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Title:
MODEL-BASED METHOD AND SYSTEM FOR MONITORING THE CONDITION OF A SLIDING BEARING, PARTICULARLY FOR WIND TURBINES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/120871
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method and a system for monitoring the condition of a sliding bearing (1) operated with lubricating oil for a rotating component, in which a physical variable characteristic for the bearing is measured using at least one sensor (2), which variable is supplied to a control unit (ECU) for condition monitoring, comprising the following steps: - determining by means of the control unit (ECU) at least one condition variable (s; T; p) of the sliding bearing (1) and/or of the lubricating oil as an output variable (y) from at least one physical sliding bearing model (N-V-F), to which at least the rotational speed (n) and the torque (M) are supplied as input variables (u), and a dynamic behaviour of the lubricating oil is assigned to these input variables (u); - measuring with at least one sensor (2) a comparative value for at least one of the condition variables (s; T; p); - evaluating, from a comparison of the measured value of the condition variable (s; T; p) with the model-based value for the condition variable (s; T; p) computed as output variables (y), to what extend the physical sliding bearing model (N-V-F) maps the real behaviour of the sliding bearing (1).

Inventors:
WOLF DANIEL (DE)
KUTLUAY ÜMIT (DE)
GEENS LUK (BE)
SCHÄFER JOHANNES (DE)
TENCKHOFF GEORG (DE)
Application Number:
EP2018/082292
Publication Date:
June 27, 2019
Filing Date:
November 22, 2018
Export Citation:
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Assignee:
ZAHNRADFABRIK FRIEDRICHSHAFEN (DE)
ZF WIND POWER ANTWERPEN NV (BE)
International Classes:
G01M13/04; F03D7/04; G05B23/02
Domestic Patent References:
WO2014174097A12014-10-30
WO2011023209A12011-03-03
Foreign References:
EP2048562A12009-04-15
US20110188988A12011-08-04
AT7889U22005-10-17
DE3117060A11982-02-11
US20110188988A12011-08-04
US20120068460A12012-03-22
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Claims:
Patentansprüche

1 . Verfahren zur Zustandsüberwachung eines mit Schmieröl betriebenen Gleitlagers (1 ) für ein rotierendes Bauteil, bei welchem mit mindestens einem Sensor (2) eine lager- charakteristische physikalische Größe gemessen wird, welche einer Steuereinheit (ECU) zur Zustandsüberwachung zugeführt wird, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

durch die Steuereinheit (ECU) wird aus mindestens einem physikalischen Gleit lagermodell (N-V-F), dem als Eingangsgrößen (u: n, M, T_Sumpf;) zumindest die Dreh- zahl (n) sowie das Drehmoment (M) zugeführt werden, zumindest eine Zustandsgröße (s; T; p) des Gleitlagers (1 ) und/oder des Schmieröls als Ausgangsgröße (y) bestimmt; mit mindestens einem Sensor (2) werden Messwerte ermittelt und und Aus- gangsgrößen y mit Messwerten abgeglichen, wobei der Ausgangsvektor Zustandsgrö- ßen (s; T; p) enthält..;

aus einem Vergleich des gemessenen Wertes der Zustandsgröße (s; T; p) mit dem modellbasiert als Ausgangsgrößen (y) berechneten Wert der Zustandsgröße (s; T; P)

sind nicht messbare oder nicht gemessene Zustandsgrößen des Gleitlagers für die Zu- stands- und Funktionsüberwachung sowie Dokumentation (Klassierung und Speiche- rung) und anschließenden Interpretation verfügbar.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass durch das Gleitlagermo- dell (N-V-F) ein ideales Modell (N) für den Nominalfall mit einem gleichartig aufgebau- ten variablen Modell (V) in Bezug gesetzt wird, welches auf das reale Betriebsverhalten des Gleitlagers (1 ) angepasst wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Gleitla- germodell (N-V-F) ein ideales Modell (N) für den Nominalfall mit einem gleichartig auf- gebauten Fehler-Modell (F) zur Abbildung hinsichtlich charakteristischer Fehlerzustän- de in Bezug gesetzt wird, wobei die Fehlerzustände ausgewählt sind aus einer Gruppe, umfassend Mangelschmierung, veränderte Ölviskosität, verschleißbedingte Geomet- rieänderung am Gleitlager (1 ).

4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das ideale Modells (N) für den Nominalfall mit dem variablen Modells (V) und/oder dem Fehler-Modell (F) in Bezug gesetzt wird, um die Residuen als Differenz zweier mitei- nander verglichener Modelle (NA/; N/F) zu bestimmen.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verschleißmodell (VS) angewendet wird, dessen Ausgangswerte ein Maß für den Verschleißzustand des Gleitlagers (1 ) darstellen, wobei das Betriebsverhalten der das Gleitlager (1 ) umfassen- den Maschine oder Anlage durch die Steuereinheit (ECU) nach Maßgabe des Ver- schleißzustands angepasst wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anpassung des Be- triebsverhaltens der Maschine oder Anlage durch die Steuereinheit (ECU) dadurch er- folgt,

dass ab Erreichen eines den Verschleißzustand des Gleitlagers (1 ) kennzeich- nenden vordefinierten Grenzwerts oder Schwellenwertsdie hierauf einwirkende Lager- last (F) verringert wird und/oder die Drehzahl (n) erhöht wird, um ein Einglätten von La- gerlaufflächen zu erzielen, und/oder

dass ab Erreichen eines Grenzwerts oder Schwellenwerts für eine einen kriti- schen Betriebszustand kennzeichnende physikalische Größe oder dimensionsloser In- dikator in einen vordefinierten Steuerungsparameter, insbesondere die maximal zuläs- sige Temperatur des Gleitlagers (1 ), umgewandelt wird, worauf die Steuereinheit (ECU) das Betriebsverhalten anpasst.

7. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl (n) und/oder das Drehmoment (M) als Eingangsgrößen (u) durch eine Messung im Leis- tungsfluss vor oder nach dem Gleitlager (1 ) mittels Dynamischer Lastmessung (DLM) ermittelt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass anhand der ermittelten Temperatur (TA; TS) des Gleitlagers (1 ), der Drehzahl (n) des rotierenden Bauteils und der Lagerlast (F) per Orbitanalyse die minimale Spaltdicke (smin) des Gleitlagers (1 ) be- rechnet wird.

9. System zur Zustandsüberwachung eines mit Schmieröl betriebenen Gleitlagers (1 ), bei welchem mit mindestens einem Sensor (2) eine lagercharakteristische physikalische Größe gemessen wird, welche einer Steuereinheit (ECU) zur Zustandsüberwachung zugeführt wird, wobei die folgenden Schritte durchgeführt werden:

durch die Steuereinheit (ECU) wird aus mindestens einem physikalischen Gleit lagermodell (N-V-F), dem als Eingangsgrößen (u) zumindest die Drehzahl (n) sowie das Drehmoment (M) zugeführt werden und diesen Eingangsgrößen (u) ein dynamisches Verhalten des Schmieröls zuordnet, zumindest eine Zustandsgröße (s; T; p) des Gleit lagers (1 ) und/oder des Schmieröls als Ausgangsgröße (y) bestimmt;

mit mindestens einem Sensor (2) wird ein Vergleichswert für zumindest eine der Zustandsgrößen (s; T; p) gemessen;

aus einem Vergleich des gemessenen Wertes der Zustandsgröße (s; T; p) mit dem modellbasiert als Ausgangsgrößen (y) berechneten Wert der Zustandsgröße (s; T; p) wird ausgewertet, inwieweit das physikalische Gleitlagermodell (N-V-F) das reale Verhalten des Gleitlagers (1 ) abbildetumfassend mindestens einen Sensor (2) zum Messen einer Zustandsgrößen (s; T; p) des Gleitlagers (1 ) sowie eine elektronische Steuereinheit (ECU) zur modellbasierten Zustandsüberwachung des Gleitlagers (1 ), enthaltend ein physikalisches Gleitlagermodell (N-V-F).

10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zum Plausibilisieren das Gleitlagermodell (N-V-F) aus zumindest dem Drehmoment (M), der Drehzahl (n) als Eingangsgrößen (x) zumindest eine Zustandsgröße, mindestens umfassend die Ölaus- trittstemperatur (TA*) am Gleitlager (1 ), als Ausgangsgröße (y) berechnet und heran- zieht, um diese mit einer sensortechnisch gemessenen Ölaustrittstemperatur (TA) des Gleitlagermodells (N-V-F) abzugleichen.

1 1. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitlagermodell (N- V-F) aus zumindest dem Drehmoment (M), der Drehzahl (n) als Eingangsgrößen (u) zumindest eine Zustandsgröße, mindestens umfassend den Lagerspalt (s) im Gleitlager (1 ), als Ausgangsgröße (y) berechnet und heranzieht, um diese mit einer sensortech- nisch gemessenen Lagerspalt (s) zum Plausibilisieren des Gleitlagermodell (N-V-F) ab- zugleichen.

12. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem Verschleißmodell (VS) im Zuge des Abgleichens Kenngrößen zum Tribologischen Regime des Gleitlagers (1 ) zugeführt werden, wobei das Verschleißmodell (VS) mindestens eine der folgenden Funktionen beinhaltet:

- Verschleißkennfeld, in welchem für Betriebszustände des Gleitlagers (), umfas- send Gleitgeschwindingkeit und Lagerspalt, eine aus Versuchen gewonnene Verschleißrate hinterlegt,

- physikalische Verschleißmodelle, umfassend Modelle zur Beschreibung der

Oberflächenstruktur und dessen Berücksichtigung im Gleitlagermodell (N-V-F);

- probabilistische Verschleißmodelle, als anhand von Versuchen trainierte neuro- nale Netze.

13. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine aus dem Ver- schleißmodell (VS) ermittelte Verschleißrate akkumuliert wird, wobei eine Akkumulati- onseinheit (Akk) zumindest eine der folgenden Funktionen ausführt:

- kontinuierliche oder diskrete Akkumulation des ortsabhängigen Verschleißes des Gleitlagers (1 );

- Mitführen eines aktuellen Geometriemodells des Gleitlagers (1 ) aus dem ermittel- ten Verschleiß.

