • Data analyzes with regard to past / previous noise states, or even past / previous limit states, or also past / previous operating states can thus always be carried out and carried out via a control center, which may be located far away, possibly over long distances.
  • Fig. 1 shows an exemplary embodiment of the state recognition
  • Condition monitoring system showing a monitored bearing or a monitored rotary joint, wherein four contact sensors and two secondary sensors are mounted, in schematic representation, comprising two evaluation units, which is connected to an IT system (which includes the knowledge base).
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of the state recognition
  • Condition monitoring system indicating a monitored warehouse or a monitored rotary connection, wherein four contact sensors and two secondary sensors are mounted, in schematic representation, comprising three evaluation units, which is connected to an IT system (which includes the knowledge base).
  • This IT system is wirelessly connected to a remote central or control computer.
  • Fig. 3 shows an exemplary embodiment of the state recognition
  • Condition monitoring system showing a monitored warehouse or a monitored rotary connection, wherein five contact sensors and a secondary sensor are mounted, in a schematic representation, comprising two evaluation units, each with an IT system (which includes the knowledge base) is connected. Each of these IT systems is wired to a remote central or control computer.
  • Threshold exceeded as well as the generation of alerts and transmission of these alerts to the central or control computer.
  • FIG. 5 shows by way of example a contact sensor according to the piezoelectric principle, which is based on the
  • Fig. 5a shows by way of example a further contact sensor according to the piezoelectric principle, but as an intelligent sensor, i. with connected microcontroller and associated components (interfaces, calculator, control unit, housing, etc.)
  • Fig. 6 shows a contact sensor according to inductive principle, here as intelligent
  • Filtering module. 7 shows by way of example a contact sensor according to the capacitive principle.
  • the system structure according to the invention in the immediate vicinity of the component to be monitored for example the wind energy main bearing (K), will be described below:
  • Fig. 1 with 3 show the state recognition and condition monitoring system (100) for at least temporary, possibly even permanent, (value, signal or data technology) detection and monitoring of state parameters of at least one module (K) or Component, or even sub-elements of this assembly or component, in particular at least one bearing or a rotary connection, for example, in or on a wind turbine, with four attached to this module or component (K) or introduced contact sensors (3), which directly depending on or in a place of introduction (A) are introduced.
  • FIGS. 1 and 2 show four of these locations (A) on a flat or rounded surface (1) or contour of the bearing (K).
  • these sensors (3) can be introduced by means of screwing / plugging / welding / soldering / gluing or
  • Each contact sensor (3) is connected directly or indirectly with at least one evaluation unit (E) or an evaluation module (E) for the purpose of forwarding signals / data / values (4, 5, 14), values, signals or data.
  • evaluation unit (E) or an evaluation module (E) for the purpose of forwarding signals / data / values (4, 5, 14), values, signals or data.
  • secondary sensors (20) The same applies to secondary sensors (20).
  • Each evaluation unit (E) is preferably an electronic evaluation unit which receives the signals / data / values (4; 5; 14) of the contact sensors (3) or secondary sensors (20) in terms of value, signal or data, and optionally with prior amplification or filtering (60; F / V).
  • all contact sensors (3) send signals / data / values (4, 5, 14) to a special, first, evaluation unit (E), and all secondary sensors whose signals / data / values (4, 5; 14) to another, second evaluation unit (E).
  • 1, 2 and 3 have the common feature that the transmission of signals / data / values (4, 5, 14) can be conducted either line-bound (L), for example via discrete lines (L) or via local networks based on the IEEE 802 standard, but preferably wireless (LW) takes place.
  • LW wireless
  • wireless transmission requires separate power supply to those devices that are not connected or connected to the power grid.
  • K WKA store
  • FIG. 5 shows by way of example a contact sensor (3) according to the piezoelectric principle, which is applied to the surface (1) of the bearing to be monitored (K), characterizing the mechanical change within the piezo core (9), as well as the principle of electrical signal generation (4th ), which is applied to the sensor interface (22).
  • Fig. 5a describes schematically a contact sensor (3) according to just described
  • piezoelectric principle but in the preferred embodiment as an intelligent sensor, i. with connected microcontroller (6) and associated blocks
  • a contact sensor (3) according to an inductive principle, also as an intelligent or “smart” sensor, ie with connected microcontroller (6) and associated components such as processor (15), interfaces (22, 23, 19, 24) , Calculator (17) or control unit (16), housing (21) and further comprising a gain and optionally filtering module (F / V; 60).
  • Characteristic of this inductive sensor (3) are those on the surface or contour (1) insertable or attachable membrane (7), the permanent magnetic element or module (10), the inductive or coil element (1 1).
  • FIG. 5a shows that as an intelligent sensor, ie having at least one memory (18) for storing data or values, for example of desired, and / or THRESHOLD data or values, or else for the method appropriate data or values.
  • Fig. 5a also has a common housing (26), ie the sensor (3) and is connected to a microcontroller (6).
  • contact sensors (3) are mounted on the bearing to be monitored or on the rotary connection (K) to be monitored, or on the component to be monitored or bearing or component segment (K), for example at several points (A). of the bearing, preferably at a respective defined point (A) per bearing or component segment.
  • the contact sensors (3) and / or the secondary sensors (20) can be fixed with the help of holding devices such as installation, mounting, or holding plates in or at the point of introduction (A; B).
  • these contact sensors (3) are adjacent to each other at almost the same distance. If, for example, three contact sensors are used to monitor a bearing ring (K), then the contact sensors (3) are mounted at intervals of 120 ° to each other on the bearing ring (K) to be monitored. On the other hand, if, for example, six or eight contact sensors are used for monitoring, then they are mounted at intervals of 60 ° or 45 ° to each other on the bearing ring (K) to be monitored.
  • This "sensor mat” or “sensor network” contains a mesh or network of many discrete, but electrically interconnected or connectable, contact sensors. In order to enable a simplified installation on the bearing ring, this "sensor mat” can be modeled on the contour of the bearing ring to be monitored, but it is of greater importance that no load-bearing parts of the bearing ring (K), such as screws, nuts, Anschraubbohrept, screw holes, lubricating inlet and / or outlet bores, etc. are touched or covered by the "sensor mat”.
  • this "sensor mat” or this "sensor network” can also be applied by physical means to the component to be monitored, for example on the bearing ring (K) to be monitored or on the surface (1) of the rotary joint ring to be monitored.
  • the use of such a "sensor mat” or such a “sensor network” is conceivable, which were prepared by manufacturing processes for the production of microelectronic components or integrated circuits, for example by sputtering or CVD method. It is therefore also conceivable within the meaning of the invention that contact sensors (3) are used which consequently comprise semiconductor-based circuits.
  • the production of such microelectronic circuits takes place by methods of semiconductor technology (production of the components on a substrate and in monolithic circuits, the wiring) and construction and connection technology. In this case, methods of thin-film technology can be used.
  • the contact sensors (3) according to the invention are to be understood in general, as in the example of the wind energy main bearing, as a noise pickup or noise detector and can, for example, detect noise in the entire structure-borne sound frequency band, for example in the range of 0.01 Hz to> 20 kHz / record (hence the entire range of human-audible sound), but also largely beyond, for example, in the megahertz range.
  • the speed of sound in metal materials - as for example in the steel of bearing constructions - can basically, depending on the composition and / or Alloy and temperature of the metal, between 2.5 * 1000 m / s and 6.5 * 1000 m / s amount. As a rule, the speed of sound is lower at low temperatures than at high temperatures.
  • the contact sensors (3) which are attached to the wind energy main bearing (K), for example, be piezoelectric sensors and are each in permanent physical contact with one of the bearing rings, and detect the electrical potential changes resulting from the structure-borne noise at the respective point of introduction. Structure-borne noise occurs during operation of the bearing (L) or the rotary joint. Advantages in the use of piezoelectric contact sensors is the relatively good usability of the detected signals, ie the detected signals or voltages need not be filtered many times in subsequent stages.
  • contact sensors can be used here alternatively or additionally inductive or capacitive sensors.
  • eddy current sensors can optionally be used as contact sensors (3) in a very broad / alternative embodiment of the invention.
  • eddy current sensors generates an alternating field in the electrically conductive object (bearing) eddy currents, resulting in Joule losses.
  • Ultrasonic sensors are basically usable as contact sensors. In particular, smaller defects can be detected precisely by means of ultrasonic sensors.
  • noise sensors can be used as contact sensors. Especially in the monitoring of slewing rings and bearings in wind turbines noise sensors are recommended.
  • the contact sensors (3) are not directly, but indirectly connected to the module (K) or component to be monitored, for example via a mounted on this module or component, preferably welded or screwed, carrier apparatus.
  • the respective installation location of such a support apparatus then defines the location or location (A) for the respective contact sensor.
  • filigree or small-scale seismometer sensors can be used to detect structure-borne noise, but those portions with longer wavelengths.
  • one or more sibling sensors (20) not directly, but indirectly connected to the module or component to be monitored, for example via a mounted on this module or component, preferably welded or screwed, carrier apparatus.
  • the respective installation location of this type of carrier apparatus then defines the location or location (B) for the respective sibling sensor.
  • rolling elements generate corresponding rolling noise during their rolling or sliding movement in the raceway system.
  • the basis for this is the different propagation velocity of the longitudinal and transverse waves as well as their reflection and diffraction at the bearing structures.
  • These rolling noise occur as characteristic frequency components in the structure-borne sound frequency band.
  • the acoustic properties of the bearing components and the technical condition wear of bearings, chips in the bearing, too little lubricant, too much lubricant, cyclic knocking at certain positions, etc.
  • cracking and pitting may be detected, some already many hours of operation before these cracks or defects in the bearing or in the rotary joint lead to a material failure, which forces not only the bearing or the rotary joint, but also the entire system attached to the repair standstill would.
  • sensors with a secondary function (20) serve as sensors for recording or recording of temperature, pressure, speed, acceleration and lubricant state data. Likewise, positions can be recorded or recorded. For this purpose, common temperature, pressure, speed, acceleration, lubricant state or incremental sensors can be used. All of these secondary function sensors (20) may be mounted in or on the component (K) to be monitored to provide flanking values across the metrology bearing and bearing to be monitored or stored.
  • the evaluation of the data / values / signals (4, 5, 14) obtained from the contact sensors (3) as well as the evaluation of the data / values / signals (4, 5, 14) obtained from the sensors with a secondary function (20) at least periodically or permanently, for example, always in real time.
  • a real-time-capable control unit or a real-time-capable control computer proves to be particularly helpful in the immediate vicinity of the component (K) or component (K) to be monitored, for example in the immediate vicinity of the warehouse (K) to be monitored or the rotary connection (K) to be monitored.
  • a controller or such a control computer invention which is present in the system in which the bearing or the rotary joint is installed, for example in the hub, in the nacelle or in the tower of a wind turbine.
  • the contact sensors (3) and the secondary sensors (20) in the above example are in the most advantageous form of the invention as intelligent sensor modules to design, ie with a respective associated microcontroller (6) including a small electronic data storage unit (18).
  • the respective power supply of each individual sensor (3; 20) can then take place, for example, via a supply in the vicinity of the bearing, or, for example, via easily attachable solar or photovoltaic cells, for example via stick-on solar or photovoltaic cells which, although exposed to solar radiation, however nevertheless be positioned near the respective sensor.
  • the evaluation of the data / values / signals (4, 5, 14) obtained from the contact sensors (3) and / or secondary sensors (20) always takes place in at least one external storage location, for example, evaluation unit (E) connected to the sensors via electrical lines.
  • the contact sensors (3) and / or secondary sensors (20) are thus electrically connected by means of electrical lines (L) to the evaluation units or to the evaluation unit.
  • the connection between contact sensors (3) as well as the secondary sensors (20) and evaluation (s) (E) without wired physical connection to the at least one evaluation ie wireless, (English: "Wireless", for example
  • wireless data traffic prevails between the at least one evaluation unit (E) and each sensor (3, 20) belonging to the monitored bearing.
  • CAN bus For example, but not limited to: CAN bus, LIN bus, etc. It is recommended in that embodiment, that the individual sensors (3; 20) their own power supply via the Obtain bus network. It is also recommended in that embodiment if the individual sensors each have their own internal memory (18).
  • the final assessment and categorization of the monitored component or the monitored component, for example of said wind energy main bearing, whether a functional component (K) or component (K), referred to simply as, i. O.LAGER 'is present, or whether a non-functional component or component, simplistically referred to as, ⁇ . ⁇ . ⁇ .-LAGER' is present, is always made with the aid of the knowledge database (WB), as described below:
  • the Knowledge Database (WB) has in its internal memory over several known as component or component damaging operating pattern ', which as a noise or noise pattern ) are stored in the knowledge base.
  • the inventive method is capable of up to four train, possibly even more, to distinguish the, known as a component or component damage known operating pattern 'with a certain probability of liability to distinguish.
  • the operating pattern 'SAMPLE' which is known as a component or component damage, can indicate an operating pattern which indicates wear on the bearing; for example, the operating pattern 'SAMPLE' 3 known as a component or component damage can indicate an operating pattern which causes shavings in the bearing to close; for example, the operating pattern known as component or component damaging A show an operating pattern which indicates that there are too few lubricants in the bearing;
  • the operating patterns' SAMPLE ', 4 and SAMPLE', 5 known as component- or component-damaging operating patterns can show different severity levels of the operating patterns, which indicate more or less advanced cracking in the career system; for example, that, known as component or component damaging Operating pattern 'SAMPLE_k ri , 7 show an operating pattern that indicates pitting in the career system, et cetera.
  • the eventual decision as to whether the component (K) monitored periodically or permanently by the condition detection and monitoring system (100), for example, the main wind energy bearing, is a " ⁇ . ⁇ .-LAGER" or an ⁇ . ⁇ . ⁇ .- LAGER ', is always carried out on the basis of a (statistical) probability statement, which is calculated in the highly sophisticated IT and electronic system (50), with access to the knowledge database (WB) according to the invention.
  • one or more fault memory entries are stored within the state recognition and condition monitoring system (100) according to the invention each time one or more operating patterns known as component or component damage occur.
  • Each of such "error codes” or “fault diagnosis codes” describes only one of the above-mentioned operating patterns known as component- or component-damaging.
  • the state recognition and condition monitoring system of the invention is capable of distinguishing up to four different "error codes” or "fault diagnosis codes”.
  • the knowledge base through mechanisms for self-learning and self-optimization probability statement in terms of 'known as component or component damaging operating patterns' recognized facts to improve, if necessary nachzuCrfen, and independent in number and quality / quality to increase.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Zustandserkennungs- und Zustandsüberwachungs-System (100) zur mindestens zeitweisen, gegebenenfalls periodischen, vorzugsweise sogar permanenten, werte-, Signal- oder datentechnischen Erfassung und Überwachung von Zustandsparametern mindestens einer Baugruppe (K) oder Komponente, oder gar von Teilelementen dieser Baugruppe oder Komponente, insbesondere mindestens eines Lagers oder einer Drehverbindung, beispielsweise in oder an einer Windkraftanlage, sowie ein zugehöriges Verfahren, gekennzeichnet durch: mindestens einen, vorzugsweise mehr als zwei, an die Baugruppe (K) oder Komponente anoder eingebrachten Kontaktsensor(en) (3), vorzugsweise welcher mittelbar oder unmittelbar anbringbar oder einbringbar ist an einem Einbringungsort (A), insbesondere an oder auf einer ebenen oder gerundeten Fläche (1) oder Kontur dieser Baugruppe (K), beispielsweise anbringbar oder einbringbar mittels Schraubung/ Steckung/ Schweißung/ Lötung/ Klebung oder Klemmung in der Nähe eines Lagerrings in einer Windkraftanlage, vorzugsweise eines Nasenrings oder Tragrings oder Halterings eines Großwälzlagers, alternativ welcher direkt anbringbar oder einbringbar ist an oder auf mindestens eine Innen- oder Außenfläche eines Blatt-, Haupt-, oder Turmlagers einer Windkraftanlage.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Erkennung
und Überwachung von Zuständen.
Die Erfindung betrifft ein Zustandserkennungs- und Zustandsüberwachungs- System zur mindestens zeitweisen, gegebenenfalls periodischen, vorzugsweise sogar permanenten, werte-, signal- oder datentechnischen Erfassung und Überwachung von Zustandsparametern mindestens einer Baugruppe oder Komponente, oder gar von Teilelementen dieser Baugruppe oder Komponente, insbesondere mindestens eines Lagers oder einer Drehverbindung, beispielsweise in oder an einer Windkraftanlage, sowie ein zugehöriges Verfahren. Die Erfindung kennzeichnend ist mindestens ein die Baugruppe oder Komponente an- oder eingebrachter Kontaktsensor, vorzugsweise welcher mittelbar oder unmittelbar anbringbar oder einbringbar ist an einem Einbringungsort, insbesondere an oder auf einer ebenen oder gerundeten Fläche oder Kontur dieser Baugruppe, beispielsweise anbringbar oder einbringbar mittels Schraubung/ Steckung/ Schweißung/ Lötung/ Klebung oder Klemmung in der Nähe eines Lagerrings in einer Windkraftanlage, vorzugsweise eines Nasenrings oder Tragrings oder Halterings eines Großwälzlagers, alternativ welcher direkt anbringbar oder einbringbar ist an oder auf mindestens eine Innen- oder Außenfläche eines Blatt-, Haupt-, oder Turmlagers einer Windkraftanlage.
Problem / Ausgangssituation / Stand der Technik:
Heutige Drehverbindungen und Wälzlager, beispielsweise Großwälzlager in Windenergieanlagen, sollen nach aktuellem Stand der Technik stets mit einem Schmiermittel (Öl oder Fett) geschmiert werden, um beispielsweise Reibungen zu vermindern, um Lagerfraß zu vermeiden und folglich möglichst hohe Lebensdauern der Lager und Laufbahnsystemkomponenten zu erreichen.