14. System nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausgabeeinheit (AE) zum Interpretieren der Ergebnisse aus dem Gleitlager modell (N-V-F), der Akkumulationseinheit (Akk) und/ oder des Verschleißmodell (VS) vorgesehen ist, um im Rahmen der Zustandsüberwachung mindestens eine der nach- folgenden Funktionen auszuführen:

- Warnung (W), falls der Verschleiß in einem Lagerbereich des Gleitlagers zuvor festgesetzte Grenzwerte überschreitet;

- Ableiten von Handlungsempfehlungen für die Betriebssteuerung der Maschine oder Anlage;

- Diagnosefunktionen für das Systems;

- Statistikinformationen zum Betriebsverhalten der Maschine oder Anlage;

- Historie des Verschleißfortschritts über die Zeit mit Trendanalyse und Prognose des Wartungsbedarfs.

15. Windkraftanlage, umfassend ein System zur Zustandsüberwachung eines mit Schmieröl betriebenen Gleitlagers nach einem der Ansprüche 9 bis 14.

16. Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln zur Durchführung einer Zustandsüberwachung eines Gleitlagers gemäß des Verfahrens nach einem der An- sprüche 1 bis 8, wenn das Computerprogrammprodukt auf einer softwaregesteuerten elektronischen Steuereinheit (ECU) eines Systems gemäß der Ansprüche 9 bis 14 oder einer Cloud-Plattform abläuft.

Description:
Modellbasiertes Verfahren und System zur Zustandsüberwachunq eines Gleitlagers, insbesondere für Windkraftanlaqen

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zustandsüberwachung eines mit Schmieröl betriebenen Gleitlagers für ein rotierendes Bauteil, bei welchem mit mindes- tens einem Sensor eine lagercharakteristische physikalische Größe gemessen wird, die einer Steuereinheit zur Zustandsüberwachung zugeführt wird. Weiterhin betrifft die Er- findung auch ein System zur Zustandsüberwachung eines mit Schmieröl betriebenen Gleitlagers mit einem solchen Verfahren und eine Maschine oder Anlage, vorzugsweise eine Windkraftanlage, die mit dem besagten System ausgestattet ist. Ferner ist auch ein das vorgenannte Verfahren verkörperndes Computerprogrammprodukt angegeben.

Das Einsatzgebiet der Erfindung erstreckt sich auf hydrostatische oder hydrodynami- sche Gleitlager für schwere Wellen als rotierendes Bauteil, die vornehmlich im Bereich des Kraftfahrzeugbaus, der Schiffstechnik sowie des Maschinen- und Anlagenbaus zum Einsatz kommen. Als schwere Wellen werden im Rahmen dieser Anwendungen insbe- sondere Antriebswellen mit einem Wellendurchmesser zwischen 30 und 300 mm ver- standen. Es sind jedoch auch kleinere oder größere Wellendurchmesser denkbar, falls diese mit einer Drehlagerung der hier gattungsgemäßen Art ausgestattet werden kön- nen, insbesondere einer Schmierölversorgung des Lagerspalts zugänglich sind. Die Wellen der hier interessierenden Art finden sich beispielsweise in Windkraftanlagen zur Lagerung von Getriebebauteilen, wie beispielsweise Zahnrädern, Zahnradpaarungen und hiermit zusammenwirkende Wellen. Ebenso sind Anwendungen denkbar, die sich auf eine Lagerung anderer rotierender Bauteile, wie beispielsweise einer Rotorwelle des Antriebsstrangs zwischen Rotor und Getriebeeingang oder auch einer Lagerung eines Rotorblatts an einer Nabe beziehen, bei welcher der Pitch des Rotorblatts ver- stellbar ist. Prinzipiell lässt sich die erfindungsgemäße Lösung auf axiale und radiale Gleitlageranordnungen sowie Kombinationen hieraus anwenden. Neben einer drehen- den Welle als rotierendes Bauteil ist es auch möglich, dass dieses im Sinne einer kine- matischen Umkehr als ein um eine stehende Welle rotierendes Bauteil ausgebildet ist.

Die US 201 1/0188988 A1 beschreibt eine technische Lösung für eine Gleitlagerung ei- nes Rotors an einer Nabe einer Windkraftanlage, welche hier als Axiallagerung ausge- bildet ist. Die Axiallagerung wirkt auf einander gegenüberliegende Ringflächen einer seitens des proximalen Endes eines Rotorblatts angeordneten Drehschiene ein. Der Zustand des sich im Lagerspalt befindlichen Schmieröls wird hier gemäß einer ersten beschriebenen Ausführungsform über einen Drucksensor ermittelt, welcher seitens der Lagerschale oder der Welle angeordnet den Lagerspaltdruck misst, woraus eine Steu- ereinheit Einfluss auf die Pumpenansteuerung des Druckschmierungskreises und/oder den Betrieb der Windkraftanlage nimmt, beispielsweise auf deren dynamischen Zu- stand. Gemäß einer anderen hier beschriebenen Ausführungsform basiert diese Steue- rung auf einer sensortechnischen Ermittlung der Temperatur des Schmieröls im Lager- spalt der Gleitlagerung. Die dort herrschende Temperatur ist ein Indikator für die Belas- tung des Rotorblatts. Schließlich wird gemäß einer weiteren Ausführungsform vorge- schlagen, dass die Schmierfilmdicke im Lagespalt des Gleitlagers - welche der aktuel- len Dicke des Lagerspalts an der engsten Stelle entspricht - sensortechnisch ermittelt wird, auf dessen Basis die vorgenannte Steuerung ebenfalls durchgeführt werden kann. Falls die Schmierfilmdicke unter einen vordefinierten Mindestwert fällt, so lässt sich hie raus eine Überbelastung des Rotorblatts ableiten.

Die US 2012/0068460 A1 offenbart eine radiale Gleitlageranordnung für eine gegen- über der vorgenannten Lösung des Standes der Technik im Normalbetrieb schneller drehend umlaufende Antriebswelle eines Antriebsstrangs einer Windkraftanlage. Ein Gleitlager bildet hier die rotornabenseitige Lagerstelle der Antriebswelle. Die Gleitlager- anordnung umfasst ebenfalls einen Sensor, der an geeigneter Stelle die Spaltbreite und damit ebenfalls die Schmierfilmdicke des sich im Lagerspalt befindlichen Schmieröls misst, um ausgehend von dem Messwert die Pumpe eines Druckschmierungskreises sowie einen Liftaktuator der Gleitlageranordnung anzusteuern, mit dessen Hilfe die Welle in verschiedenen hydrodynamischen Betriebsmodi lagerbar ist.

Ferner gehen aus dem allgemein bekannten Stand der Technik, insbesondere für Windkraftgetriebe mit mindestens einer getriebeeingangsseitigen Planetenstufe, auch Gleitlagerungen drehender Bauteile hervor, beispielsweise einer abtriebsseitigen Son- nenwelle gegenüber dem Getriebegehäuse oder der Planetenräder am Planetenträger- bolzen als stehende Welle. Diese Gleitlagerungen sind gewöhnlich an einen getriebein- ternen Druckschmierkreis zur permanenten Versorgung mit Schmieröl angeschlossen, der mit Sensoren zur Zustandsüberwachung der Druckschmierung ausgestattet sein kann. Werden Gleitlager der hier interessierenden Art hydrodynamisch betrieben, so sind die- se theoretisch verschleißfrei. Wechselnde Betriebszustände der eine Gleitlagerung um- fassenden Maschine oder Anlage sowie Störungen in der Druckschmierung können zu einer Funktionsunterbrechung der Gleitlagerung führen und einen Verschleiß, Schädi- gung oder sogar Ausfall der Lagerstelle herbeiführen. Der Schmierspalt im Gleitlager, hauptsächlich die kritische minimale Spaltdicke, beträgt gewöhnlich wenige Mikrometer und bietet Aufschluss darüber, in welchem Betriebszustand sich das Gleitlager befindet. Als typische Betriebszustände des Gleitlagers gelten der Zustand der Mischreibung, in welchem bei beispielsweise ansteigender Drehzahl eine Welle noch nicht vollständig von der zugeordneten Lagerschale abgehoben ist oder der sich bei weiter steigender Drehzahl hieran anschließende hydrodynamische Zustand, in welchem im Bereich der Nenndrehzahl ein tragender Schmierölfilm besteht.

Mit weiteren einfach zu messenden lagercharakteristischen physikalischen Größen, beispielsweise der Schmieröltemperatur, kann die Last im Gleitlager berechnet werden und auf das Drehmoment im Antriebsstrang geschlossen werden. Allerdings gestaltet sich die Messung der Spaltdicke im Gleitlager deshalb problematisch, weil ein hierfür gewöhnlich zum Einsatz kommender Kontakt- oder Abstandssensor auch nach einem verschleißbedingten Materialabtrag an Lageroberflächen nicht touchiert werden darf und die Positionierung des Sensors in einer Vertiefung die Lagergeometrie sowie Hyd- rodynamik beeinträchtigt, so dass die Lagertragfähigkeit abnehmen würde. Zudem sind insbesondere Abstandssensoren zur Messung der Exzentrizität eines Gleitlagers auf- grund der erforderlichen Auflösung recht empfindlich und haben einen geringen Mess- bereich, so dass eine dichte Anordnung an der Messstelle erforderlich ist, was wiede- rum den herrschenden Anforderungen an die Robustheit der Gleitlageranordnung wi- derspricht.

Es ist daher die Auflage der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und System zur Zu- standsüberwachung eines mit Schmieröl betriebenen Gleitlagers dahingehend weiter zu verbessern, dass ohne Beeinträchtigung der Lagerfunktionalität eine Entwicklung zu unerwünschten Betriebszuständen erkennbar ist und weitergehende Analysen und Aussagen über den Zustand des Gleitlagers, insbesondere dessen Verschleißzustand, möglich sind. Die Aufgabe wird hinsichtlich eines Verfahrens zur Zustandsüberwachung eines Gleit- lagers gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeich- nenden Merkmalen gelöst. Hinsichtlich eines dieses Verfahren ausführenden Systems wird auf Anspruch 9 verwiesen, welches gemäß Anspruch 15 vorzugsweise in Verbin- dung mit einer Windkraftanlage zum Einsatz kommt. Der Anspruch 16 gibt ein das Ver- fahren verkörperndes Computerprogrammprodukt an. Die jeweils rückbezogenen ab- hängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.