Viele Lager- und Anlagenhersteller erarbeiten interessante technische Lösungen, um Mangelschmierungs- und Verschleissprobleme, welche ein vorzeitiges Ausfallen der Lager oder Drehverbindungen und deren Laufbahnsystemkomponenten bewirken können, erfassen und überwachen zu können. Beispielsweise beschreibt die EP 2153077 B1 eine Vorrichtung zum Erkennen und Überwachen von Schäden bei Wälzlagern mittels Übertragung elektrischer Energie durch induktive Kopplung. Die EP 2306006 beispielsweise weist ein Zustandsüberwachungssystem für Windturbinen auf dergestalt, dass mehrere Beschleunigungssensoren verwendet werden, welche es ermöglichen, den Betrieb der Windturbine zu überwachen. Das Überwachungsmoment scheint sich auf die gesamte Anlage zu konzentrieren anstatt auf Teilgebiete davon. Die EP 0529354 betrifft hingegen eine Vorrichtung zum Überwachen des Wälzlagers an sich, wobei Sensoren im Wälzkörperbauraum zwischen den Wälzkörpern angeordnet sind, deren Daten auf elektromagnetischem Wege übertragen werden sollen. Letztlich stellt die EP 0637734 ein Überwachungssystem zum Messen der auf ein Wälzlager einwirkenden Belastungen dar, wobei diese Messung auf induktivem Wege mittels Verwendung von Spulen erfolgen soll, und Sensoren verwendet werden, welche innerhalb des Laufbahnsystems befindlich sind.
Nur wenige dieser Erfassungs- und Überwachungssysteme sind auch technisch ausgereift. Der Großteil dieser Systeme sind nicht vollumfänglich praxistauglich. Folglich haben sich bisher wenige dieser Systeme in der Lager- und Drehverbindungstechnik, beispielsweise beim Einsatz in Wälzlagern von Windenergieanlagen, tatsächlich flächendeckend durchgesetzt.
Viele Hersteller und Betreiber von Windenergieanlagen sind jedoch beispielsweise dazu übergegangen, Mangelschmierung und daraus resultierende Verschleissprobleme dadurch zu umgehen, dass eine permanente Zufuhr von frischem Schmiermittel sichergestellt wird. Die WO 2010/125000 beschreibt ein Lager für Windenergieanlagen einschließlich Flüssigkeitsbehältnissen (engl.:„fluid canister"), welche am Umfang des äußeren Lagerrings angebracht werden, um das Lager mit frischem Schmiermittel versorgen zu können. Letztlich beschreibt beispielsweise auch die prioritätsältere EP 1273814 aus dem Jahr 2002 eine solche Vorrichtung zur Verbesserung der Schmierung von Wälzlagern, insbesondere für Lager, die in Windturbinen Einsatz finden. Bei jener Idee werden mehrere Schmierstoffbälge, welche je mit Schmierstoff befüllt sind, segmentweise an den Lagerringen installiert, um diesen Schmierstoff bedarfsweise in das Laufbahnsystem des Lagers einzuspritzen. Die Steuerung zur Einspritzung des Schmiermittels erfolgt beispielsweise über eine zentrale Schmieranlage (ZSA). Man findet hier also eine gesteuerte Schmierstoffzuführung vor. Die Abführung des verbrauchten, alten Schmiermittels, aus dem Lager oder der Drehverbindung erfolgt vielfach über auslassende Dichtungen. Eine „Sensierung", also sensorische Erfassung des tatsächlichen Schmiereffektes im Lager, insbesondere eine sensorische Erfassung auf elektrischem oder elektronischem Wege mit nachgeschaltetem Regelkreis, findet in der Regel nicht statt. Die Realisierung einer guten Überwachung der Schmier- und Verschleisszustände in Lagern und Laufbahnsystemkomponenten ist in der Tat nicht trivial, da häufig Überwachungs- und Verschleiss-Sensorik an sich in das Laufbahnsystem selbst eingebracht werden muss. Derartige Überwachungs- und Verschleiss-Sensorik besteht in der Regel heutzutage zu einem hohen Anteil aus elektronischen oder elektromechanischen Komponenten.
Elektronik, die in widrigen Bedingungen eines Laufbahnsystems bestehen muss, hat in der Praxis jedoch sehr hohe Anforderungen an Beständigkeit gegenüber Umwelteinflüssen wie etwa hohe Temperaturdifferenzen, Resistenz gegen hohe Drücke, hohe Anforderungen an Beständigkeit gegenüber mechanischen Belastungen, etwa wirkende Zug- und Druckkräfte sowie Torsion, und schließlich auch hohe Anforderungen an Beständigkeit gegenüber Fluiden (Öl, Schmiermittel) zu erfüllen. In der Praxis weisen Erfindungen der Lager- und Drehverbindungstechnik, die über Elektronik oder Elektronikkomponenten im Laufbahnsystem verfügt, gesteigerte Ausfallraten dieser Elektronik oder Sensorik auf. Diese Anforderungen sind etwa vergleichbar mit den Anforderungen an die Umwelt, wie sie beispielsweise in den Anforderungsspezifikationen für Automobilelektronik zu finden sind.
Erschwerend kommt hinzu, dass eventuelle Späne oder Ausbrüche, die sich mit Abnutzung des Lagers oder der Drehverbindung im Laufe der Zeit ergeben, sich „lose" im Laufbahnsystem bewegen können und somit die Elektronik im Laufbahnsystem stören, verschmutzen oder beeinträchtigen können. Derartige Störungen oder Beeinträchtigungen können zur Zerstörung der im Laufbahnsystem befindlichen Elektronik oder Sensorik führen.
Zusammenfassend gesagt ist es heutzutage sehr schwierig, eine auf Lebensdauer eines Lagers oder einer Drehverbindung ausgelegte elektronische Überwachungseinheit, welche sich im Inneren des Laufbahnsystems befindet, zu schaffen, die Schmier- und Verschleißzustände der Lager und Laufbahnsystemkomponenten zuverlässig überwachen kann. Andere Erfindungen, die lediglich ein Schmierstoffmanagement im Sinne einer gesteuerten Schmierstoffzuführung anbieten, verfügen häufig nicht über weiterführende Regel- und Sensormechanismen welche notwendig wären, um eine zuverlässige Schmierungs- und Verschleißzustandsüberwachung zu gewährleisten. Aufgabe/ Lösung/ Beschreibung der Erfindung:
Die Lösungsidee hinter der vorliegenden Erfindung ist das Entwicklungspotenzial, das sich aus dem oben genannten gegenwärtigen Problemen des Standes der Technik ergibt. Es gilt mit der vorliegenden Erfindung die die Erfindung initiierende Aufgabe zu lösen, ein Zustandserkennungs- und Zustandüberwachungs - System zu schaffen, welche eine zeitweise, beispielsweise eine periodische, vorzugsweise sogar eine permanente, Erfassung und Überwachung von Zustandsparametern der überwachten Baugruppen und Komponenten ermöglicht, um Aussagen über den jeweiligen aktuellen Zustand der überwachten Baugruppe(n) und Komponente(n), dies kann ein Lager oder ein Großwälzlager oder eine Drehverbindung sein oder gar Teile davon, treffen zu können.
Ziel der Aufgabenlösung durch das Zustandserkennungs- und Zustandüberwachungs - Systems ist es darüber hinaus, proaktive Aussagen über beispielsweise einen der drei Betriebsparameter: „Schmierungseffekt", „Schmiermittelzustand", „Verschleisszustand", treffen zu können. Diese proaktiven Aussagen sollen in Form von gewichteten Ergebnissen Aufschluss darüber geben, ob für die hinsichtlich „Schmierungseffekt" bzw. „Schmiermittelzustand" bzw. „Verschleisszustand" überwachten Baugruppe(n)/ Komponente(n) in absehbarer Zeit Schädigungen, Defekte oder Totalausfälle zu erwarten sind oder mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit erwartet werden können.
Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, dass die für das Zustandserkennungs- und Zustandüberwachungs - System wesentlichen Sensoren, insbesondere die im Folgenden detailliert beschriebenen Kontaktsensoren, vorzugsweise jedoch auch die im Folgenden beschriebenen nebengeordneten Sensoren, nicht im Inneren des Laufbahnsystems befindlich sein sollen da dort die Ausfall- oder Störungsanfälligkeit der Sensoren erhöht ist, sondern von Außen auf die zu überwachenden Baugruppen an- oder eingebracht werden können, beispielsweise jeweils auf den Außenflächen der überwachten Baugruppe und Komponente. Anstelle des Begriffs .nebengeordneter Sensoren' wird gleichbedeutend der Begriff .Nebensensor' oder .nebengeordnete Sensorik' verwendet.
In einer noch weiter entwickelten Ausgestaltungsform der Erfindung löst das erfindungsgemäße Zustandserkennungs- und Zustandüberwachungs - System die Aufgabe, bis zu vierzig unterschiedliche Betriebsmuster, welche charakteristisch sind für drohender Bauteil- oder Komponentenschädigung, insbesondere an Lagern oder Drehverbindungen, erkennen zu können. Wird ein solches Betriebsmuster mit einer jeweils vorhandenen Wahrscheinlichkeit sicher erkannt, kann in einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung dieses Betriebsmuster folgerichtig als nicht betriebsgemäßes Verhalten erkannt werden. Es liegt folglich mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit ein„Fehler" in der überwachten Komponente vor. Zu jedem Fehler kann das Zustandserkennungs- und Zustandüberwachungs - System mindestens einen „Fehlercode" oder „Fehlerdiagnosecode" abspeichern. Dieser „Fehlercode" oder „Fehlerdiagnosecode" kann weitergemeldet werden. Die Erfindung stellt somit ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erkennung und Überwachung des Zustands im Sinne einer Zustands-Früherkennung (engl.: „condition (based) monitoring, Service and diagnose") von Lagern/ Wälzlagern und Großwälzlagern sowie für Drehverbindungen bereit. Die Vorteile der Erfindung kommen der Servicefähigkeit und der Diagnosefähigkeit der überwachten Baugruppe oder Komponente, beispielsweise eines Lagers, eines Großwälzlagers oder einer Drehverbindung, zugute.
Ebenso bietet die Erfindung verbesserte Eigenschaften hinsichtlich softwaretechnischer Modellierungen und Analysen der überwachten Baugruppen oder Komponenten, welche gegebenenfalls im Anschluss an die Zustandserkennung und Zustandsüberwachung durchgeführt werden können. Diese softwaretechnischen Modellierungen und Analysen können beispielsweise in einem Zentral- oder Kontrollrechner erfolgen, der vorzugsweise örtlich getrennt steht von der jeweils überwachten Baugruppe oder Komponenten, beziehungsweise von der überwachten Baugruppe oder Komponente. Die Erfindung geht dabei einen neuen Weg bezogen auf die bisherigen Ideen im oben beschriebenen aktuellen Stand der Technik. Im Stand der Technik sind mannigfaltige Lösungen gezeigt, die Sensorik und Elektronik in das Laufbahnsystem einbringen, um innerhalb des Laufbahnsystems Messwerte zu erfassen. Dies ist nachteilig aus oben beschriebenen Gründen: Hohe Anforderungen an Beständigkeit gegenüber Umwelteinflüssen wie etwa hohe Temperaturdifferenzen, Resistenz gegen hohe Drücke, hohe Anforderungen an Beständigkeit gegenüber mechanischen Belastungen, etwa wirkende Zug- und Druckkräfte sowie Torsion, und schließlich auch hohe Anforderungen an Beständigkeit gegenüber Fluiden. Von Außen an- oder einbringbaren Sensoren oder Elektronik, die im Sinne der vorliegenden Erfindung nachfolgend erklärt wird, brauchen in der Regel geringeren Anforderungen hinsichtlich Beständigkeit zu entsprechen als in das Laufbahnsystem einzubringende Sensorik oder Elektronik und sind somit vorteilhafter.
Die erfinderischen Gedanken schaffen eine Systemlösung, um zumindest einen der folgenden drei Zustände: „Schmierungseffekt" bzw. „Schmiermittelzustand" bzw. „Verschleisszustand" zu erfassen. Die erfindungsgemäße Lösung gelingt dann besonders gut, wenn ein Zustandserkennungs- und Zustandüberwachungs - System dargestellt wird, welches durch periodisches, vorzugsweise permanentes, insbesondere zeitkontinuierliches, Auswerten von Signalen und Messwerten das Erfassen und Auswerten von solchen Zustandsveränderungen ermöglicht, welche sich negativ auf die Lebensdauer einer Baugruppe oder Komponente auswirken können.
Die jeweils zu überwachende Baugruppe oder Komponente, beispielsweise ein Lager oder eine Drehverbindung, wird durch die erfindungsgemäße Lösung dementsprechend überwacht unter der Kondition, eine zumindest zeitweise oder periodische, vorzugsweise aber permanente, Aufnahme von IST-Werten bzw. IST-Daten zu realisieren, welche kontinuierlich und möglichst unterbrechungsfrei mit gespeicherten SOLL-Werten bzw. SOLL- Daten abgeglichen werden. Unter Zuhilfenahme einer Wissensdatenbank, die extern untergebracht oder angebracht sein kann, etwa beispielsweise im oben beschriebenen Zentralrechner, werden Entscheidungen über den aktuellen Zustand beispielsweise des überwachten Lagers oder der überwachten Drehverbindung unter Zuhilfenahme statistischer Wahrscheinlichkeiten getroffen.
Die Begriffe .Wissensdatenbank', .Wissensbasis' und .Wissensdatenbasis' sind im Rahmen dieser Beschreibung als gleichwertig zu verstehen. Diese Wissensdatenbank kann entweder in einem (hochentwickelten) IT- und Elektroniksystem angelegt werden oder vorhanden sein, oder aber auch im oben beschriebenen Zentralrechner angelegt werden oder vorhanden sein. In dieser Wissensdatenbank (engl.: Knowledge Base") sind neben sogenannten THRESHOLD-Daten oder THRESHOLD-Werten vordefinierte Kennfelder und Betriebsmuster, sogenannte WISSENS-Daten oder WISSENS-Werte, gespeichert. Der Begriff .(hochentwickeltes) IT- und Elektroniksystem' wird im Rahmen der Beschreibung noch später erläutert.
Ausgehend von dem physikalischen Wirkprinzip und der Kondition, dass unterschiedliche Arten von Bauteilschädigung, beispielsweise unterschiedliche Arten von Lagerschädigung, unterschiedliche Änderungen im Lauf- oder Abrollgeräuschen in diesem Bauteil, oder in benachbarten Bauteilen, beispielsweise in einem Lager, erzeugen, werden durch eine sorgfältige Aufnahme oder Erfassung der Schwingungen oder Vibrationen oder Geräusche dieses Bauteils, beispielsweise des Lagers, Rückschlüsse auf die jeweils aktuellen Zustände im Inneren des Bauteiles/ Lagers möglich.
Besonders vorteilhaft und in erfindungsgemäßen Sine ist es, diese Aufnahme der Schwingungen oder Vibrationen oder Geräusche mittels an den äußeren Flächen des Bauteils angebrachter Kontaktsensorik durchzuführen, um Rückschlüsse auf die jeweils aktuellen Zustände im Inneren des Bauteiles geschlossen werden. Die Begriffe .Aufnahme' oder .Erfassung' sind dabei mit dem Begriff .Messung' gleichzusetzen. In der Folgenden Beschreibung werden die Begriffe .Schwingung' oder .Vibration' vereinfacht ebenfalls als .Geräusche' bezeichnet. In diesem Sinne sind die Begriffe .Schwingung', .Vibration' und .Geräusch' als gleichwertig zu verstehen.
In Bezug auf ein Lager oder eine Drehverbindung bedeutet dies, dass mittels an den äußeren Flächen des Lagers/ der Drehverbindung an- oder eingebrachte Kontaktsensoren, die Lauf/ Abrollgeräusche des Lagers/ der Drehverbindung aufgenommen bzw. gemessen werden. Diese Lagergeräusche, sowie gegebenenfalls Nebensignale oder nebengeordnete Signale, können beispielsweise anschließend verstärkt und gefiltert, sowie ausgewertet werden. Die Auswertung dieser aufgenommenen Lagergeräusche sowie gegebenenfalls der Nebensignale erzeugt erfindungsgemäß wahrscheinlichkeitsbehaftete, in den meisten Fällen jedoch und technisch nutzbare, Erkenntnisse oder Rückschlüsse auf die aktuellen Zustände im Inneren des Bauteils oder der Komponente, beispielsweise des Lagers oder der Drehverbindung.
Anstelle des Begriffes .nebengeordneter Sensorik' wird im Folgenden gleichbedeutend der Begriff .Sensorik mit nebengeordneter Funktion' verwendet. Als .Nebensignal' im begrifflichen Sinne sind im Rahmen der Beschreibung solche Signale zu verstehen, welche mittels nebengeordneter Sensorik aufgenommen beziehungsweise erfasst werden können.
Ein solches .Nebensignal' oder .nebengeordnetes Signal' kann beispielsweise sein, ist aber nicht begrenzt auf, ein erfasstes Signal, ein erfasster Wert oder ein erfasstes Datum hinsichtlich Drehzahl-,/ Position-,/ Beschleunigung-,/ Temperatur,-/ Druck-/ oder
Schmiermittelzustand. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann auch ein
Geschwindigkeitszustand ein .nebengeordnetes Signal' darstellen. Kontaktsensorik als auch Nebensensorik ermöglichen somit die Erfassung der Zustände in der überwachten Baugruppe oder Komponente.
Ebenso ist es denkbar und erfindungsgemäß, dass die nebengeordnete Sensorik sowohl aktuelle Betriebszustände, also aktuelle Momentanwerte, als auch über eine gewisse Zeitspanne gemittelte Zustände, also beispielsweise die mittlere Drehzahl, die mittlere Beschleunigung, die mittlere Temperatur, den mittleren Druck, oder den mittleren Schmiermittelzustand aufnehmen beziehungsweise erfassen kann.