Die Erfindung schließt die verfahrenstechnische Lehre ein, dass eine Steuereinheit zur Zustandsüberwachung aus mindestens einem physikalischen Gleitlagermodell N-V-F (N = Nominal bzw. Normalzustand, V = variabeles, der Realität nachführbares Modell, F = Fehlermodell), das als Eingangsgrößen u zumindest die Drehzahl n sowie das Dreh- moment M erhält und diesen Eingangsgrößen u ein dynamisches Verhalten des Gleit lagers oder Schmierspalts zuordnet, zumindest eine Zustandsgröße s; T; p des Gleitla- gers und/oder des Schmieröls als Ausgangsgröße y bestimmt. Hierbei ist die zeitliche Ableitung x-Punkt, die zeitliche Veränderung der Zustandsgrößen und lediglich ein "mathematischer Trick" der Zustandsraummethode, eine interne Berechnungsgröße, die nach außen nicht weiter benutzt wird. Mit mindestens einem Sensor wird ein Ver- gleichswert für zumindest eine der besagten Zustandsgrößen s; T; p gemessen, vor- zugsweise also die Spaltdicke des Schmierspalts des Gleitlagers, die Lagertemperatur und/oder der Schmieröldruck. Schließlich wird aus einem Vergleich des gemessenen Wertes der Zustandsgröße s; T; p mit dem modellbasiert als Ausgangsgrößen y be- rechneten Wert der Zustandsgröße s; T; p durch die Steuereinheit ausgewertet, inwie- weit das physikalische Gleitlagermodell N-V-F das reale Verhalten des Gleitlages abbil det.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht insbesondere die parallele Berechnung unter- schiedlicher im Gleitlagermodell N-V-F enthaltener Einzelmodelle vor. Dabei bildet ein ideales Modell N den Nominalfall im Sinne eines normalen Betriebs eines sich in Takt befindlichen Gleitlagers ab, welches eine Modellierung des konstruktiven Zustands des Gleitlagers darstellt. Dabei können auch Herstellungstoleranzen und -parameter der Gleitlagerbauteile mit einfließen. Ein variables Modell V dient vornehmlich dem Kalibrie- ren durch Abgleich mit einem gemessenen Sensorwert einer Zustandsgröße des Gleit- lagers. Somit lässt sich das variable Modell V auf das reale Verhalten anpassen. Dane- ben kann mindestens ein Fehler-Modell F zur Abbildung hinsichtlich charakteristischer Fehlerzustände - beispielsweise eine veränderte Ölviskosität, Mangelschmierung, Wei- tung der Lagergeometrie durch Verschleiß und dergleichen - im Rahmen der Zustands- Überwachung genutzt werden.

Als Modelle sind im Rahmen dieser Anordnung physikalische Modelle eines einzelnen Gleitlagers oder des gesamten Systems zu verstehen. Dabei sind alle Modelle gleichar- tig modelliert, basieren also auf denselben Gleichungen. Dies können nicht-lineare Gleichungssysteme für das hydrodynamische Verhalten (beispielsweise eine Reynolds- Gleichung), Temperaturmodelle, linear-elastisches (FE), elastokinematisches und struk- turdynamisches Verhalten sein, die entsprechend der Lagerung oder des gesamten Antriebsstrangs gekoppelt sind. Die Modelle können in dem zu überwachenden Be- triebsbereich linearisiert und im Zustandsraum dargestellt sein, gemäß der nachfolgen- den Formel:

wobei die Variablen bzw. Formelzeichen die folgende Bedeutung haben: Mit x = Zustandsvektor, y = Ausgangsgrößen, u = Eingangsgrößen, A = Zustandsmatrix, B = Eingangsmatrix, C = Ausgangsmatrix, D = Durchgangsmatrix, p (rho) = variable Parameter, Betriebsparameter oder Störgrößen (deren Wert unbekannt ist, aber deren Einfluss bekannt ist)

Weiterhin sei darauf hingewiesen, dass die Modelle auch als Eingrößensystem (SISO, single-input, single-output) oder Mehrgrößensystem (MIMO, multiple-input, multiple- output) aufgebaut ein können. Als Eingangsgrößen u sind in der Regel leicht messbare Größen, wie Öltemperatur im Sumpf T, Drehzahl n, Drehmoment M, vorgesehen. Die Zustandsgrößen x sind Größen, die den Betriebszustand des Gleitlagers widerspiegeln, diese sind z.B. Schmierspalthöhe oder Lagerpositionen, Schmieröldruck, Ölvolumen- strom, Lagertemperatur oder die Temperatur des austretenden Öls ggf. weitere. Die Lagerposition(en) lässt sich aus Kontakt- oder Abstandssensoren zur Messung der Spaltdicke des Gleitlagers ermitteln. Ausgangsgrößen y können auch weitere, nicht gemessene Parameter des Gleitlagers oder des Systems sowie gemessene Zu standsgrößen sein und demgegenüber gegebenenfalls hinsichtlich Güte und Abtastzeit abweichen. Dies ist insbesondere für die Bestimmung der minimalen Spalthöhe (h_min) des Gleitlages und der Temperatur des austretenden Öls vorgesehen, die im Modell kontinuierlich berechnet wird, jedoch sensortechnisch in der Regel nur bereichsweise oder grob bestimmbar ist. Bekannte z.B. Außentemperatur, Windstärke, Anstellwinkel der Rotorblätter, etc. oder unbekannte Störgrößen p (rho) können zulässig- beispiels- weise eine Last - sein oder unerwünscht sein - beispielsweise Verschleiß - und para- metrieren das ideale Modell N als Basismodell für den Ausgangszustand

oder eines der Fehler-Modelle F. In diesem Zusammenhang kann das variable Modell V anhand eines Beobachtermodells/Kalmanfilters dem realen Verhalten nachgeführt wer- den.

Gemäß eines wesentlichen Aspekts der Erfindung werden die Ausgangsgrößen y des physikalischen Gleitlagermodells N-V-F mit den real gemessenen Zustandsgrößen zwecks Abgleich/Kalibrierung verglichen, insbesondere der die minimale Spalthöhe des Lagerspalts s und damit die Schmierfilmhöhe, die Lagertemperatur T, der Schmier- öldruck p oder weitere Messgrößen oder einem Vektor unterschiedlicher Ausgangsgrö- ßen y.

Erfolgt in der Realität ein Anlaufen des Gleitlagers, so hebt das rotierende Bauteil, bei- spielsweise die Welle, zu einem bestimmten Zeitpunkt vom stehenden Bauteil, bei spielsweise der Lagerschale, ab. Dieser Abhebezeitpunkt kann beispielsweise durch einen Kontaktsensor zwecks Abgleich auch sensortechnisch ermittelt werden. Zum Ab- hebezeitpunkt wird die Schmierfilmdicke als Höhe der maximalen Rauigkeitsspitzen beider miteinander korrespondierender Laufflächen des Gleitlagers angenommen. Die- ser Wert wird mit dem Wert aus dem idealen Modell N verglichen; die Differenz wird als Residuum bezeichnet. Des Weiteren werden für den gleichen Wert die Residuen des mindestens einen Fehler-Modells F gerechnet. Sollen Werte, die nicht gemessen wur- den, verglichen werden, werden die Werte des variablen Modells V, welche an das rea- le Verhalten des Gleitlagers nachgeführt wurden, zum Abgleich genutzt. Ein solcher nicht gemessener Wert kann beispielsweise die Schmierfilmdicke nach dem Abhebe- punkt sein, falls im Gleitlager lediglich ein Kontaktsensor verbaut ist. Allgemein ist das Residuum für Messgrößensysteme mit folgender Formel beschreibbar:

wobei das Formelzeichen Q ist eine mathematische Funktion, welche die Differenz von Ausgangs- und/oder Zustandsgrößen zwischen Modell und Realität (Index N: Nomina- les Modell ggü. Realität, F: Fehlermodell ggü. Realität) oder unterschiedlichen Modellen verarbeitet. Da die Differenzen zeitlich abhängig sind, ist auch Q von der zeit x abhän- gig. Entspricht Q der Funktion "1 ", so entspricht Q den Differenzen. Die Differenzen können im Falle mehrerer Größen (Vektor) als Betrag, einem Skalarprodukt oder einer mathematischen Funktion auf eine Größe reduziert werden. Auf die zeitabhängige Dif- ferenz kann (im Fall eines Vektors elementweise) eine beliebige Übertragungsfunktion (Filterfunktion) angewendet werden. Die Integration von einem beliebigem Startzeit- punkt t_0 bis zu einem Zeitpunkt ί_0+Ty über die zeitlich abhängige Funktion der Diffe- renz Q(x) entspricht (je nach Funktion Q) einem funktionalem Effektiv- oder Mittelwert über das Zeitintervall Ty über welches das Residuum gebildet werden soll.

Im Falle des Abhebezeitpunkts ergeben sich aufgrund der diskreten Betrachtung die folgenden Quotienten für das Residuum des idealen Modells N in Bezug auf das Resi- duum des variablen Modells V:

Residuumaus Filter für Nominalfall

Residuumaus Filter für variables,

der Realität nachgefühtem Modell

Für das Residuum des idealen Modells N in Bezug auf das Residuum des Fehler- Modells F ergibt sich folgende Beziehung: Res iduumaus Filter für Nominalfall

Res iduumaus Filter für Fehlerfall wobei die noch nicht vorstehend erörterten Formelzeichen der beiden vorgenannten Formeln wie folgt bezeichnet sind Y bezeichnet das Verhältnis der Residuen und kann als Prüfkriterium bezeichnet werden, der Index i bezeichnet welche Residuen ins Ver- hältnis gesetzt wurden (z.B. Nominal- vs. Fehlerfall), d.h. welches Kriterium geprüft wurde. Das e im Nenner ist ein infinitesimal kleiner Wert, um die Division durch Null ab- zufangen.