Als Lager oder der Drehverbindung kommen erfindungsgemäß alle in der Historie und gemäß aktuellem Stand der Technik gängigen Formen und Bauarten der Drehverbindungen oder Wälzlager oder Großwälzlager sowie Momentenlager in Frage, beispielsweise - aber nicht begrenzt auf: Ein- oder mehrreihige Vierpunktlager, Zylinderrollenlager, Kombilager, Kreuzrollenlager, Kegelrollenlager, Drahtlager, ein- oder mehrreihige Sonderdrehverbindungen, Kugeldrehverbindungen, Rollendrehverbindungen. Kreuzrollendrehverbindungen, Kombidrehverbindungen Rolle/ Kugel, sowie alle gängigen in Windenergieanlagen vorhandenen oder einsetzbaren Blattlager (engl.:„Pitchlager") sowie Turm- oder Azimutlager-, Haupt- oder Rotorlager, et cetera.
Dieses jeweilige Lager oder diese jeweilige Drehverbindung dient entweder der axialen- und/ oder der radialen Aufnahme von Kräften und Momenten. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht auch den Einsatz von Rillenkugellagern, Pendelkugellagern, einfachen oder doppelten Schrägkugellagern, Axialrillenkugellagern, Nadellager und Pendelrollenlager, Tonnenlager, sowie sogar von Toroidalrollenlagern.
Selbstverständlich können im Sinne der Erfindung die benannten Kontaktsensoren, gegebenenfalls in Verbindung mit zusätzlicher nebengeordneter Sensorik, auch auf Außenflächen der Drehverbindungen von Schwenkantrieben an- oder eingebracht werden. Ebenso ist die An- oder Einbringung der Kontaktsensoren auf dem Gehäuse oder der Kontur, oder auf Teilen des Gehäuses, der Schwenkantriebe möglich und erfindungsgemäß.
Zur Begrifflichkeit des .Schwenkantrieb': Ein Schwenkantrieb, in der Literatur ebenfalls als .Schwenktrieb' bezeichnet, (engl.: „swivel drive", „slew drive" oder „pivoting drive") unterscheidet sich von Drehverbindungen (engl.:„slew ring" oder„slewing ring") oder von Dreh- oder Momentenlagern (engl.:„rotational bearing" oder„torque-bearing") dadurch, dass die im Schwenkantrieb befindliche Drehverbindung oder das dortige Lager verzahnte Elemente aufweist und diese verzahnten Elemente in direktem Kontakt mit einer Schneckenwelle stehen. Es kann diese Schneckenwelle durch einen Hydraulik- oder Elektromotor oder auch durch eine Pumpe in Drehbewegung versetzt werden, wodurch folglich die Drehbewegung über die kämmenden Flanken der Schneckenwellenzähne auf die verzahnten Elemente der Drehverbindung oder des Lagers übertragen werden. Selbstverständlich sind die Kontaktsensoren sowohl für den Einsatz bei Schneckengetrieben Schwenktrieben geeignet, als auch für den Einsatz mit ritzelgetrieben Schwenktrieben. Ebenso ist die nebengeordnete Sensorik sowohl für den Einsatz bei Schneckengetrieben Schwenktrieben geeignet, als auch für den Einsatz mit ritzelgetrieben Schwenktrieben.
Insbesondere ist es im Sinne der Erfindung wenn die Kontaktsensoren an den äußeren Flächen des Lagers bzw. der Drehverbindung an- oder eingebracht sind, beispielsweise fest aufgeklebt sind. Auch eine Auf- oder Einlackierung der Kontaktsensoren an eine oder mehrere der äußeren Flächen, oder alternativ die Einlaminierung der Kontaktsensoren in die Schichtenabfolge der jeweiligen äußeren Fläche ist möglich und denkbar, solange die Strukturen und Abmessungen des Kontaktsensors diese Auf- oder Einbringungsart zulassen. Gleiches gilt für die nebengeordnete Sensorik.
In der weiteren Beschreibung wird der Begriff .Kontaktsensor' gleichbedeutend mit dem Begriff .Kontaktsensorbaugruppe' verwendet.
Die gleiche Aufgabe wie ein Kontaktsensor beziehungsweise eine Kontaktsensorbaugruppe erfüllt die im weiteren Verlauf beschriebene .Sensormatte' oder das .Sensornetzwerk'. Auch bei einer derartigen .Sensormatte' beziehungsweise einem derartigen .Sensornetzwerk' handelt es sich um .Kontaktsensorik' im Sinne der Erfindung. Jene Kontaktsensorik, wie auch jeder diskrete Kontaktsensor beziehungsweise jede Kontaktsensorbaugruppe, kann als ein verhältnismäßig trivialer Aufnehmer oder Erfasser fungieren, welcher Signale beziehungsweise Geräusche lediglich physikalisch zu erfassen imstande ist, als auch als eher intelligenter Sensor (engl.:„smart sensor") vorzugsweise mit verbundener Logik- oder Elektronikbaugruppe, gegebenenfalls sogar mit anhängigem Mikrokontroller, wobei ein solcher intelligenter Sensor die erfassten Werte, Signale oder Daten, beispielsweise also die aufgenommenen Geräusche, mittels integriertem Mikroprozessor und Steuerwerk sowie Rechenwerk, sowie gegebenenfalls in diesem Mikroprozessor integrierten Speicher- und Schnittstellenbausteinen, verarbeiten und weiterleiten kann. Alle soeben genannten Ausprägungsstufen eines solchen intelligenten Sensors sind im Sinne der Erfindung. Zumindest jedoch, beispielsweise in der einfachsten und in der Regel kostengünstigsten Ausprägungsstufe, weist der erfindungsgemäße Kontaktsensor oder die erfindungsgemäße Kontaktsensorik ein oder mehrere Mittel zur physikalischen Aufnahme bzw. Erfassung der Signale beziehungsweise Geräusche auf. Dieses jeweilige Mittel zur physikalischen Aufnahme bzw. Erfassung von Geräuschen mittels der Kontaktsensorik kann grundsätzlich in drei Kategorien eingeteilt werden. Erstens: Piezoelektrischer Aufnehmer/Erfasser. Zweitens: Induktiver Aufnehmer/Erfasser. Drittens: Kapazitiver Aufnehmer/Erfasser.
Gleiches gilt für die nebengeordnete Sensorik: Zumindest, beispielsweise in der trivialsten und kostengünstigsten Ausprägungsstufe, weist ein nebengeordneter Sensor ein oder mehrere Mittel zur physikalischen Aufnahme bzw. Erfassung nebengeordneter Signale auf. Ein nebengeordneter Sensor kann als Aufnehmer oder Erfasser fungieren, welcher nebengeordnete Signale lediglich physikalisch zu erfassen imstande ist, als auch als relativ intelligenter Sensor (analog zu obiger Schilderung) mit anhängiger Logik- oder Elektronikbaugruppe beispielsweise mittels integriertem Mikroprozessor und Steuerwerk sowie Rechenwerk, sowie gegebenenfalls integrierter Speicher- und Schnittstellenbausteinen. Alle soeben genannten Ausprägungsstufen eines solchen intelligenten nebengeordneten Sensors sind im Sinne der Erfindung.
Kontaktsensoren mit piezoelektrischen Aufnehmern werden gemäß der Erfindung zweckmäßigerweise direkt, d.h. körperlich, auf die Oberfläche oder Kontur der zu überwachenden Baugruppe oder Komponente an- oder eingebracht. Eine sensorinterne Membran, welche mit der Oberfläche oder Kontur flächig oder punktuell kontaktieren kann, ist vorzugsweise mit dem im Inneren des Kontaktsensors verbunden. Treten Geräusche, Vibrationen, Schwingungen in der überwachten Baugruppe oder Komponente auf, so werden diese Geräusche vom Kontaktsensor aufgenommen wie folgt: Diese Schwingung gleicht mehrfachen mechanischen Änderungen in Lage und/ oder Ausdehnung der Membran. Diese mechanischen Änderungen werden beispielsweise auf körperlich an der Membran befestigte Piezoelemente übertragen. Gemäß des piezoelektrischen Effektes erzeugen mechanische Änderungen des Piezomateriales elektrische Potentialunterschiede vorzugsweise an den Enden der Piezokeramik. Elektrische Potentialunterschiede bedingen elektrische Spannung. Diese elektrische Spannung wird an eine Schnittstelle weitergeleitet.
In einer weiteren Ausgestaltung des piezoelektrischen Aufnehmers kann auf die sensorinterne Membran verzichtet werden. Kontaktsensoren mit induktiven Aufnehmern hingegen werden vorzugsweise ebenfalls direkt/ körperlich auf die Oberfläche der zu überwachenden Baugruppe oder Komponente an- oder eingebracht. Siehe oben. Eine sensorinterne Membran kann durch die aufgenommenen Signale beziehungsweise Geräusche in Schwingung versetzt werden. Diese Schwingung gleicht mehrfachen mechanischen Änderungen in Lage und/ oder Ausdehnung der Membran. Diese mechanischen Änderungen werden beispielsweise auf körperlich an der Membran befestigte Permanentmagneten übertragen, wobei der jeweilige Permanentmagnet in eine Spule eintaucht oder entlang dieser Spule beweglich ist, also relativ zur Spule. Gemäß der elektrischen Induktion erzeugen mechanische Änderungen der Lage in einem magnetischen Feld elektrische Potentialunterschiede. Elektrische Potentialunterschiede bedingen elektrische Spannung. Elektrische Potentialunterschiede bedingen elektrische Spannung. Diese elektrische Spannung wird an eine Schnittstelle weitergeleitet. In einer weiteren Ausgestaltung dieses induktiven Aufnehmers kann auf die sensorinterne Membran verzichtet werden.
In einer weiteren Ausgestaltung dieses induktiven Aufnehmers kann sich eine Spule innerhalb eines permanentmagnetischen Kerns bewegen, also relativ zum permanentmagnetischen Material bewegen, und somit Spannung zu induzieren. Alternativ ist es möglich, dass beide magnetischen Pole aus Elektromagneten gebildet werden. Dann erfolgt die Induktion durch die Relativbewegung dieser beiden magnetischen Pole zueinander. In jedem Falle basiert das Wirkprinzip eines solchen induktiven Aufnehmers auf dem Prinzip eines bewegten Leiters in Kombination mit einem magnetischen Feld. Elektrische Potentialunterschiede bedingen elektrische Spannung. Diese elektrische Spannung wird an eine Schnittstelle weitergeleitet.
Kontaktsensoren mit kapazitiven Aufnehmern werden beispielsweise ebenfalls direkt/ körperlich auf die Oberfläche der zu überwachenden Baugruppe oder Komponente an- oder eingebracht. Eine sensorinterne Membran kann durch die aufgenommenen Signale beziehungsweise Geräusche in Schwingung versetzt werden. Diese Schwingung gleicht mehrfachen mechanischen Änderungen in Lage und/ oder Ausdehnung der Membran. Diese mechanischen Änderungen werden beispielsweise auf eine oder mehrere körperlich an der Membran befestigte(n) Elektrode(n) übertragen. Gemäß den Gesetzen der Elektrotechnik erzeugen mechanische Änderungen des elektrischen Feldes Kapazitätsunterschiede, welche elektrische Potentialunterschiede bedingen. Elektrische Potentialunterschiede bedingen elektrische Spannung. Diese elektrische Spannung wird an eine Schnittstelle weitergeleitet. In einer weiteren Ausgestaltung des kapazitiven Aufnehmers kann auch hier auf die sensorinterne Membran verzichtet werden.
Im Folgenden wird die physikalische Grundlage nach heutigem Stand der Wissenschaft des Wirkprinzips der .Vibrations'- oder .Schwingungs-'Analyse im weiteren Verlauf vereinfacht als .Geräusch'-Analyse bezeichnet und erläutert:
Ein elastischer Festkörper kann im Unterschied zum ruhenden Fluid neben Normalspannungen auch Schubspannungen aufnehmen. Deshalb können sich im allseitig unbegrenzten Festkörper zwei verschiedene Arten Körperschallwellen ausbreiten, nämlich als Longitudinalwellen und Transversalwellen. Diese Wellen breiten sich unabhängig voneinander aus. In beiden Fällen ist die Schallgeschwindigkeit weitestgehend unabhängig der Frequenz. Die Schallgeschwindigkeit wird durch die Dichte, den Schubmodul (bei Transversalwellen) und den Elastizitätsmodul (bei Longitudinalwellen) beeinflusst.
Die überwachten oder zu überwachenden Baugruppen und Komponenten im Sinne der vorliegenden Erfindung sind Festkörper, vorzugsweise Festkörper mit begrenzenden Flächen und Konturen, etwa mit planaren Kontaktflächen oder axiale oder radiale gerundeten Außenflächen. Es kommt bei der Geräuschausbreitung in der Baugruppe zur Kopplung zwischen Longitudinalwellen und Transversalwellen, wodurch weitere Arten von mechanischen Körperschallwellen entstehen. Die bedeutendste Wellenart sind die Biegewellen, bei denen Biege-Verformungen auftreten. Die Schallgeschwindigkeit dieser Wellen ist deutlich geringer als die der Longitudinalwellen und Transversalwellen und sie ist frequenzabhängig (Dispersion). Biegewellen transportieren aber meistens deutlich mehr Schallenergie und sind die wesentliche Ursache für die Abstrahlung von Luftschall.
Alle weiter oben beschriebenen Wellen werden im Sinne der Erfindung als .Geräusche' bezeichnet. Der erfindungsgemäße Kontaktsensor oder - ganz Allgemein - die in einer Anlage befindliche Kontaktsensorik dient grundsätzlich als Aufnehmer/ Erfasser für diese .Geräusche'.
Das Zustandserkennungs- und Zustandüberwachungs - System ist befähigt, sowohl diese .Geräusche', welche durch die Kontaktsensorik aufgenommen/ erfasst werden, auszuwerten, als auch verarbeitete Signale/ Daten/ Werte für weitere Anwendungen zur Verfügung zu stellen. Insbesondere gilt es dabei, auch die von der nebengeordneten Sensorik erfassten/ aufgenommenen Größen, können EDV-technisch verarbeitet werden, um Zustandsinformationen hinsichtlich des Betriebs der überwachten Anlage zu gewinnen. Bezogen auf eine Windenergieanlage können diese Betriebszustände sein:
Drehzahl des Rotors oder der Antriebswelle, Position der Gondel bei Azimutverstellung und/ oder Position verstellter (engl.: „gepitchter") Blätter, Druck im Druckspeicher der Hydraulikanlage, Füllstand an der Hydraulikanlage oder der Schmiermittelanlage, Leistung der Windenergieanlage, aktuelle und mittlere Windgeschwindigkeit, Temperatur des Schmiermittels - bspws. etwa des Öls - oder des Kühlmittels, aktuelle und mittlere Temperatur des Lagers, aktuelle und mittlere Außentemperatur, et cetera.
In Bezug auf eine Windenergieanlage ist die Installation von nebengeordneter Sensorik nicht nur am Lager oder an der Drehverbindung im Sinne der Erfindung sinnvoll, sondern es hat sich als vorteilhaft erwiesen nebengeordnete Sensorik zusätzlich in oder am Generator sowie in oder am Hauptgetriebe, sowie in oder an der Gondel, in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung beispielsweise auch als Windgeschwindigkeitsmesser auf der Gondel, anzubringen. Zur Gewinnung von Informationen über weitere Betriebszustände empfiehlt sich zusätzlich die Aufnahme/ Erfassung von Temperaturen in oder an elektrischen Kraftübertragern oder auch die Messung der Wicklungstemperaturen im Hauptgenerator oder an anderen Generatormodulen.
Das der Erfindung entsprechende Zustandserkennungs- und Zustandüberwachungs - System genügt den folgenden eigenschaftlichen Maßgaben: Kompatibilität mit gängigen EDV- und IT-Systemen, insbesondere mit hochentwickelten IT- und Elektroniksystemen, hoher Automatisierungsgrad, Nachrüstbarkeit mit marktgängigen Software- und Betriebssystemen, WEB-basiertheit, Dokumentationsfähigkeit und Unterstützung von Reportingfunktionen.
Das erfindungsgemäße IT- und Elektroniksystem ist verbunden oder verbindbar mit mindestens einer, vorzugsweise mit mehreren, Auswerteeinheiten, beispielsweise mechatronische oder elektronische Auswerteeinheiten. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind diese Auswerteeinheiten Teil des IT- und Elektroniksystems.
Das gegenständliche Zustandserkennungs- und Zustandüberwachungs - System umfasst oder beinhaltet mindestens ein solches, ggfs. hochentwickeltes, IT- und Elektroniksystem und mindestens eine Wissensdatenbank, sowie mindestens einen der oben beschriebenen Kontaktsensoren, vorzugsweise jedoch ein Netzwerk aus mehreren der oben beschriebenen Kontaktsensoren, sowie mindestens einen der oben beschriebenen nebengeordneten Sensoren oder einen Verbund aus nebengeordneter Sensorik. Alle Sensoren, sowohl Kontaktsensoren als auch nebengeordnete Sensorik, können mittels elektrischen Leitungen zur zu erfassenden oder zu überwachenden Komponente beziehungsweise zum zu erfassenden bzw. zu überwachenden Bauteil, d.h. beispielsweise mittels elektrischen Leitungen oder Busleitungen, welche vom und zum Lager oder zur Drehverbindung führen, verbunden sein. Bevorzugt wird jedoch drahtlose Kommunikationstechnologie.
Die Funktionsweise der Kontaktsensoren, welche ebenfalls leitungsgebunden oder vorzugsweise drahtlos mit Partnereinheiten korrespondieren, basiert auf dem oben beschriebenen Wirkprinzip der Aufnahme/ Erfassung von Geräuschen. Die aufgenommenen/ erfassten Signale/ Daten/ Werte werden durch spätere .Geräusch'-Analyse ausgewertet. Alle soeben genannten Sensoren befinden sich in der Regel in einer bevorzugten Ausgestaltungsform in unmittelbarer Umgebung des zu überwachenden Bauteiles oder der zu überwachenden Komponente.
Die elektrische Spannung, welche am Ausgang eines solchen Kontaktsensors, beispielsweise am Ausgang der induktiven oder kapazitiven oder piezoelektrischen Sensors, anliegt und ggfs. durch zusätzliche elektrische Meßvorrichtungen kontrolliert und beobachtet werden kann, wird an eine Partnereinheit, vorzugsweise die Auswerteeinheit weitergeleitet, gegebenenfalls unter vorheriger Verstärkung oder Filterung des Signals/ Datums/ Wertes. Dieser Prozessschritt der Verstärkung oder Filterung ist optional und kann bei ausreichender Güte der Information entfallen. Erfindungsgemäß kann diese Verstärkung oder Filterung des Signals/ Datums/ Wertes in einer Auswerteeinheit und/ oder in dem IT- und Elektroniksystem erfolgen.
Bei der Aufnahme/ Erfassung der oben genannten .Geräusche' mittels der Kontaktsensorik können beispielsweise Anti-Aliasing-Filter eingesetzt werden. Beispielsweise wird bei Geräuschen der Frequenz 10 kHz eine Signalabtastrate von 20 kHz angewendet. Die Steuerung der Filterung wird vorzugsweise durch das hochentwickelte IT- und Elektroniksystem vorgenommen. Die Filterung von Signalen kann auch innerhalb der beschriebenen Auswerteeinheit erfolgen. Die Auswertung der mittels Kontaktsensorik gewonnenen Bauteilgeräusche, beispielsweise der Lagergeräusche, sowie gegebenenfalls der erfassten Nebensignale, ermöglicht das Auffinden charakteristischer Frequenzanteile und Schallamplituden: Beispielsweise können Schädigungen in einem Lager oder in einer Drehverbindung sowohl die Amplituden der Zahneingriffsschwingung und deren Harmonische beeinflussen, als auch andere Modulationsschwingungen bewirken. Das aufgenommene/ erfasste Geräuschspektrum ist dann verändert im Vergleich zum Geräuschspektrum eines schadlosen Lagers beziehungsweise einer schadlosen Drehverbindung. Diese Veränderung können durch im Wesentlichen drei weiterführende Analyseverfahren, die der Verstärkung und Filterung dienen, im Frequenzbereich erkennbar gemacht:
- Analyse der Amplitudenspektren,
- Cepstrumanalyse,
Hüllkurvenanalyse
sowie
- Analyse frequenzselektiver Kennwerte.
Diese drei weiterführenden Analyseverfahren werden im Sinne der Erfindung idealerweise durch das oder innerhalb des hochentwickelte IT- und Elektroniksystem(s) durchgeführt.
Die Funktionsweise der nebengeordneten Sensoren kann auf unterschiedlichen oder mehreren Wirkprinzipien basieren, beispielsweise auf der Temperaturmessung und/oder Druckmessung und/oder Drehzahlmessung und/oder Beschleunigungsmessung und/oder Geschwindigkeitsmessung und/oder Schmiermittelzustandsermittlung, gegebenenfalls auch auf Basis der inkrementalen Sensorechnik, wie sie aus der Positionserkennung bekannt ist.
Beispielsweise können unter Zuhilfenahme des hochentwickelten IT- und Elektroniksystems vorzugsweise aus den Signalen /Daten/ Werten der Kontaktsensorik und ggfs. zusätzlich unter Mitberücksichtigung von Signalen /Daten /Werten der nebengeordneten Sensorik zumindest einige der folgenden zehn Schwingungsgrößen herausgelesen oder in einer der, gegebenenfalls extern angebrachten, Auswerteeinheit(en), umgerechnet, beziehungsweise ermittelt werden: Schalldruck, Schalldruckpegel, Schallschnelle, Schallauslenkung, Schallbeschleunigung, Schallintensität, Schallleistung, Schallenergiedichte, Schallfluss, et cetera. Insbesondere aber ist die Schallgeschwindigkeit von Interesse, welche der Gleichung c = λ * f, beziehungsweise [Schallgeschwindigkeit] = [Wellenlänge] mal [Frequenz], genügt und stark material- bzw. medienabhängig ist.
Alternativ ist es möglich, die Ermittlung der oben genannten Schwingungsgrößen beispielsweise im oben beschriebenen Zentralrechner, durchzuführen. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist auch die mindestens eine Auswerteeinheit befähigt, diese Ermittlung vorzunehmen. Sofern oben beschriebene intelligente Sensoren (engl.: „smart sensor") im Sinne der Erfindung eingesetzt werden, können in einer technisch sehr ausgereiften Ausprägung der Erfindung die oben genannten Schwingungsgrößen gegebenenfalls auch innerhalb des intelligenten Sensors oder innerhalb des intelligenten Sensornetzwerks errechnet werden.
Alle erfassten/aufgenommenen Signale /Daten /Werte, welche nicht in direkter physikalischer Verbindung mit oben genannten Schwingungsgrößen stehen also Nebensignale wie, beispielsweise aktuelle oder mittlere Temperaturen und/oder Drücke und/oder Drehzahlen und/oder Beschleunigungen und/oder Geschwindigkeiten und/oder Schmiermittelzustände, etc. werden im Sinne der Erfindung ausschließlich mittels der nebengeordneten Sensorik aufgenommen/ erfasst.
Die werte-, Signal- oder datentechnische Verbindung zwischen dem Kontaktsensor und der, gegebenenfalls extern angebrachten, Auswerteeinheit, als auch die werte-, Signal- oder datentechnische Verbindung eines Nebensensors mit einer Auswerteeinheit erfolgt auf Basis aktuell gängiger Protokolle und Nachrichtendienste.
Wichtig ist bei der An- oder Einbringung aller drahtgebundenen Sensorik an die Baugruppe oder Komponente ist, dass jene Sensoren, welche auf drahtgebundene Weise mit nachfolgenden Auswerte- oder Elektronikeinheiten verbunden sind, vorzugsweise an einem stets nicht rotierenden oder stets nicht stark bewegten Bauteil oder Komponente angebracht werden. Dies ist in der Praxis schlichtweg nötig um eine Aufwickeln oder Abreißen der Drähte zu vermeiden.
In der bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung ist stets die drahtlose (engl.: „wireless") Verbindung aller Sensorik zur Auswerteeinheit ausgeprägt: Die Übertragung erfolgt somit beispielsweise über Funkstrecke(n) anstatt über diskrete Leitungen oder über Busleitungen. In dem solchen bevorzugten Falle verfügt diese Sensorik, sowohl die Kontaktsensorik als auch die nebengeordnete Sensorik, vorteilhafterweise über jeweils eigene Spannungsversorgung. Insbesondere vorteilhaft bei der drahtlosen Ausgestaltungsform der Erfindung ist die Tatsache, dass sich das oben beschriebene Problem des Aufwickeins oder Abreißens von Drähten nicht gegeben istt.
Die erfindungsgemäße Lösung des Zustandserkennungs- und Zustandüberwachungs - System ist des Weiteren in der Lage, Vergleiche der erfassten (elektrischen) Signale/ Werte/ Daten mit den festgelegten Grenzwerten der zu überwachenden Baugruppe bzw. der zu überwachenden Komponente, beispielsweise eines Lagers oder einer Drehverbindung in einer Windkraftanlage anzustellen. Dabei können auftretende Messschwankungen, beispielsweise Drehzahlschwankungen während des dynamischen Betriebs der Baugruppe oder Komponente, berücksichtigt werden. Ein erfindungsgemäßes IT- und Elektroniksystem ist grundsätzlich befähigt, folgende drei Rechenoperationen zumindest zu unterstützen, idealerweise jedoch selbst durchzuführen:
FFT (engl.:„Fast Fourier Transformation") des erfassten Frequenzspektrums,
Hüllkurvenanalyse des erfassten Frequenzspektrums,
sowie
- entsprechende Ordnungsanalyse.
Diese Ordnungsanalyse ist dabei als die Abbildung der erfassten Frequenzspektren als Ordnungsspektren zu verstehen.
Wird die erfindungsgemäße Lösung beispielsweise zur Erfassung und Überwachung von Lagern und Drehverbindungen in Windenergieanlagen eingesetzt, so ist das Zustandserkennungs- und Zustandüberwachungs - System im Grundsatz technisch befähigt, die folgenden Bauteile bzw. Komponenten zu überwachen:
Hauptlager (engl.:„main bearing",
- Turm- oder Azimutlager,
Blattlager (engl.:„blade bearing"),
- gegebenenfalls jedoch auch eventuell vorhandene Getriebelager bzw.
Generatorlager.
Die genannten Komponenten der Windenergieanlage stehen somit durch das erfindungsgemäße Zustandserkennungs- und Zustandüberwachungs- Systems unter zumindest zeitweiser, besser periodischer, im Idealfalle gar unter permanenter Überwachung durch das Zustandserkennungs- und Zustandüberwachungs- System. An diesen zu überwachenden Lagern sind beispielsweise mehrere, pro Lager beispielsweise mindestens einer, eventuell insgesamt sogar zwischen zwei und zehn, Kontaktsensoren, zur Aufnahme/ Erfassung von Geräusch- Signalen/ Werten/ Daten, den sogenannten, IST-Werten oder IST- Daten an- oder eingebracht. In einer speziellen Ausgestaltungsform werden insgesamt vier Kontaktsensoren pro Lager beispielsweise auf der axialen Außenfläche und auch auf der axial dazu parallel versetzten unteren Außenfläche, aufgeklebt, aufgeschweißt oder eingelötet, in die Lackschichtenfolge einlaminiert, geschraubt oder gesteckt oder geklemmt, oder einfach mittels Installations,- Montage-, oder Halteblechen- oder Haltevorrichtungen angebracht. Als .Außenfläche' im Sinne der Erfindung ist dabei nicht nur zwangsweise die Fläche an der radial äußersten Seite eines Lagers zu verstehen, sondern: Im Sinne der Erfindung ist eine .Außenfläche', im späteren Verlauf schlichtweg nur als .Fläche' oder bezeichnet, jede planare oder gerundete .Kontur', die die zu überwachende Baugruppe oder Komponente körperlich begrenzt. In diesem Sinne ist jede Körperfläche, die den Festkörper der überwachende Baugruppe oder Komponente gegenüber einem anderen Körpern abgrenzt, als .Außenfläche' oder .Fläche' oder .Kontur' zu verstehen. Demzufolge sind beispielsweise auch stets die radial innen liegenden kreisförmige Flächen eines Lagers oder einer Drehverbindung, oder alle die Baugruppe oder Komponente axial oben und unten begrenzenden Flächen, als .Flächen' oder .Außenflächen' oder .Konturen' zu verstehen. Die mittels Kontaktsensor(en) zeitweise, periodisch oder permanent aufgenommenen/ erfassten IST-Werte oder IST-Daten der Lager-Geräusche werden stets, im Idealfall sogar kontinuierlich, mit SOLL-Werten oder SOLL-Daten der Lager-Geräusche abgeglichen. Diese SOLL-Werte oder SOLL-Daten können entweder im (hochentwickelten) IT- und Elektroniksystem abgelegt oder gespeichert sein, oder aber auch im oben beschriebenen Kontroll- oder Zentralrechner, vorzugsweise jedoch in der mindestens einen Auswerteeinheit. Auch eine redundante Speicherung der Daten ist denkbar und im Sinne der Erfindung. In einer vorteilhaftesten Ausgestaltung der Erfindung sind jedoch die SOLL-Werte oder SOLL- Daten direkt, ggfs. redundant, im Speicher von intelligenten Kontaktsensoren abgelegt.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es im Insbesonderen denkbar, dass das hochentwickelte IT- und Elektroniksystem und der Kontroll- oder Zentralrechner eine Einheit bilden. Sobald, und jedes Mal, wenn eine herrschende Differenz zwischen aufgenommenen bzw. erfassten IST-Werten bzw. IST-Daten der Lager-Geräusche und den SOLL-Werten bzw. SOLL-Daten der Lager-Geräusche eine gewisse Schwelle, den oben genannten festgelegten Grenzwert, überschreitet, wird unter Zuhilfenahme der erfindungsgemäßen Wissensdatenbank eine oder mehrere Entscheidungen über den aktuellen Geräusch- Zustand des überwachten Lagers getroffen.
Dieser aktuelle Geräusch-Zustand, also alle jeweiligen IST-Werte bzw. IST-Daten der momentan aufgenommenen/ erfassten Lager-Geräusche, wird zeitweise oder periodisch oder permanent in mindestens einem IT- und Elektroniksystem gespeichert, sodass sich dort ein Zustandsmodell über den jeweils aktuellen Geräusch-Zustand, als auch über vergangene/ vorherige Geräusch-Zustände, abbilden lässt.
Gleiches gilt für die nebengeordnete Sensorik: Die mittels nebengeordneter Sensorik zeitweise, periodisch oder gar permanent aufgenommenen/ erfassten IST-Werte oder IST- Daten der Betriebszustände werden stets, im Idealfall sogar kontinuierlich, mit SOLL-Werten oder SOLL-Daten dieser Betriebszustände abgeglichen. Diese SOLL-Werte oder SOLL- Daten können entweder in mindestens einem hochentwickelten IT- und Elektroniksystem abgelegt oder gespeichert sein, oder aber auch im oben beschriebenen Kontroll- oder Zentralrechner, vorzugsweise jedoch in der Auswerteeinheit. Auch eine redundante Speicherung der Daten ist denkbar und im Sinne der Erfindung. In einer vorteilhaftesten Ausgestaltung der Erfindung sind jedoch die SOLL-Werte oder SOLL-Daten direkt, ggfs. redundant, im Speicher von intelligenten Kontaktsensoren abgelegt.
Sobald, und jedes Mal, wenn eine vorhandene Differenz aufgenommenen bzw. erfassten IST-Werten bzw. IST-Daten hinsichtlich Temperatur,- und/ oder Druck-, und/oder Drehzahl-, und/oder Beschleunigungs-, und/ oder Geschwindigkeits- und/ oder Schmiermittelzustand und den entsprechenden SOLL-Werten bzw. SOLL-Daten eine gewisse Schwelle, den jeweiligen festgelegten Grenzwert, überschreitet, wird unter Zuhilfenahme der erfindungsgemäßen Wissensdatenbank eine oder mehrere Entscheidungen über den aktuellen Geräusch-Zustand des überwachten Lagers getroffen. Dieser aktuelle Betriebszustand, also alle jeweiligen IST-Werte bzw. IST-Daten der momentan aufgenommenen/ erfassten Betriebszustände, wird zeitweise oder periodisch oder permanent in mindestens einem IT- und Elektroniksystem gespeichert, sodass sich dort ein Zustandsmodell über den jeweils aktuellen Geräusch-Zustand, als auch über vergangene/ vorherige Geräusch-Zustände, abbilden lässt.
Diese Wissensdatenbank, alternativ das hochentwickelte IT- und Elektroniksystem oder gar der Zentral- oder Kontrollrechner, vorzugsweise aber die mindestens eine Auswerteeinheit, in der weiterführenden Ausgestaltung der Erfindung gar ein intelligenter Sensor selbst, führt stets eine Gegenüberstellung, einen sogenannten Vergleich oder Abgleich, von aufgenommenen/ erfassten IST-Daten bzw. IST-Werten mit gespeicherten SOLL-Daten bzw. SOLL-Werten durch.
Die Gegenüberstellung von IST- mit SOLL- wird dient der Bildung von Signal-, Daten-, bzw. Wertedifferenzen. Diese Differenzenbildung erfolgt beispielsweise als interne Rechenoperation. Die derart ver- oder abgeglichenen Werte oder Daten, also die gebildeten Werte- bzw. Datendifferenzen, sind als Vergleichs- oder Abgleichsdaten - oder .Differenzdaten' zu verstehen und werden im Rahmen dieser Beschreibung als DIFF-Werte oder DIFF-Daten bezeichnet. Diese Differenzbildung genügt beispielsweise dem folgenden Zusammenhang:
DIFFi = IST, - SOLLi , bzw: - DIFF, = SOLL, - IST, ,
alternativ: | DI FF, | = | IST, | - | SOLL, | = | SOLL, | - | IST, |
Die jeweiligen festgelegten Grenzwerte, sowohl hinsichtlich der Lager-Geräusche als auch hinsichtlich der Betriebszustände, der zu überwachenden Bauteile oder Komponenten, beispielsweise des zu überwachenden Lagers oder der zu überwachenden Drehverbindung, sind als Grenz- oder Schwellendaten bzw. Grenz- oder Schwellenwerte, im Rahmen dieser Beschreibung bezeichnet als THRESHOLD-Daten oder THRESHOLD-Werte, zu verstehen.
Analog zur Bezeichung 'Grenzwert' ist in dieser Beschreibung der Begriff .Schwellenwert' oder .Schwellwert' zu verstehen. Grenz- oder Schwellenwerte bzw. Grenz- oder Schwellendaten sind jeweils Erfahrungsdaten, welche vorzugsweise in der Wissensbasis oder Wissensdatenbank gespeichert oder abgelegt sind und Aussagen über zulässige Höchstzustandswerte, beispielsweise höchstzulässige Frequenz aber auch höchstzulässige Temperatur, höchstzulässige Beschleunigung, höchstzulässiger Druck, höchstzulässige Spannung, höchstzulässige Drehzahl, etc. beinhalten. Zur Abgrenzung: Erfahrungsdaten, also THRESHOLD-Daten oder THRESHOLD-Werte, können sich beispielsweise von vordefinierten Kennfelder und Betriebsmustern - den sogenannten WISSENS-Daten oder WISSENS-Werte - dadurch unterscheiden, dass WISSENS-Daten oder WISSENS-Werte eine Vielzahl von THRESHOLD-Daten oder THRESHOLD-Werten aufweisen. Insbesondere bilden WISSENS-Daten oder WISSENS- Werte eine Folge oder Funktion von je mehreren THRESHOLD-Daten oder THRESHOLD- Werten ab.
Diese THRESHOLD-Daten oder THRESHOLD-Werte können in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung im hochentwickelten IT- und Elektroniksystem abgelegt oder gespeichert sein, oder sogar im oben beschriebenen Kontroll- oder Zentralrechner. Auch eine redundante Speicherung von THRESHOLD-Daten oder THRESHOLD-Werten ist denkbar, beispielsweise die zeitweise Speicherung oder Zwischenspeicherung in einer oder mehreren Auswerteeinheiten. In der vorteilhaftesten Ausgestaltung der Erfindung jedoch sind THRESHOLD-Daten oder THRESHOLD-Werte stets in der Wissensdatenbank oder im hochentwickelten IT- und Elektroniksystem abgelegt oder gespeichert und können zeitweise (temporär) in einer Auswerteeinheit oder mehreren Auswerteeinheiten zwischengespeichert , bzw. ausgelagert, werden.