Der vorstehende Quotient aus dem Residuum des idealen Modells N und dem Residu- um des variablen Modells V dient als allgemeiner Fehlerindikator für Fehler, welche nicht modelliert sind, wie auch zur Überwachung des Algorithmus. Da alle Modelle N, V, F gleichartig aufgebaut sind, heben sich durch den Quotient der vorstehenden Formeln gleichartige Abweichungen auf. Das variable Modell V des Modells ggü dem realen Verhalten des Systems weist aufgrund der Nachführung z.B. mit einem Kalmanfilter eine verhältnismäßig geringe Abweichung auf. Im Idealfall, also bei intaktem Gleitlager, trifft dies auch für das ideale Modell N zu. Der Quotient zwischen idealem Modell N und variablem Modell V pendelt um 1 , da im Zähler und Nenner Werte ähnlicher Dimension stehen. Schwankt das Residuum zu stark, wird der Vergleich fortgesetzt, wenn die Wer- te stabil sind. Instabile Zeitintervalle werden verworfen. Ist der Wert für längere Zeit nicht stabil und befindet sich der besagte Quotient außerhalb von vordefinierten Grenz- werten, wird eine Fehlermeldung im Fehlerspeicher hinterlegt, optional eine diesbezüg- liche Störungsmeldung ausgegeben, welche anzeigt, dass keine klare Zustandsdiagno- se möglich ist.

Der Quotient aus dem idealen Modell N und dem Fehler-Modell F dient dagegen der Zuordnung einer Abweichung zu einem Fehlermodus. Ist der Quotient kleiner als 1 oder unterhalb eines festgelegten Grenzwerts, beispielsweise 1 ,1 bis 1 ,5, so liegt kein Fehler vor. Hierdurch lässt sich die Detektionsempfindlichkeit für einen Fehler einstellen.

Gemäß einer weiteren die erfindungsgemäße Lösung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass zusätzlich auch ein Verschleißmodell VS angewendet wird, des- sen Ausgangswerte yv ein Maß für den Verschleißzustand des Gleitlagers darstellen, wobei das Betriebsverhalten der das Gleitlager umfassenden Maschine oder Anlage durch die Steuereinheit nach Maßgabe des Verschleißzustands angepasst werden kann. Eine derartige Anpassung kann beispielsweise in Abhängigkeit mindestens eines oberen und/oder unteren vordefinierten Grenzwerts erfolgen. Bei Erreichen oder Über- schreiten eines solchen Grenzwerts kann beispielsweise eine Lastrücknahme, Anpas- sung des Öldrucks der Schmierölzufuhr oder dergleichen durchgeführt werden. Neben einem oberen und/oder unteren Grenzwert können auch mehrere kaskadierte Grenz- werte oder Zwischenschwellwerte für einen Temperaturbereich, Druckbereich oder der- gleichen eine solche oder ähnliche Anpassung des Betriebsverhaltens auslösen. Das vorgenannte Verschleißmodell VS kann beispielsweise Auskunft über die Entwicklung der Oberflächenrauheit der Lageroberflächen geben. Verschleißmodelle VS sind vor- zugsweise in dem vorstehend erörterten Gleitlagermodell N-V-F integriert oder unab- hängig hiervon ausgeführt.

Gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass das Betriebsverhalten der Maschine oder Anlage durch die Steuereinheit dann angepasst wird, wenn das mindestens eine Verschleißmodell VS einen zu hohen Ver- schleiß ausweist, oder nach den beiden vorstehenden Formeln gebildeten Quotienten eine Abweichung aufweist. In Anpassung auf einen hohen Verschleißzustand des Gleit lagers, der vorzugsweise über charakteristische vordefinierte Grenzwerte oder Schwel- lenwerte ermittelt wird, kann die hierauf einwirkende Lagerlast F verringert und/oder die Drehzahl n erhöht werden, um ein Einglätten von Lagerlaufflächen zu erzielen. Des Weiteren werden Anlauf-, Abschaltbetrieb und weitere wiederkehrende Betriebszustän- de so angepasst, dass die Modelle eine geringfügige Schädigung ausweisen.

Insbesondere die Steuerung einer Windkraftanlage reagiert nur auf wenige kritische Parameter, beispielsweise auf die Lagertemperatur an der schnell drehenden Welle.

Bei einer Umstellung auf Gleitlagerung können jedoch auch andere Lager - beispiels- weise durch Mangelschmierung - an die zulässige Temperaturobergrenze kommen. Deshalb wird vorgeschlagen, vorzugsweise in die Steuereinheit, welche für eine On- lineüberwachung der Maschine oder Anlage zuständig ist, derartige vorzugsweise durch Überwachung charakteristischer vordefinierter Grenzwerte oder Schwellenwerte erkennbare kritische Betriebszustände in einen Parameter, wie beispielsweise der La- gertemperatur, umzurechnen, auf welche die Steuerung der Maschine oder Anlage be- reits durch Notabschaltung reagiert. Hierdurch können in vorteilhafter weise auch ande- re physikalische Größen oder dimensionslose Fehlerindikatoren genutzt werden, um einen Wert für die Lagertemperatur zu berechnen, der die gewünschte Reaktion der Maschine oder Anlage hervorruft, beispielsweise eben eine Notabschaltung.

Gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass zumindest die Eingangsgrößen x, Drehzahl n und Drehmoment M durch eine Messung im Leistungsfluss vor oder nach dem Gleitlager oder über das Lager hinweg (Messstellen zur Bestimmung des Drehmoments befinden sich vor und hinter der Lage- rung) mittels einer an sich bekannten sogenannten Dynamischen Lastmessung(DLM), die auch als Dynamic Load Monitoring bezeichnet wird, ermittelt werden. Denn insbe- sondere für ein Getriebe, das mit mindestens einem Gleitlager ausgerüstet ist, sind in der Anlagensteuerung diese Größen normalerweise bekannt. Die Messung kann dabei vor, nach oder in einem Getriebe, vorzugsweise durch DLM oder weitere bekannte Prinzipien des Standes der Technik, erfolgen. Bei einer DLM wird über eine Differenz- messung von Lastmomenten am Getriebeeingang und -ausgang während des Betrie- bes eine Lasterfassung durchgeführt.