In einer weiterführenden Ausgestaltung der Erfindung kann gar ein intelligenter Sensor selbst Auch eine Speicherung von THRESHOLD-Daten oder THRESHOLD-Werten übernehmen.
Höchstzulässige Grenz- oder Schwellwerte der zu überwachenden Bauteile oder Komponenten, beispielsweise des zu überwachenden Lagers oder der zu überwachenden Drehverbindung, sind überschritten, sobald beispielsweise gilt:
I THRESHOLDi | < | DIFFi | == TRUE
Höchstzulässige Grenz- oder Schwellwerte der zu überwachenden Bauteile oder Komponenten, beispielsweise des zu überwachenden Lagers oder der zu überwachenden Drehverbindung, sind hingegen unterschritten, sobald diese beispielhafte Vergleichsvorschrift gilt:
I THRESHOLDi I > | DIFF, | == TRUE
Diese Überwachung der zulässigen Schwell- oder Grenzwerte, also die Überwachung der beiden soeben genannten Vorschriften nach der Arithmetik der beschriebenen wahr/falsch - Vergleichsvorschriften, wird zeitweise, periodisch, oder gar permanent zumindest in mindestens einer Auswerteeinheit und/ oder im hochentwickelten IT- und Elektroniksystem durchgeführt. Dies erfolgt beispielsweise als interne Rechenoperation. Alternativ wird diese Überwachung der zulässigen Grenzwerte ebenso oder redundant in mindestens einem Zentral- oder Kontrollrechner, ggfs. in einem entfernten Kontrollzentrum, durchgeführt.
In einer weiterführenden Ausgestaltung der Erfindung kann gar ein intelligente Sensor selbst die oben genannte Überwachung der zulässigen Schwell- oder Grenzwerte übernehmen. Diese Überwachung der zulässigen Schwell- oder Grenzwerte, also die Überwachung der beiden soeben genannten Vorschriften nach der Arithmetik des beschriebenen wahr/falsch - Vergleichs, wird jedenfalls periodisch oder permanent zumindest in einer Auswerteeinheit und/ oder im hochentwickelten IT- und Elektroniksystem gespeichert, sodass sich dort ein Zustandsmodell über den jeweils aktuellen Grenzwertzustand, als auch über vergangene/ vorherige Grenzwertzustände, abbilden lässt.
Führt die Arithmetik des beschriebenen wahr/falsch - Vergleichs zu festgestellten Überschreitungen des jeweils zulässigen Grenzwertes, so wird, vorzugsweise in jeder Einheit in der dieser wahr/falsch - Vergleich durchgeführt wird, ein dafür zuständiger interner Zählmechanismus inkrementiert.
Diese Rechenoperation des Inkrementierens genügt beispielsweise der folgenden Vorschrift:
IF | THRESHOLDi | < | DI FF, | == TRUE , THEN k = k+1
alternativ: IF | DIFFi | > | THRESHOLDi | == TRUE , THEN k = k+1
Beispielsweise zusätzlich, oder alternative, kann eine Überwachung der Schwell- oder Grenzwerte auf Unterschreitungen erfolgen. Führt die Arithmetik dieses wahr/falsch - Vergleichs zu festgestellten Unterschreitungen des jeweils zulässigen Grenzwertes, so wird ebenfalls ein dafür zuständiger interner Zählmechanismus inkrementiert.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, für die Unterschreitungen des jeweiligen Schwell- Genzwertes einen anderen Zähler zu verwenden als für die Überschreitungen des jeweils zulässigen Grenzwertes. Diese Rechenoperation des Inkrementierens genügt beispielsweise der folgenden Vorschrift:
IF | THRESHOLDi | > | DIFFi I == TRUE , THEN m = m+1
alternativ: IF | DI FF, | < | THRESHOLDi I == TRUE , THEN m = m+1
Erkannte Überschreitungen des jeweils zulässigen Schwell- oder Grenzwertes und/ oder wahlweise zusätzlich oder alternativ auch Unterschreitungen des jeweils zulässigen Schwell- oder Grenzwertes können somit stets vom erfindungsgemäßen System erkannt, gegebenenfalls weitergemeldet und/ oder weiterverarbeitet, in jedem Fall aber gespeichert und hinsichtlich der Auftretenshäufigkeit nachgehalten werden. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung werden sämtliche erkannte Überschreitungen des jeweils zulässigen Schwell- oder Grenzwertes, wahlweise zusätzlich oder alternativ auch Unterschreitungen des jeweils zulässigen Grenzwertes, in der Wissensdatenbank, welches vorzugsweise in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung in mindestens einem (hochentwickelten) IT- und Elektroniksystem enthalten ist, gespeichert.
Alle der dieser Schwell- oder Grenzwertüberwachung sequentiell nachfolgenden Rechenoperationen werden vorzugsweise zumindest in dieser Wissensdatenbank oder zumindest in diesem hochentwickelten IT- und Elektroniksystem durchgeführt.
Dabei gilt: Eine oder mehrere erkannte Überschreitungen (wahlweise oder alternativ: Unterschreitungen) des jeweils zulässigen Schwell,- bzw. Grenzwertes können in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung eine automatisierte Nachricht oder Meldung an den Kontroll- oder Zentralrechner initiieren, welcher beispielsweise in einem entfernten Kontrollzentrum stehen kann. Vorzugsweise jedoch ergeht diese automatisierte Nachricht oder Meldung an mindestens eine Software- Applikation- oder Anwendung, welche in dem oder von dem erfindungsgemäßen Zustandserkennungs- und Zustandsüberwachungs - System betrieben wird. In einer grundlegenden Ausgestaltung der Erfindung wird diese Nachricht oder Meldung über ein Netzwerk, zum Beispiel wie etwa ein lokales Netzwerk, etwa über LIN-, MOST-, Ethernet- Profi-, FleyRay-, Bus, oder grundsätzlich via ein Netzwerk auf Basis des IEEE 802 Standards, übermittelt.
Alternativ beziehungsweise vorzugsweise erfolgt diese Nachrichtenübermittlung drahtlos, etwa via WLAN, Bluetooth, SMS-Nachricht, Mobilfunknachricht, et cetera.
Diese automatisierte Nachricht oder Meldung kann vorzugsweise und vom Systembetreiber wahlweise einstellbar, je nach vorhandenen Bushardware oder nach vorhandenem Kommunikationssystem, als drahtlose oder drahtgebundene Email-Nachricht, als Sprachnachricht, als drahtlose Nachricht, oder auch als busgebundene Datenfeld-Nachricht erfolgen. Grundsätzlich sind auch Fax-Nachnachrichtenübermittlungen denkbar und im Sinne der Erfindung. Überschreitet die Anzahl der erkannten Überschreitungen des jeweils zulässigen Schwellbzw. Grenzwertes (Σ | k | ) gar eine spezifische kritische Anzahl (η_κΓίι ), so ergeht entsprechend dem Erfindungsgedanken eine separate Warnungs-Datennachricht, im Rahmen der Beschreibung nachfolgend bezeichnet als sogenannte ,MESSAGE/DATA_ALERT' -Nachricht, an einen Kontroll- oder Zentralrechner, welcher beispielsweise in einem entfernten Kontrollzentrum stehen kann.
Selbiges gilt analog für den Fall von Unterschreitungen des jeweils zulässigen Schwell- bzw. Grenzwertes (Σ | m | ) gar eine spezifische kritische Anzahl (p_krit ). so ergeht entsprechend dem Erfindungsgedanken eine separate Warnungs-Datennachricht, im Rahmen der Beschreibung nachfolgend bezeichnet als sogenannte ,MESSAGE/DATA_ALERT' - Nachricht, an diesen Kontroll- oder Zentralrechner.
Diese separate Warnungs-Datennachricht kann auch, gegebenenfalls in früheren ersten Verfahrensschritt ausschließlich, intern innerhalb des hochentwickelten IT- und Elektroniksystems übermittelt werden, beispielsweise um eine Bewertung oder Gewichtung oder Zustandsanalyse in Gang zu setzen. In jedem Fall werden diese separaten Warnungs- Datennachrichten in einem dafür vorgesehenen Speicherbereich gespeichert, und ggfs. für Dokumentations- und Aufzeichungszwecke nachgehalten. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ergeht diese separate Warnungs-Datennachricht ebenso, gegebenenfalls zusätzlich, an mindestens ein bewegliches Funksystem, beispielsweise an mindestens ein tragbares Funksystem, beispielsweise an mindestens ein Funk- oder Mobiltelefon.
Die im vorgenannten Abschnitt beschriebene Routine oder Operation wird im Sinne der Erfindung im hochentwickelten IT- und Elektroniksystem durchgeführt, alternativ oder in einem weiteren Verfahrensschritt auch (nochmals) in dem Kontroll- oder Zentralrechner. Diese Rechenoperation, welche diese separate Warnungs-Datennachricht initiiert, genügt jedenfalls beispielsweise der folgenden Vorschrift:
IF Σ I k I > η_κη( , THEN MESSAGE/DAT A_ALERT beziehungsweise analog: IF Σ I m I > ρ_ π( , THEN MESSAGE/DAT A ALERT Eine solche oder ähnliche separate Warnungs-Datennachricht wird gemäß der vorliegenden Erfindung ebenfalls und unabhängig von der oben beschriebenen tatsächlichen Anzahl festgestellter Schwellen,- bzw. Grenzwert- Überschreitungen oder Unterschreitungen ebenfalls dann initiiert, wenn die zeitliche Auftretensreihenfolge von Über- oder Unter- schreitungen des jeweils zulässigen Schwellen,- bzw. Grenzwertes einem als komponenten- oder bauteilschädigend bekannten Betriebsmuster, dem sog. SAMPLE^ . entspricht.
Zur Erinnerung bzw. Klarstellung:
- Erfahrungsdaten, also THRESHOLD-Daten oder THRESHOLD- Werte, können sich beispielsweise von vordefinierten Kennfelder und Betriebsmustern - den sogenannten WISSENS-Daten oder WISSENS-Werte - dadurch unterscheiden, dass WISSENS-Daten oder WISSENS-Werte eine Vielzahl von THRESHOLD-Daten oder THRESHOLD-Werten aufweisen. Insbesondere bilden WISSENS-Daten oder WISSENS-Werte eine Folge oder Funktion von je mehreren THRESHOLD-Daten oder THRESHOLD-Werten ab.
- In einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Wissensdatenbank weist selbige diese WISSENS-Daten oder WISSENS-Werte auf. Diese sind Folgen oder Funktionen von ,als komponenten- oder bauteilschädigend bekannter Betriebsmuster'.
Eine Mehrheit, im Idealfalle sogar eine Vielzahl dieser ,als komponenten- oder bauteilschädigend bekannten Betriebsmuster', vorzugsweise bis zu vierzig - oder mehr als vierzig - dieser ,als komponenten- oder bauteilschädigend bekannten Betriebsmuster' sind erfindungsgemäß in der Wissensdatenbank gespeichert.
Die Bewertung der zeitlichen Auftretensreihenfolge von erkannten Über- oder Unterschreitungen des jeweils zulässigen Schwellen,- bzw. Grenzwertes ist im Sinne der Erfindung abhängig von der Anzahl und Qualität/ Güte der in der Wissensdatenbank gespeicherten WISSENS-Daten oder WISSENS-Werte, also abhängig von der Anzahl und Qualität/ Güte der Kennfelder und bekannten Betriebsmuster, insbesondere abhängig von der Anzahl und Qualität/ Güte der in der Wissensdatenbank gespeicherten ,als komponenten- oder bauteilschädigend bekannten Betriebsmuster'.
Folglich gilt, dass nicht nur bei der Überschreitung der spezifischen kritischen Anzahl (n^m ) an erkannten Grenzwertüberschreitungen eine separate Warnungs-Datennachricht, eine sogenannte MESSAGE/DATA_ALERT, ergeht - sondern auch dann wenn die zeitliche Auftretensreihenfolge (F { } ) oder die zeitliche Auftretenssequenz, beispielsweise im vorliegenden Kontext bezeichnet als: (F {| THRESHOLDi | } ) mehrerer erkannter Über- oder Unterschreitungen eines zulässigen Schwellen,- bzw. Grenzwertes einem ,als komponenten- oder bauteilschädigend bekannten Betriebsmuster' entspricht. Auch dann ergeht eine separate Warnungs-Datennachricht, eine sogenannte MESSAGE/DAT A_ALERT.
Auch hier gilt beispielsweise, dass diese separate Warnungs-Datennachricht zunächst ausschließlich intern innerhalb des hochentwickelten IT- und Elektroniksystems übermittelt wird, beispielsweise um eine Bewertung oder Gewichtung oder Zustandsanalyse in Gang zu setzen. In jedem Fall werden auch hier diese separaten Warnungs-Datennachrichten in einem dafür vorgesehenen Speicherbereich gespeichert, und ggfs. für Dokumentations- und Aufzeichungszwecke nachgehalten. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ergeht diese separate Warnungs-Datennachricht ebenso, gegebenenfalls zusätzlich, an mindestens ein bewegliches Funksystem, beispielsweise an mindestens ein tragbares Funksystem, beispielsweise an mindestens ein Funk- oder Mobiltelefon. In einer sehr spezialisierten Ausgestaltung des Zustandserkennungs- und Zustandsüberwachungs-Systems können alle ergehenden MESSAGE/DATA_ALERT Nachrichten oder Meldungen auch chiffriert oder kodiert versendet werden, sodass nur entsprechende Empfangsstationen, welche die Dechiffrierungs-Schlüssel oder die Dekodierungs-Schlüssel kennen, die MESSAGE/DAT A_ALERT Nachrichten oder Meldungen empfangen und dekodieren oder interpretieren können.
In einer noch weiter entfernten Ausgestaltung der Erfindung des Zustandserkennungs- und Zustandsüberwachungs-Systems können alle ergehenden MESSAGE/DATA_ALERT Nachrichten oder Meldungen auch sogenannten WEB 2.0 Media Network kompatibel gestaltet sein, sodass entsprechende WEB 2.0 Empfangsstationen die MESSAGE/DATA_ALERT Nachrichten oder Meldungen empfangen und dekodieren oder interpretieren können.
Diese Rechenoperation, welche diese separate Warnungs-Datennachricht, den sogenannten MESSAGE/DAT A_ALERT, initiiert , genügt beispielsweise der folgenden Vorschrift:
IF F { | THRESHOLDi | } == SAMPLE^rit , THEN MESSAGE/DATA_ALERT. In einer zukünftigen Ausgestaltung der Erfindung wird es möglich sein, dass die Anzahl und Qualität/ Güte der in der Wissensdatenbank gespeicherten ,als komponenten- oder bauteilschädigend bekannte Betriebsmuster' einem Selbstlernprozess unterliegt. Dies bedeutet, dass infolge weiterführender Rechenoperationen innerhalb des Kontroll- oder Zentralrechners oder innerhalb des (hochentwickelten) IT- und Elektroniksystems, die Anzahl und Qualität/ Güte der in der Wissensdatenbank gespeicherten WISSENS-Daten oder WISSENS-Werte, also auch die Anzahl und Qualität/ Güte der ,als komponenten- oder bauteilschädigend bekannte Betriebsmuster', Zug um Zug oder kontinuierlich und verbessert erhöht wird.
Fernziel dieser besonders vorteilhaften zukünftigen Ausgestaltung der Erfindung ist die Schaffung einer selbstlernenden und selbstoptimierenden Wissensbasis, welche die ,als komponenten- oder bauteilschädigend bekannten Betriebsmuster' kontinuierlich verbessert, gegebenenfalls nachschärft, und eigenständig in Anzahl und Qualität/ Güte erhöht.
Im Folgenden wird die Funktionsweise des erfindungsgemäße Zustandserkennungs- und Zustandüberwachungs - System anhand des Beispiels eines Windenergie-Hauptlager nochmals kurz beschrieben. In der weiteren Beschreibung wird dabei das oben benannte ,als komponenten- oder bauteilschädigend bekanntes Betriebsmuster' bezeichnet als ein in der Wissensdatenbank gespeicherten Geräuschs- oder Geräuschmuster
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Bezugszeichenliste:
K Lager oder Drehverbindung / 100 Zustandserkennungs- und
Baugruppe oder Komponente Zustandüberwachungs- System
80 Zentral- oder Kontrollrechner A An- oder Einbringungsort für
Kontaktsensor
50 IT- und B An- oder Einbringungsort für nebengeordneten Sensor
Elektroniksystem
WB Wissensdatenbank E Auswerteeinheit oder
Auswertemodul
L Leitungsverbindung: Diskrete LW Drahtlosverbindung: Bluetooth- Leitung / Netzwerkleitung / Verbindung / WLAN-Verbindung / Busleitung Funkverbindung
F/V Verstärkung oder Filterung 60 Filter- oder Verstärkermodul
I Fläche oder Kontur 2 Geräusch/ Schall/ mechan. Welle
3 Kontaktsensor/ Kontaktsensorik 4 Signal/ Datum/ Wert
5 Signal/ Datum/ Wert 6 Mikrokontroller
7 Membran 8 Elektrode
9 Piezoelektisches Element 10 Permanentmagnet/ Eisen
I I Induktives Element , Spule 12 Spannungsversorgung
13 Widerstand/ Netzwerk 14 Signal/ Datum/ Wert
15 Mikroprozessor 16 Steuerwerk
17 Rechenwerk 18 Speicher
19 Schnittstelle 20 Nebensensor/ Nebensensorik
21 Gehäuse 22 Schnittstelle
23 Schnittstelle 24 Schnittstelle
25 Bussystem/ Systembus 26 Gehäuse Es wird durch das erfindungsgemäße Zustandserkennungs- und Zustandüberwachungs - System (100), insbesondere aufgrund der oben beschriebenen Verfahrensschritt oder Routinen, beispielsweise ein an einer internen Stelle in einem Windenergie-Hauptlager vorhandener Lagerschaden, wie etwa eine Lagerfraß-Vertiefung oder ein Kantenausbruch, erkannt, da dieser Schaden ein zyklisches oder periodisch wiederkehrendes, oder sogar ein kontinuierliches Störgeräusch in der Laufruhe dieses Windenergie-Hauptlagers verursachen wird, welches durch die Kontaktsensorik erfasst/ aufgenommen wird.
Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dieses Geräusch, sobald es die jeweiligen höchstzulässigen Grenzwerte überschreitet, von beispielsweise der Auswerteeinheit erkannt und intern, also beispielsweise im hochentwickelten IT- und Elektroniksystem weitergeleitet.
Es ergeht die oben beschriebene separate Warnungs-Datennachricht, sobald eine Anzahl der jeweiligen höchstzulässigen Grenzwertüberschreitungen eine kritische Anzahl annimmt - oder sobald die zeitliche dieser mehreren erkannten Grenzwertüberschreitungen einem ,als komponenten- oder bauteilschädigend bekannten Betriebsmuster' oder einem SAMPLE_krit i entspricht.
Um erkennen zu können, wann im Betrieb des beispielhaft genannten Windenergie- Hauptlager ein ,als komponenten- oder bauteilschädigend bekanntes Betriebsmuster' vorliegt, erfolgt zumindest periodisch oder bestenfalls sogar permanent ein Vergleich oder Abgleich der, tatsächlich vorliegenden, IST-Zustände mit den, im jeweiligen Speicher abrufbaren, SOLL-Zuständen.
Durch die periodische oder permanente Erfassung der Lagergeräusche mittels der an diesem beispielhaft benannten Windenergie-Hauptlager angebrachten Kontaktsensorik und der folgenden Überprüfung dieser Geräusche auf Grenzwertüber- oder Unterschreitung, kann das erfindungsgemäße System eine Übereinstimmung mit dem tatsächlich erfassten/ aufgenommenen Geräuschs- bzw. Geräuschmuster und dem in der Wissensdatenbank gespeicherten Geräuschs- bzw. Geräuschmusters SAMPLE_kri, feststellen, dass eine Lagerfraß-Vertiefung oder ein Kantenausbruch vorliegt. Eine entsprechende separate Warnungs-Datennachricht wird unmittelbar nach dieser Erkennung an die zuständige Stelle, beispielsweise das entfernte Kontrollzentrum, übermittelt. Die datentechnische Verarbeitung erkannter Überschreitungen kann dabei über DFÜ (Datenfernübertragung) via Funk, WLAN, UMTS oder Mobilfunkstrecke, lokales Netzwerk, LAN), Ethernet-Bussystem, Profibus-, TCP/ IP, et cetera ... erfolgen.
So können beispielsweise die Zustände der überwachten Komponenten einer Windenergieanlage auch aus einem (über weit entfernte Strecken) fern gelegenen Kontrollzentrum, in welchem beispielsweise der oben genannte Kontroll- oder Zentralrechner aufgebaut ist, beobachtet werden.
Datenanalysen hinsichtlich vergangene/ vorherige Geräusch-Zustände, oder auch vergangene/ vorherige Grenzwert-Zustände, oder auch vergangene/ vorherige Betriebszustände können somit stets über ein, eventuell über weit entfernte Strecken fern gelegenes, Kontrollzentrum vorgenommen und durchgeführt werden.
Die jeweilige Entscheidung, ob ein erkanntes ,als komponenten- oder bauteilschädigend bekanntes Betriebsmuster' tatsächlich der Praxis wahrheitsgemäß gegeben ist, kann in den anfänglichen Ausprägungsstufen der Erfindung mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit getroffen werden.
Die letztendliche Entscheidung, ob ein ,ί.Ο.-LAGER', vorliegt, oder ob ein ,n.i.O.-l_AGER', vorliegt, erfolgt demnach eine kann anhand einer (statistischen) Wahrscheinlichkeits- Aussage, welche im hochentwickelten IT- und Elektroniksystem berechnet wird, unter Zugriff auf die der Erfindung entsprechenden Wissensdatenbank. Besondere Merkmale, Eigenschaften, Vorteile und Wirkungen auf der Grundlage der
Erfindung ergeben sich aus den folgenden Beschreibungen einer bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung, sowie weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung, sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine beispielhafte Ausgestaltung des Zustandserkennungs- und
Zustandüberwachungs- Systems, aufzeigend ein überwachtes Lager oder eine überwachte Drehverbindung, wobei vier Kontaktsensoren und zwei Nebensensoren angebracht sind, in schematischer Darstellung, aufweisend zwei Auswerteeinheiten, welche mit einem IT-System (welches die Wissensbasis beinhaltet) verbunden ist.
Dieses IT-System ist mit einem entfernten Zentral- oder Kontrollrechner drahtlos verbunden. Fig. 2 eine beispielhafte Ausgestaltung des Zustandserkennungs- und
Zustandüberwachungs- Systems, aufzeigend ein überwachtes Lager oder eine überwachte Drehverbindung, wobei vier Kontaktsensoren und zwei Nebensensoren angebracht sind, in schematischer Darstellung, aufweisend drei Auswerteeinheiten, welche einem IT-System (welches die Wissensbasis beinhaltet) verbunden ist. Dieses IT- System ist mit einem entfernten Zentral- oder Kontrollrechner drahtlos verbunden.
Fig. 3 eine beispielhafte Ausgestaltung des Zustandserkennungs- und
Zustandüberwachungs- Systems, aufzeigend ein überwachtes Lager oder eine überwachte Drehverbindung, wobei fünf Kontaktsensoren und ein Nebensensor angebracht sind, in schematischer Darstellung, aufweisend zwei Auswerteeinheiten, welche mit je einem IT-System (welches die Wissensbasis beinhaltet) verbunden ist. Jedes dieser IT-Systeme ist mit einem entfernten Zentral- oder Kontrollrechner drahtgebunden verbunden.
Fig. 4 einen beispielhaften Ablauf des Verfahrens zur Erkennung und Überwachung eines Lager oder einer Drehverbindung, darstellend die Messwerterfassung und
Defferenzbildung, den Schwellwertvergleich, die Zählerinkrementierung bei
Schwellwertüberschreitung, und ebenso die Generierung von Warnmeldungen und Übermittlung dieser Warnmeldungen an den Zentral- oder Kontrollrechner.
Fig. 5 beispielhaft einen Kontaktsensor nach piezoelektrischem Prinzip, welcher auf die
Fläche der zu überwachenden Baugruppe oder Komponente aufgebracht ist,
kennzeichnende die mechanische Änderung innerhalb des Piezokerns, sowie das Prinzip der elektrischen Signalgenerierung.
Fig. 5a beispielhaft einen weiteren Kontaktsensor nach piezoelektrischem Prinzip, jedoch als intelligenter Sensor, d.h. mit angeschlossenem Mikrokontroller und zugehörigen Bausteinen (Schnittstellen, Rechenwerk, Steuerwerk, Gehäuse, etc.)
Fig. 6 beispielhaft einen Kontaktsensor nach induktivem Prinzip, hier als intelligenter
Sensor, d.h. mit angeschlossenem Mikrokontroller und zugehörigen Bausteinen
(Schnittstellen, Rechenwerk, Steuerwerk, Gehäuse, etc.) des weiteren aufweisend ein Verstärkungs- und ggfs. Filterungsmodul. Fig. 7 beispielhaft einen Kontaktsensor nach kapazitiven Prinzip. Im Folgenden wird noch der erfindungsgemäße Systemaufbau in unmittelbarer Nähe des zu überwachenden Bauteiles, beispielsweise des Windenergie-Hauptlagers (K), beschrieben:
Fig. 1 mit Fig.3 zeigen das Zustandserkennungs- und Zustandsüberwachungs- System (100) zur mindestens zeitweisen, gegebenenfalls periodischen, vorzugsweise sogar permanenten, (werte-, Signal- oder datentechnischen) Erfassung und Überwachung von Zustandsparametern mindestens einer Baugruppe (K) oder Komponente, oder gar von Teilelementen dieser Baugruppe oder Komponente, insbesondere mindestens eines Lagers oder einer Drehverbindung, beispielsweise in oder an einer Windkraftanlage, mit vier an diese Baugruppe oder Komponente (K) angebrachten oder eingebrachten Kontaktsensoren (3), welche unmittelbar je an oder in einem Einbringungsort (A) eingebracht sind.
Die Fig. 1 und Fig. 2 zeigen beispielsweise vier dieser Orte (A) an einer ebenen oder gerundeten Fläche (1 ) oder Kontur des Lagers (K). Zweckmäßigerweise sind diese Sensoren (3) einbringbar mittels Schraubung/ Steckung/ Schweißung/ Lötung/ Klebung oder
Klemmung eventuell an Nasenring oder Tragring oder Haltering des Lagers. In Fig. 3 sind fünf dieser Orte (A), jeweils beherbergend einen Kontaktsensor (3), dargestellt.
Nicht dargestellt in den Figuren, aber erwähnenswert ist, dass sich die mehrere
Einbringungsorte (A ; B) räumlich überlagern können.
Jeder Kontaktsensor (3) ist zwecks Weiterleitung von Signalen/ Daten/ Werten (4 ; 5 ; 14), werte-, Signal- oder datentechnisch direkt oder indirekt verbunden mit mindestens einer Auswerteeinheit (E) oder einem Auswertemodul (E). Selbiges gilt für Nebensensoren (20).
Jede Auswerteeinheit (E) ist dabei vorzugsweise eine elektronischen Auswerteeinheit, welches die Signale/ Daten/ Werte (4 ; 5 ; 14) der Kontaktsensoren (3) oder Nebensensoren (20) werte-, Signal- oder datentechnisch empfangen und, gegebenenfalls unter vorheriger Verstärkung oder Filterung (60 ; F/V), senden können. Die Korrespondenz oder der
Informationsaustausch- oder Informationsfluß erfolgt dabei zu einem IT- und
Elektroniksystem (50), oder alternativ zu mehreren solchen IT- und Elektroniksystemen.
Es ist denkbar und erfinderisch, dass alle Kontaktsensoren (3) Signale/ Daten/ Werte (4 ; 5 ; 14) an eine spezielle, erste, Auswerteeinheit (E) senden, und alle Nebensensoren deren Signale/ Daten/ Werte (4 ; 5 ; 14) an eine andere, zweite, Auswerteeinheit (E) senden. Fig. 1 , Fig. 2 und Fig. 3 ist dabei gemein, dass die Übermittlung von Signalen/ Daten/ Werten (4 ; 5 ; 14) entweder leitungsgebunden (L) erfolgen kann, beispielsweise über diskrete Leitungen (L) oder über lokale Netzwerke auf Basis des IEEE 802 Standards, vorzugsweise jedoch drahtlos (LW) erfolgt. Drahtlose Übertragung setzt insbesondere separate Spannungs- bzw. Stromversorgung derjenigen Geräte voraus, welche nicht an das Energienetz angeschlossen sind oder angeschlossen werden.
Fig. 4 zeigt einen beispielhaften Ablauf des Verfahrens zur Erkennung und Überwachung des beispielhaften WKA-Lagers (K) von oben nach unten darstellend die Erfassung von Signalen/ Daten/ Werten (4 ; 5 ; 14) mit nachfolgender Differenzbildung DIFF,, einem darauffolgenden Grenz- oder Schwellenwertvergleich, die Zählerinkrementierung (k = k+1 ) bei Schwellwertüberschreitung, und ebenso die Generierung von Warnmeldungen oder Initiierung von Warnungs-Datennachrichten (MESSAGE/DAT A_ALERT) und darauffolgende Übermittlung dieser Warnmeldungen an den Zentral- oder Kontrollrechner (80). Fig. 5 zeigt beispielhaft einen Kontaktsensor (3) nach piezoelektrischem Prinzip, welcher auf die Fläche (1) des zu überwachenden Lagers (K) aufgebracht ist, kennzeichnende die mechanische Änderung innerhalb des Piezokerns (9), sowie das Prinzip der elektrischen Signalgenerierung (4), welches an der Sensor-Schnittstelle (22) anliegt. Fig. 5a hingegen beschreibt schematisch einen Kontaktsensor (3) nach soeben beschriebenen
piezoelektrischem Prinzip, jedoch in der vorzugsweisen Ausgestaltungsform als intelligenter Sensor, d.h. mit angeschlossenem Mikrokontroller (6) und zugehörigen Bausteinen
(Schnittstellen, Rechenwerk, Steuerwerk, Gehäuse, et cetera.) .
Fig. 6 weist einen Kontaktsensor (3) nach einem induktivem Prinzip auf, ebenfalls als intelligenter oder„smart" Sensor, d.h. mit angeschlossenem Mikrokontroller (6) und zugehörigen Bausteinen wie Prozessor (15), Schnittstellen (22 ; 23 ; 19 ; 24), Rechenwerk (17) bzw. Steuerwerk (16), Gehäuse (21 ) und des Weiteren aufweisend ein Verstärkungsund ggfs. Filterungsmodul (F/V ; 60). Kennzeichnend für diesen induktiven Sensor (3) sind hierbei die auf die Fläche bzw. Kontur (1 ) ein- oder aufbringbare Membran (7), das permanentmagnetische Element oder Modul (10), das induktive oder Spulenelement (1 1 ). Wie bei allen erfindungsgemäßen Kontaktsensoren (3) treffen Geräusche/ Vibrationen/
Schallwellen (2) auf diese Fläche (1) auf und werden aufgenommen oder erfasst durch den Sensor (3), insbesondere durch die Mikromechanische Ausprägung der sensierenden Elemente im Sensor (3). Fig. 7 zeigt beispielhaft einen Kontaktsensor nach kapazitiven Prinzip, beinhaltend eine in sein Gehäuse (21) integriertes Netzwerk-Modul (13) sowie eine Elektrode (8), mehrere Schnittstellen zur beispielsweisen Anbindung des Sensors (3) an ein drahtgebundenes (L) Bussystem oder alternativ an ein drahtloses Kommunikationsgerät. Sowohl Fig. 5a als auch Fig. 6 zeigen den als intelligenter Sensor, d.h. aufweisend mindestens einen Speicher (18) zur Speicherung von Daten oder Werten, beispielsweise von SOLL-, und/ oder THRESHOLD- Daten oder Werte, oder auch anderen für das Verfahren zweckdienlichen Daten oder Werte. Fig. 5a weist darüber hinaus ein gemeinsames Gehäuse auf (26), d.h. der Sensor (3) und verbunden ist mit einem Mikrocontroller (6).
In der Praxis werden beispielsweise spezielle Kontaktsensoren (3) am zu überwachenden Lager oder an der zu überwachenden Drehverbindung (K), bzw. am zu überwachenden Bauteil oder Lager- oder Bauteilsegment (K) an- oder eingebracht, beispielsweise an mehreren Stellen (A) des Lagers, vorzugsweise an je einer definierten Stelle (A) pro Lager- oder Bauteilsegment. Die Kontaktsensoren (3) und/ oder die Nebensensoren (20) können unter Zuhilfenahme von Haltevorrichtungen wie zum Beispiel Installations-, Montage-, oder Halteblechen im oder am Einbringungsort (A ; B) fixiert werden.
Es hat sich insbesondere als vorteilhaft erwiesen, wenn diese Kontaktsensoren (3) in nahezu gleichem Abstand zueinander benachbart sind. Werden beispielsweise drei Kontaktsensoren zur Überwachung eines Lagerringes (K) verwendet, so seien die Kontaktsensoren (3) im Abstand von je 120° zueinander am zu überwachenden Lagerring (K) angebracht. Werden hingegen beispielsweise sechs oder acht Kontaktsensoren zur Überwachung verwendet, so seien diese im Abstand von je 60° oder 45° zueinander am zu überwachenden Lagerring (K) angebracht.
Nicht nur einzelne Kontaktsensoren (3) werden hier am zu überwachenden Lagerring (K) angebracht, sondern es kann alternativ ein Kontaktsensornetzwerk an jenem Lagerring angebracht werden, beispielsweise in Form einer selbstklebenden oder anklebbaren Matte. Diese„Sensormatte" oder„Sensornetzwerk" enthält ein Geflecht oder Netzwerk aus sehr vielen diskreten, jedoch untereinander elektrisch verbundenen oder verbindbaren, Kontaktsensoren. Um eine vereinfachte Installation am Lagerring zu ermöglichen, kann diese „Sensormatte" der Kontur des zu überwachenden Lagerringes nachempfunden sein. Dabei ist es jedoch von erhöhter Wichtigkeit, dass keine lastabtragenden Teile des Lagerringes (K), wie etwa Schrauben, Muttern, Anschraubbohrungen, Schraublöcher, Schmiereinlass- und/ oder Auslassbohrungen, etc. von der„Sensormatte" berührt oder überdeckt werden.
Letztlich kann diese„Sensormatte" oder dieses„Sensornetzwerk" auch mittels physikalischer Verfahren auf das zu überwachende Bauteil, beispielsweise auf den zu überwachenden Lagerring (K) oder auf die Fläche (1 ) des zu überwachenden Drehverbindungsrings aufgebracht werden. In einer entfernten Ausgestaltung und Weiterentwicklung der Erfindung ist auch die Verwendung einer solchen„Sensormatte" oder eines solchen„Sensornetzwerks" denkbar, welche mittels Herstellungsverfahren zur Herstellung mikroelektronischer Bauelemente oder integrierter Schaltkreise hergestellt wurden, beispielsweise mittels Sputtertechnik oder CVD-Verfahren. Es ist folglich ebenso denkbar im Sinne der Erfindung, dass Kontaktsensoren (3) verwendet werden, welche folglich auf Halbleitern basierende Schaltungen beinhalten. Die Herstellung solcher mikroelektronischer Schaltkreise erfolgt durch Verfahren der Halbleitertechnik (Herstellung der Bauelemente auf einem Substrat und bei monolithischen Schaltkreisen die Verdrahtung) und Aufbau- und Verbindungstechnik. Dabei können auch Verfahren der Dünnschichttechnik eingesetzt werden.
Die erfindungsgemäßen Kontaktsensoren (3) sind dabei im Allgemeinen, als auch im Beispiel des Windenergie-Hauptlagers, als Geräuschaufnehmer oder Geräuscherfasser zu verstehen und können beispielsweise Geräusche im gesamten Körperschall-Frequenzband, beispielsweise im Bereich von 0,01 Hz bis > 20 kHz erfassen/ aufnehmen (folglich den gesamten Bereich des für menschlich hörbaren Schalls), aber auch weitgehend darüber hinaus, beispielsweise in den Megahertz-Bereich. Insbesondere von Wichtigkeit für die Erfassung von Geräuschen sowie deren Reflexion und Beugung im Hinblick auf die Überwachung von Lager- und Drehverbindungsstrukturen ist der Bereich 0,1 Hz bis > 1 ,0 kHz, wobei Bauteile und Komponenten, beispielsweise welche die Geräusche der Gesamtanlage (etwa die Rotorunwuchten und Turmbiegefrequenzen bei einer Windenergieanlage) aufnehmen/ erfassen sollen im Frequenzbereich zwischen 0,1 Hz und etwa 10 Hz überwacht werden. Demgegenüber werden beispielsweise Bauteile und Komponenten, beispielsweise welche die Schwingung der schnell bewegten Maschinenteile aufnehmen/ erfassen sollen im Frequenzbereich zwischen 10 Hz und etwa 1 ,0 kHz überwacht. Die Geschwindigkeit des Schalls in Metallmaterialien - so auch beispielsweise im Stahl von Lagerkonstruktionen - kann dabei grundsätzlich, je nach Zusammensetzung und/ oder Legierung und Temperatur des Metalls, zwischen 2,5 * 1000 m/s und 6,5 * 1000 m/s betragen. In der Regel ist die Schallgeschwindigkeit bei niedrigen Temperaturen geringer als bei hohen Temperaturen. Die Kontaktsensoren (3), die am Windenergie-Hauptlager (K) angebracht werden, können beispielsweise piezoelektrische Sensoren sein und stehen je in permanenter körperlicher Berührung mit einem der Lagerringe, und erfassen die durch den Körperschall an der jeweiligen Einbringungsstelle resultierenden elektrischen Potenzialänderungen. Der Körperschall tritt während des Betriebs des Lagers (L) oder der Drehverbindung auf. Vorteile in der Verwendung von piezoelektrischer Kontaktsensorik ist die verhältnismäßig gute Verwendbarkeit der erfassten Signale, d.h. die erfassten Signale bzw. Spannungen brauchen in nachfolgenden Stufen nicht vielfach gefiltert zu werden.
Als Kontaktsensoren können hier alternativ oder zusätzlich induktive oder kapazitive Sensoren eingesetzt werden.
Auch Wirbelstromsensoren können in einer sehr weit gefassten/ alternativen Ausgestaltungsform der Erfindung gegebenenfalls als Kontaktsensoren (3) eingesetzt werden. Bei solchen Wirbelstromsensoren erzeugt ein Wechselfeld im elektrisch leitfähigen Objekt (Lager) Wirbelströme, woraus joulsche Verluste resultieren. Auch Ultraschallsensoren sind als Kontaktsensoren grundsätzlich einsetzbar. Insbesondere können mittels Ultraschallsensoren auch kleinere Defekte präzise erkannt werden. Ebenso können als Kontaktsensoren Geräuschssensoren eingesetzt werden. Insbesondere bei der Überwachung von Drehverbindungen und Lagern in Windenergieanlagen sind Geräuschssensoren empfehlenswert.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die Kontaktsensoren (3) nicht direkt, sondern mittelbar mit der zu überwachenden Baugruppe (K) oder Komponente verbunden, beispielsweise über eine an dieser Baugruppe oder Komponente angebrachte, vorzugsweise angeschweißte oder angeschraubte, Trägerapparatur. Der jeweilige Montageort dieser solchen Trägerapparatur definiert dann den An- oder Einbringungsort (A) für den jeweiligen Kontaktsensor. Als Kontaktsensoren können, gegebenenfalls zusätzlich, filigran gearbeitete oder kleinteilige Seismometersensoren eingesetzt werden, um ebenfalls Körperschall, jedoch diejenigen Anteile mit längeren Wellenlängen, zu erfassen. Gleichfalls werden einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung eine oder mehrere nebengeordnete Sensoren (20) nicht direkt, sondern mittelbar mit der zu überwachenden Baugruppe oder Komponente verbunden, beispielsweise über eine an dieser Baugruppe oder Komponente angebrachte, vorzugsweise angeschweißte oder angeschraubte, Trägerapparatur. Der jeweilige Montageort dieser solchen Trägerapparatur definiert dann den An- oder Einbringungsort (B) für den jeweiligen nebengeordneten Sensor.
In der Regel und anhand des obigen Beispiels des Windenergie-Hauptlagers (K) erzeugen beispielsweise Wälzkörper während ihrer Roll- oder Gleitbewegung im Laufbahnsystem entsprechende Abrollgeräusche. Die Grundlage hierzu ist die unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeit der Longitudinal- und Transversalwellen sowie deren Reflexion und Beugung an den Lagerstrukturen. Diese Abrollgeräusche treten als charakteristische Frequenzanteile im Körperschall-Frequenzband auf. So können die akustischen Eigenschaften der Lagerkomponenten und der technische Zustand (Verschleiß der Lager, Späne im Lager, zu wenig Schmiermittel, zu viel Schmiermittel, zyklisches Klopfen an bestimmten Positionen, etc.) des Lagers oder der Drehverbindung erfasst werden. Weiterhin können Rissentstehung und Pittingbildung erkannt werden, teilweise bereits viele Betriebsstunden bevor diese Risse oder Defektstellen im Lager oder in der Drehverbindung zu einem Materialversagen führen, welche nicht nur das Lager oder die Drehverbindung, sondern auch die gesamte daran befestigte Anlage in den Reparatur-Stillstand zwingen würde.
Als Sensoren mit nebengeordneter Funktion (20) dienen beispielsweise Sensoren zur Aufnahme oder Erfassung von Temperatur,- Druck-, Drehzahl-, Beschleunigungs- und Schmiermittelzustandsdaten. Ebenso können Positionen aufgenommen oder erfasst werden. Hierfür können gängige Temperatur-, Druck-, Drehzahl-, Beschleunigungs-, Schmierstoffzustands- oder inkrementelle Sensoren eingesetzt werden. Alle diese Sensoren mit nebengeordneter Funktion (20) können in oder am zu überwachenden Bauteil (K) angebracht werden, um flankierende Werte über das messtechnisch zu erfassende und zu überwachende Lagers, oder Lagersegment bereitzustellen. Die Auswertung der aus den Kontaktsensoren (3) gewonnenen Daten/ Werte/ Signale (4 ; 5 ; 14) als auch die Auswertung der aus den der Sensoren mit nebengeordneter Funktion (20) gewonnenen Daten/ Werte/ Signale (4 ; 5 ; 14), erfolgt zumindest periodisch oder permanent, beispielsweise sogar stets in Echtzeit. Es bietet sich also im Sinne der Erfindung an, dass das oben bezeichnete IT- und Elektroniksystem (50) echtzeitfähig ist. Als besonders hilfreich im Sinne der Erfindung erweist sich hier ein echtzeitfähiges Steuergerät oder ein echtzeitfähiger Steuerrechner in der unmittelbaren Nähe des zu überwachenden Bauteils (K) oder der zu überwachenden Komponente (K), beispielsweise in unmittelbarer Nähe des zu überwachenden Lagers (K) bzw. der zu überwachenden Drehverbindung (K) . Es ist aber auch ein solches Steuergerät oder ein solcher Steuerrechner erfindungsgemäß denkbar, welcher in der Anlage vorhanden ist, in die das Lager oder die Drehverbindung eingebaut ist, beispielsweise in der Nabe, im Maschinenhaus oder im Turm einer Windenergieanlage. Die Kontaktsensoren (3) sowie auch die Nebensensoren (20) in obigem Beispiel sind in der vorteilhaftesten Ausprägungsform der Erfindung als intelligente Sensormodule auszugestalten, d.h. mit einem jeweils zugehörigen Mikrokontroller (6) inklusive einer kleinen elektronischen Datenspeichereinheit (18). Die jeweilige Stromversorgung jedes einzelnen Sensors (3 ; 20) kann dann beispielsweise über eine bereis in der Nähe des Lagers vorhandene Stromversorgung erfolgen, oder beispielsweise über leicht anbringbare Solaroder Photovoltaikzellen, beispielsweise über aufklebbare Solar- oder Photovoltaikzellen, welche zwar gegenüber der Sonnenstrahlung exponiert, jedoch dennoch in der Nähe des jeweiligen Sensors positioniert werden.
Die Auswertung der aus den Kontaktsensoren (3) und/ oder Nebensensoren (20) gewonnenen Daten/ Werte/ Signale (4 ; 5 ; 14) erfolgt stets in mindestens einer Lagerexternen, beispielsweise über elektrische Leitungen mit den Sensoren verbundenen, Auswerteeinheit (E). Die Kontaktsensoren (3) und/ oder Nebensensoren (20) sind also mittels elektrischer Leitungen (L) mit den Auswerteeinheiten oder mit der Auswerteeinheit elektrisch verbunden. In einer alternativen Ausgestaltung erfolgt die Verbindung zwischen Kontaktsensoren (3) sowie auch die Nebensensoren (20) und Auswerteeinheit(en) (E) ohne leitungsgebundene physikalische Verbindung mit der mindestens einen Auswerteeinheit, also drahtlos, (engl.:„wireless"), beispielsweise über Funkdatenübertragung (LW). In jener Ausgestaltung herrscht drahtloser Datenverkehr zwischen der mindestens einen Auswerteeinheit (E) und jedem zum überwachten Lager gehörigen Sensors (3 ; 20). In einer weiteren alternativen Ausgestaltung sind die einzelnen Kontaktsensoren (3) und/ oder Nebensensoren (20) in einem Signalbus Verbund zusammengeschaltet. Beispielsweise, aber nicht begrenzt auf: CAN-Bus, LIN-Bus, etc. Es empfiehlt sich in jener Ausgestaltung, dass die einzelnen Sensoren (3; 20) ihre eigene Stromversorgung über den Busverbund beziehen. Es empfiehlt sich in jener Ausgestaltung des Weiteren, wenn die einzelnen Sensoren über jeweils eigene internen Speicher (18) verfügen.
Die schlussendliche Beurteilung und Kategorisierung des überwachten Bauteils oder der überwachten Komponente, beispielsweise des genannten Windenergie-Hauptlagers, ob ein funktionsfähiges Bauteil (K) oder Komponente (K), vereinfachend bezeichnet als ,i. O.LAGER', vorliegt, oder ob ein nicht-funktionsfähiges Bauteil oder Komponente, vereinfachend bezeichnet als ,η.ί.Ο.-LAGER', vorliegt, wird stets unter Zuhilfenahme der Wissensdatenbank (WB) getroffen, wie folgend beschrieben wird: Die Wissensdatenbank (WB) verfügt in dessen internen Speicher über mehrere ,als komponenten- oder bauteilschädigend bekannte Betriebsmuster', welche als Geräuschs- oder Geräuschmuster
Figure imgf000041_0001
) in der Wissensdatenbank gespeichert sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist in der Lage bis zu vierzug, gegebenenfalls auch noch mehr, der ,als komponenten- oder bauteilschädigend bekannte Betriebsmuster' mit gewisser Wahrscheinlichkeitsbehaftung zu erkennen, zu unterscheiden. Vollständigen Aufschluß über die möglichen ,als komponenten- oder bauteilschädigend bekannte Betriebsmuster' zeigt folgende Auflistung:
Figure imgf000041_0002
! = f (Verschleiß des Lagers) ,
SAMPLE^ 2 = f (starker Verschleiß des Lagers) ,
Figure imgf000041_0003
= f (Späne im Lager) ,
SAMPLE_jirit 4 = f (zu wenig Schmiermittel im Lager) ,
SAMPLE^ 5 = f (Rissbildung im Laufbahnsystem) ,
SAMPLE_j<rit 6 = f (starke Rissbildung im Laufbahnsystem) ,
SAMPLE^ 7 = f (Pittingbildung im Laufbahnsystem) ,
= f (Lagerfraß oder Lagerfestsetzung) ,
Figure imgf000041_0004
= f (Kantenausbruch) ,
SAMPLE_j<rit 1o = f (Lagerdeformation) ,
SAMPLE_j<rit i i = f (schwere Lagerdeformation) ,
SAMPLE_j<nt i2 = f (Wälzkörperbeschädigung) ,
SAMPLE^, 13 = f (Wälzkörperverlust) ,
Figure imgf000041_0005
u = f (Schmiermittelüberalterung) ,
SAMPLE^ 15 = f (starke Schmiermittelüberalterung) ,
SAMPLE^rit i6 = f (Erhöhter Eisengehalt im Schmiermittel) ,
SAMPLE^rit i7 = f (Verringerung der Schraubenvorspannung) , SAMPLE_krit i 8 = 1 f (starker Verlust der Schraubenvorspannung) ,
SAMPLE_krit g = 1 F (elastische Verformung des Laufbahnsystems)
SAMPLE_Krit 20 = 1 F (Wasser im Lager) ,
SAMPLE^ = 1 F (Grübchen oder Riefenbildung) ,
SAMPLE_knt 22 = F (Käfigverschleiß) ,
SAMPLE_krit 23 = F (Käfigbruch) ,
SAMPLE_krit 24 = F (Bruch von Distanzstücken) ,
SA PLE_krit 25 = f (Dichtungsleckage) ,
SAMPLE^ 26 = F (Klemmung der Dichtung ins Laufbahnsystem)
SAMPLE_krit 27 = F (Ankündigung des Bruchs von Zähnen) ,
SAMPLE^, 28 = F (Bruch von Zähnen) ,
Figure imgf000042_0001
= f (Abnutzungsbruch des Lagers) ,
SAMPLE^, 30 = f (Lagerfehler infolge abrupter Blattverstellung)
SAMPLE_krit 3i = f (Lagerfehler infolge Blitzschlag) ,
f (Segmentausbruch im Lager) ,
Figure imgf000042_0002
f (Segmentausbruch im Käfig) ,
3ΑΜΡίΕ_κη, 34 = f (Teilweiser Abriss eines Blattes) ,
SAMPLE_Knt 35 = f (Komplettabriss eines Blattes) ,
SAMPLE_krit 36 = f (Schädigung der Hauptabtriebswelle) ,
Figure imgf000042_0003
= f (Bruch der Hauptabtriebswelle) ,
SAMPL.E_kn.38 = f (Erhöhter Schmiermitteldruck im Lager) ,
SAMPLE^, 39 = f (Verringerter Schmiermitteldruck im Lager) ,
SAMPLE_knt 4o = f (Totalverlust der Schraubenvorspannung) ,
Beispielsweise kann das ,als komponenten- oder bauteilschädigend bekannte Betriebsmuster' SAMPLE^, ^ ein Betriebs muster aufzeigen, welches auf Verschleiß des Lagers schliessen lässt; beispielsweise kann das ,als komponenten- oder bauteilschädigend bekannte Betriebsmuster' SAMPLE^ 3 ein Betriebsmuster aufzeigen, welches auf Späne im Lager schliessen lässt; beispielsweise kann das ,als komponenten- oder bauteilschädigend bekannte Betriebsmuster'
Figure imgf000042_0004
A ein Betriebsmuster aufzeigen, welches auf zu wenig Schmiermittel im Lager schliessen lässt; beispielsweise können die ,als komponenten- oder bauteilschädigend bekannte Betriebsmuster' SAMPLE^, 4 sowie SAMPLE^, 5 verschiedene Schweregrade der Betriebsmuster aufzeigen, welches auf mehr oder wenig fortgeschrittene Rissentstehung im Laufbahnsystem schliessen lässt; beispielsweise kann das ,als komponenten- oder bauteilschädigend bekannte Betriebsmuster' SAMPLE_kri, 7 ein Betriebsmuster aufzeigen, welches auf Pittingbildung im Laufbahnsystem schliessen lässt, et cetera.
Die jeweilige Entscheidung, ob ein erkanntes ,als komponenten- oder bauteilschädigend bekanntes Betriebsmuster' tatsächlich der Praxis wahrheitsgemäß, gegeben ist, kann vom erfindungsgemäßen Zustandserkennungs- und Zustandsüberwachungs-System (100) dabei stets mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit getroffen werden.
Die letztendliche Entscheidung, ob das periodisch oder permanent vom Zustandserkennungs- und Zustandüberwachungs - System (100) überwachte Bauteiles (K), beispielsweise das Windenergie-Hauptlager, als ein ,ϊ.Ο.-LAGER', oder als ein ,η.ί.Ο.- LAGER', erkannt wird, erfolgt stets anhand einer (statistischen) Wahrscheinlichkeits- Aussage, welche im hochentwickelten IT- und Elektroniksystem (50) berechnet wird, unter Zugriff auf die erfindungsgemäße Wissensdatenbank (WB).
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird innerhalb des erfindungsgemäßen Zustandserkennungs- und Zustandsüberwachungs-Systems (100) bei jedem Auftreten eines oder mehrerer ,als komponenten- oder bauteilschädigend bekannte Betriebsmuster' einer oder mehrere Fehlerspeichereinträge, sogenannte „Fehlercodes" oder „Fehlerdiagnosecodes" gespeichert. Ein jeder der solchen „Fehlercode" oder „Fehlerdiagnosecodes" beschreibt jeweils nur eines der oben genannten ,als komponenten- oder bauteilschädigend bekannten Betriebsmuster'. In der am weitest ausgeprägten Ausgestaltungsform der Erfindung vermag das erfindungsgemäße Zustandserkennungs- und Zustandsüberwachungs-System bis zu vierzug unterschiedliche „Fehlercode" oder „Fehlerdiagnosecodes" zu unterscheiden.
In der besonders vorteilhaften zukünftigen Ausgestaltung der Erfindung ist die Wissensbasis (WB) durch Mechanismen zum Selbstlernenden und zur Selbstoptimierung Wahrscheinlichkeits-Aussage hinsichtlich ,als komponenten- oder bauteilschädigend bekannten Betriebsmuster' erkannten Sachverhalten zu verbessern, gegebenenfalls nachzuschärfen, und eigenständig in Anzahl und Qualität/ Güte zu erhöhen.

Claims

Patentansprüche:
1. Zustandserkennungs- und Zustandsüberwachungs- System (100) zur mindestens zeitweisen, gegebenenfalls periodischen, vorzugsweise sogar permanenten, werte-, signal- oder datentechnischen Erfassung und Überwachung von Zustandsparametern mindestens einer Baugruppe (K) oder Komponente, beispielsweise eines Lagers oder einer
Drehverbindung in oder an einer Windkraftanlage, aufweisend:
- mindestens einen, vorzugsweise mehr als zwei, an diese Baugruppe oder Komponente (K) angebrachten oder eingebrachten Kontaktsensor (3),
- vorzugsweise welcher mittelbar oder unmittelbar an- oder einbringbar ist an oder in einem Einbringungsort (A), beispielsweise welcher an einer ebenen oder gerundeten Fläche (1 ) oder Kontur dieser Baugruppe (K) liegt,
- zweckmäßigerweise an- oder einbringbar ist mittels Schraubung/ Steckung/ Schweißung/ Lötung/ Klebung oder Klemmung eventuell an Nasenring oder Tragring oder Haltering eines Großwälzlagers,
- alternativ welcher direkt an- oder einbringbar ist an oder auf mindestens eine radiale oder axiale Innen- oder Außenfläche (1 ) eines Blatt-, Haupt-, oder Turmlagers einer
Windkraftanlage.
- wobei der mindestens eine Kontaktsensor (3) zwecks Weiterleitung von Signalen/ Daten/ Werten (4 ; 5 ; 14), werte-, signal- oder datentechnisch direkt oder indirekt verbunden ist oder verbunden werden kann mit mindestens einer Auswerteeinheit (E) oder einem
Auswertemodul, insbesondere mit einer elektronischen Auswerteeinheit,
- wobei optional auch mindestens ein nebengeordneter Sensor (20), welcher kein
Kontaktsensor (3) ist, zwecks Weiterleitung von Signalen/ Daten/ Werten (4 ; 5 ; 14), werte-, signal- oder datentechnisch direkt oder indirekt mit dieser Auswerteeinheit (E) verbunden ist oder verbunden werden kann.
2. Zustandserkennungs- und Zustandsüberwachungs- System (100) nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, dass
Signale/ Daten/ Werte (4 ; 5 ; 14), gegebenenfalls unter vorheriger Verstärkung oder Filterung (60 ; F/V), werte-, signal- oder datentechnisch empfangen werden können von mindestens einem IT- und Elektroniksystem (50), alternativ von mehreren IT- und
Elektroniksystemen.
3. Zustandserkennungs- und Zustandsüberwachungs- System (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass
die Übermittlung von Signalen/ Daten/ Werten (4 ; 5 ; 14) entweder leitungsgebunden (L) erfolgt, beispielsweise über diskrete Leitungen (L) oder über lokale Netzwerke auf Basis des IEEE 802 Standards erfolgt, vorzugsweise jedoch drahtlos (LW) erfolgt.
4. Zustandserkennungs- und Zustandsüberwachungs- System (100) nach dem
vorgenannten Anspruch, gekennzeichnet dadurch, dass
die Übermittlung von Signalen/ Daten/ Werten (4 ; 5 ; 14) auf Basis von WLAN oder
Bluetooth Standards, alternativ via Feldbussystem(en), erfolgt, gegebenenfalls unter
Verwendung von Sende- und Empfangseinheiten für Profibus-, CAN-Bus-, MOST-Bus-, LIN- Bus-, FlexRay-Bus oder Ethernet-Bus- Systemen.
5. Zustandserkennungs- und Zustandsüberwachungs- System (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass
mindestens ein Kontaktsensor (3) als piezoelektrischer Sensor ausgestaltet ist, alternativ als induktiver Sensor ausgestaltet ist, alternativ auch als kapazitiver Sensor ausgestaltet ist, wobei gegebenenfalls zusätzlich mindestens ein weiterer nebengeordneter Sensoren (20) mittelbar oder unmittelbar an- oder einbringbar ist an oder in einem Einbringungsort (B) an oder auf einer Fläche (1 ) oder Kontur dieser Baugruppe (K) oder Komponente, wobei sich mehrere Einbringungsorte (A ; B) räumlich überlagern können.
6. Zustandserkennungs- und Zustandsüberwachungs- System (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass
mindestens ein Kontaktsensor (3) oder nebengeordneter Sensor (20) als intelligenter Sensor ausgestaltet ist, aufweisend mindestens einen Speicher (18), vorzugsweise welcher in einem gemeinsamen Gehäuse (21 ; 26) verbunden ist mit einem Mikrocontroller (6).
7. Zustandserkennungs- und Zustandsüberwachungs- System (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass
der mindestens eine Kontaktsensor (3) und/ oder der nebengeordnete Sensor (20) mindestens drei der folgenden Bausteine oder Komponenten aufweist: Mikroprozessor (15), Steuerwerk (16), Rechenwerk (17), Schnittstelle (22 ; 23 ; 19 ; 24), Spannungsversorgung (12), Membran (7), Elektrode (8) oder piezoelektrisches Element (9) oder induktives Element (11 ) oder Widerstand (13) oder Permanentmagnet/ Eisen (10), sowie gegebenenfalls ferner aufweist einen Systembus (25), vorzugsweise wobei mindestens einer der Kontaktsensoren (3) mit einer Membran (7) an der Fläche (1 ) oder Kontur der Baugruppe (K) oder
Komponente punktuell kontaktiert oder flächig anliegt.
8. Zustandserkennungs- und Zustandsüberwachungs- System (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass
der mindestens eine Kontaktsensor (3) und/ oder nebengeordnete Sensor (20) von einem Gehäuse (21 ; 26) umfasst wird, welches im Einbringungsort (A ; B) für diesen Sensor (3 ; 20) direkt oder indirekt an die Baugruppe (K) oder Komponente an- oder eingebracht wird, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme von Haltevorrichtungen wie zum Beispiel Installations-, Montage-, oder Halteblechen.
9. Zustandserkennungs- und Zustandsüberwachungs- System (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass
- das mindestens eine IT- und Elektroniksystem (50) eine Wissensdatenbank (WB) aufweist oder beinhaltet,
- alternativ mit einer externen Wissensdatenbank (WB) werte-, signal- oder datentechnisch verbunden ist oder verbunden werden kann,
- wobei diese Wissensdatenbank (WB) Erfahrungsdaten wie etwa Schwell- oder Grenzwerte oder sogenannte THRESHOLD-Daten oder THRESHOLD-Werte enthält,
- vorzugsweise auch/ oder Kennfelder und Betriebsmuster oder sogenannte WISSENS- Daten oder WISSENS-Werte enthält, gegebenenfalls die je eine Folge oder Funktion mehrerer Schwell- oder Grenzwerte abbilden,
- idealerweise wobei einige spezielle WISSENS-Daten oder WISSENS-Werte Folgen oder Funktionen von ,als komponenten- oder bauteilschädigend bekannte Betriebsmuster' darstellen oder kennzeichnen, beispielsweise je als SAMPLE^ bezeichnet,
- wobei das mindestens eine IT- und Elektroniksystem (50) ferner werte-, signal- oder datentechnisch mit einem Zentral- oder Kontrollrechner (80) verbunden ist oder verbunden werden kann, gegebenenfalls welcher räumlich getrennt von der Baugruppe (K) oder Komponente angebracht ist, beispielsweise etwa mehr als 5 Meter weit entfernt angebracht ist, vorzugsweise viele Kilometer weit entfernt angebracht ist.
10. Verfahren zur mindestens zeitweisen oder periodischen, vorzugsweise sogar permanenten, Erfassung und Überwachung von Zustandsparametern mindestens einer Baugruppe (K) oder Komponente, beispielsweise eines Lager oder eine Drehverbindung in oder an einer Windkraftanlage, aufweisend:
direkte oder indirekte Übermittlung von Signalen/ Daten/ Werten (4 ; 5 ; 14) mindestens eines Kontaktsensors (3), gegebenenfalls zusätzlich mindestens eines nebeneordneten Sensors (20) an mindestens eine Auswerteeinheit (E) oder an ein IT- und Elektroniksystem (50), alternativ an ein Verbund an mehreren (hochentwickelten) IT- und Elektroniksystemen.
11. Verfahren zur mindestens zeitweisen oder periodischen, vorzugsweise sogar permanenten, Erfassung und Überwachung von Zustandsparametern mindestens einer Baugruppe (K) oder Komponente nach Anspruch 10,
gekennzeichnet dadurch, dass
die direkte oder indirekte Übermittlung von Signalen/ Daten/ Werten (4 ; 5 ; 14)
leitungsgebunden erfolgt, beispielsweise über diskrete Leitungen (L) oder über mindestens ein Netzwerk auf Basis des IEEE 802 Standards, vorzugsweise oder alternativ auch drahtlos (LW) erfolgt, beispielsweise auf Basis des WLAN oder Bluetooth Standards, oder via Systembus- oder Feldbussysteme(n) erfolgt, gegebenenfalls erfolgt unter Verwendung von Verwendung von Sende- und Empfangseinheiten für Profibus-, oder CAN-Bus-, oder MOST- Bus-, oder LIN-Bus-, oder FlexRay-Bus- oder Ethernet-Bus- Systeme.
12. Verfahren zur mindestens zeitweisen oder periodischen, vorzugsweise sogar permanenten, Erfassung und Überwachung von Zustandsparametern mindestens einer Baugruppe (K) oder Komponente nach Anspruch 10 oder Anspruch 11 ,
gekennzeichnet dadurch, dass
in einem Verfahrensschritt, vorzugsweise zwecks Differenzbildung, Solldaten mit Istdaten verglichen werden, beispielsweise entsprechend der Rechenoperation:
DIFFi = IST, - SOLL, , bzw: - DIFF, = SOLL, - IST, .
13. Verfahren zur mindestens zeitweisen oder periodischen, vorzugsweise sogar permanenten, Erfassung und Überwachung von Zustandsparametern mindestens einer Baugruppe (K) oder Komponente nach einem der Ansprüche 10 bis 12,
gekennzeichnet dadurch, dass
in einem weiteren Verfahrensschritt, vorzugsweise zwecks Schwellwert- oder
Grenzwertüberwachung, Differenzwerte mit oberen Schwell- oder Grenzwerten verglichen werden, beispielsweise entsprechend der Rechenoperation: I THRESHOLDi | < | DIFFj | == TRUE ,
wobei gegebenenfalls alternativ oder zusätzlich Differenzwerte mit unteren Schwell- oder Grenzwerten verglichen werden, beispielsweise entsprechend der Rechenoperation:
I THRESHOLDi | > | DIFFi | == TRUE .
14. Verfahren zur mindestens zeitweisen oder periodischen, vorzugsweise sogar permanenten, Erfassung und Überwachung von Zustandsparametern mindestens einer Baugruppe (K) oder Komponente nach einem der vorgenannten Ansprüche 10 bis 13 gekennzeichnet dadurch, dass
in einem weiteren Verfahrensschritt, vorzugsweise zwecks Markierung oder
Kenntlichmachung erkannter Überschreitungen eines jeweils zulässigen Grenzwertes, ein dafür vorgesehener Zähler (k) inkrementiert wird, beispielsweise entsprechend der Rechenoperation:
IF I THRESHOLDi I < I DIFFi I == TRUE , THEN k = k+1 , oder
beispielsweise zusätzlich oder alternativ bei Grenzwert Unterschreitungen analog, unter Verwendung eines anderen dafür vorgesehenen Zählers (m), gilt:
IF I DIFFi I < I THRESHOLDi I == TRUE , THEN m = m+1 .
15. Verfahren zur mindestens zeitweisen oder periodischen, vorzugsweise sogar permanenten, Erfassung und Überwachung von Zustandsparametern mindestens einer Baugruppe (K) oder Komponente nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass
in einem Verfahrensschritt, vorzugsweise zwecks frühzeitiger Ermöglichung von Reparaturoder Servicemaßnahmen im Falle drohender Bauteil (K) - oder Komponentenschädigung, mindestens eine Warnungs-Datennachricht ergeht, beispielsweise in Form einer
MESSAGE/DATA_ALERT - Nachricht, welche an einen Zentral- oder Kontrollrechner (80) und/ oder an das mindestens eine IT- und Elektroniksystem (50) gesendet werden kann.
16. Verfahren zur mindestens zeitweisen oder periodischen, vorzugsweise sogar permanenten, Erfassung und Überwachung von Zustandsparametern mindestens einer Baugruppe (K) oder Komponente nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass
mindestens eine Warnungs-Datennachricht ergeht sobald die Anzahl erkannter
Überschreitungen eines zulässigen Grenzwertes (Σ | k | ) eine kritische Anzahl (η_κ„, ) erreicht, beispielsweise entsprechend der Rechenoperation:
IF Σ | k | > n_krit , THEN MESSAGE/DAT A_ALERT , beispielsweise zusätzlich oder alternativ bei Grenzwert Unterschreitungen analog, unter Verwendung eines anderen dafür vorgesehenen Zählers (m), gilt:
IF Σ I m I > pj<rit , THEN M ESSAG E/DATA_ALERT ,
17. Verfahren zur mindestens zeitweisen oder periodischen, vorzugsweise sogar permanenten, Erfassung und Überwachung von Zustandsparametem mindestens einer Baugruppe (K) oder Komponente nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass
zusätzlich oder alternativ dass eine separate Warnungs-Datennachricht ergeht sobald die zeitliche Auftretensreihenfolge oder die zeitliche Auftretenssequenz von
Grenzwertüberschreitungen mindestens einem ,als komponenten- oder bauteilschädigend bekannten Betriebsmuster' entspricht,
beispielsweise entsprechend der Rechenoperation:
IF F {| THRESHOLD, | } == SAMPLE^ , THEN MESSAGE/DAT A_ALERT .
18. Verfahren zur mindestens zeitweisen oder periodischen, vorzugsweise sogar permanenten, Erfassung und Überwachung von Zustandsparametem mindestens einer Baugruppe (K) oder Komponente nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass
Mindestens eines, zweckmäßigerweise jedoch bis zu vierzig ,als komponenten- oder bauteilschädigend bekannte Betriebsmuster' erkennbar sind, wobei beispielsweise diese ,als komponenten- oder bauteilschädigend bekannte Betriebsmuster' in der Wissensbasis (WB) gespeichert sind, alternativ im IT- und Elektroniksystem (50), gespeichert werden.
19. Verfahren zur mindestens zeitweisen oder periodischen, vorzugsweise sogar permanenten, Erfassung und Überwachung von Zustandsparametem mindestens einer Baugruppe (K) oder Komponente nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, gekennzeichnet durch diese erkennbaren ,als komponenten- oder bauteilschädigend bekannte Betriebsmuster':
SAMPLE_krit 1 = f (Verschleiß des Lagers) ,
8ΑΜΡίΕ_ ηΐ 2 = f (starker Verschleiß des Lagers) ,
SAMPLE^,« = f (Späne im Lager) ,
SAMPLE_J<rit 4 = f (zu wenig Schmiermittel im Lager) ,
SAMPLE^, 5 = f (Rissbildung im Laufbahnsystem) ,
Figure imgf000049_0001
= f (starke Rissbildung im Laufbahnsystem) , SAMPLE_kri, 7 = f (Pittingbildung im Laufbahnsystem) ,
SAMPLE_kri, 8 = f (Lagerfraß oder Lagerfestsetzung) ,
SAMPLE_krit9 = f (Kantenausbruch) ,
SAMPLE _jcrit io = 1 (Lagerdeformation) ,
SAMPLE_krit n = 1 (schwere Lagerdeformation) ,
SAMPLE_Krit i2 = 1 (Wälzkörperbeschädigung) ,
SAMPLE_krit i3 = 1 ' (Wälzkörperverlust) ,
SAMPLE_Kri» i4 = 1 ' (Schmiermittelüberalterung) ,
SAMPLE_Krit 15 = 1 ' (starke Schmiermittelüberalterung) ,
Figure imgf000050_0001
= 1 F (Erhöhter Eisengehalt im Schmiermittel) ,
SAMPLE_krit 17 = 1 F (Verringerung der Schraubenvorspannung) ,
SAMPLE_Knt 18 = 1 F (starker Verlust der Schraubenvorspannung) ,
Figure imgf000050_0002
= 1 F (elastische Verformung des Laufbahnsystems)
SAMPLE_krit 2o = 1 F (Wasser im Lager) ,
SAMPLE_Krit 2i = 1 F (Grübchen oder Riefenbildung) ,
8ΑΜΡίΕ_κπ, 22 = F (Käfigverschleiß) ,
SAMPLE_knt 23 = F (Käfigbruch) ,
SA PLE_jcrii 24 = F (Bruch von Distanzstücken) ,
Figure imgf000050_0003
25 = f (Dichtungsleckage) ,
SAMPLE_krit 26 = f (Klemmung der Dichtung ins Laufbahnsystem)
Figure imgf000050_0004
27 = f (Ankündigung des Bruchs von Zähnen) ,
SAMPLE^, 28 = f (Bruch von Zähnen) ,
SAMPLE^, 29 = f (Abnutzungsbruch des Lagers) ,
ao = f (Lagerfehler infolge abrupter Blattverstellung)
Figure imgf000050_0005
ai = f (Lagerfehler infolge Blitzschlag) ,
SAMPLE_krit 32 = f (Segmentausbruch im Lager) ,
Figure imgf000050_0006
sa = f (Segmentausbruch im Käfig) ,
SAMPLE_krit 34 = f (Teilweiser Abriss eines Blattes) ,
SAMPLE_krit 35 = f (Komplettabriss eines Blattes) ,
SAMPLE^, 36 = f (Schädigung der Hauptabtriebswelle) ,
SAMPLE_krit 37 = f (Bruch der Hauptabtriebswelle) ,
SAMPLE_krit 38 = f (Erhöhter Schmiermitteldruck im Lager) ,
SAMPLE^, 39 = f (Verringerter Schmiermitteldruck im Lager) ,
SAMPLE_krit 4o = f (Totalverlust der Schraubenvorspannung).
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