Des Weiteren ist es auch möglich, anhand der ermittelten Temperatur T des Gleitla- gers, der Drehzahl n des rotierenden Bauteils und der Lagerlast F per Orbitanalyse die Spaltdicke s des Gleitlagers, insbesondere die minimale Spaltdicke s m in, zu berechnen. Bei einer Orbitanalyse wird die räumliche Orientierung des drehenden Bauteils, bei spielsweise einer Welle, relativ zum feststehenden Bauteil, beispielsweise einer Lager- schale, des Gleitlagers bestimmt. Dies kann in bekannter Weise per empirischer For- mel, EHD, Reynolds DGL und dergleichen erfolgen. Ab einer minimalen Spaltdicke s m in , welche größer als die Rauheitsspitzen der miteinander korrespondierenden Laufflächen ist, kann von einer Trennung derselben ausgegangen werden. Dieser Abhebezeitpunkt wird zusätzlich messtechnisch per Kontaktsensor ermittelt. Wird als Kontaktsensor der Ohmsche oder kapazitive Widerstand zwischen Lagerschale und Welle genutzt, ändert sich dieser signifikant, sobald keine Kontaktpunkte mehr vorhanden sind. Hierdurch kann für die minimale Spaltdicke s min ein Abgleich des Ergebnisses der Orbitanalyse mit der Realität durchgeführt werden. Die minimale Spaltdicke s min des Gleitlagers ent- spricht der minimalen Schmierfilmdicke, welche während des Betriebs des Gleitlagers aufrechtzuerhalten ist. Wird die minimale Schmierfilmdicke unterschritten, so ist mit ei- nem fortschreitenden Lagerverschleiß durch Materialabtrag zu rechnen.

Ein System zur Zustandsüberwachung eines mit Schmieröl betriebenen Gleitlagers, welches das vorstehend erörterte Verfahren ausführt, umfasst also mindestens einen Sensor zum Messen einer geeigneten Zustandsgröße s; T; p oder dergleichen des Gleitlagers sowie eine elektronische Steuereinheit zur modellbasierten Zustandsüber- wachung des Gleitlagers, enthaltend ein physikalisches Gleitlagermodell N-V-F, in wel- chem eine parallele Berechnung der hierin enthaltenden unterschiedlichen Modelle er- folgt.

Gemäß einer temperaturbasierten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass das Gleitlagermodell N-V-F aus Eingangsgrößen u: n, M, T_Sumpf, Zustandsgröße x: mini- male Schmierspalthöhe h_min (bzw. s_min) und mindestens die Ausgangsgröße y: Ölaustrittstemperatur

TA* am Gleitlagerberechnet und heranzieht, um diese mit einer sensortechnisch ge- messenen Ölaustrittstemperatur T A zum Plausibilisieren des Gleitlagermodells N-V-F abzugleichen. Die Größen u, x, y sind Modellgrößen. Zum Abgleich mit Messwerten dienen die Ausgangsgrößen y, wobei dieser Vektor auch Zustandsgrößen x beinhalten kann. Diese temperaturbasierte Ausführungsform gründet auf dem Gedanken, dass für jedes Gleitlager zumindest ein Temperatursignal, beispielsweise des ausströmenden Schmieröls seitlich des Schmierspalts nahe der Lastzone oder unterhalb der Gleitlager- Oberfläche in der Lastzone der Lageroberfläche in der Lastzone, sowieso verfügbar ist, welches sich signifikant von der Ölsumpftemperatur Ts unterscheidet. Dieses Tempera- tursignal kann zum Plausibilisieren und als Zustandsrückführung im Sinne einer Rege- lung für das temperaturbasierter Gleitlagermodell N-V-F benutzt werden. Insbesondere für das variable Modell ist damit eine Nachführung an die Realität vorgesehen. Aus den Betriebsbedingungen n, M und der Ölsumpftemperatur Ts, welche der Öleintrittstempe- ratur in das Gleitlager entspricht, werden die Zustandsgrößen für das Gleitlager be- stimmt, beispielsweise dessen Lagerspalt s, Lagerexzentrizität, wirkende Lagerlasten, Reibungskoeffizient, Verlustleistung sowie auch die Ölaustrittstemperatur T A * .

Bei einer alternativen lagerspaltbasierenden Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Gleitlagermodell N-V-F aus mindestens dem Drehmoment M und der Drehzahl n als Eingangsgrößen u zumindest eine Zustandsgröße, mindestens umfassend den Lager- spalt s im Gleitlager, als Ausgangsgröße y berechnet und heranzieht, um diese mit ei- nem sensortechnisch gemessenen Lagerspalt s zum Plausibilisieren des Gleitlagermo- dells N-V-F abzugleichen, wie bereits vorstehend erörtert wurde Dies kann auch als Zustandsrückführung im Sinne einer Regelung für das lagerspaltbasierte Gleitlagermo- dell N-V-F benutzt werden. Insbesondere für das variable Modell ist damit eine Nach- führung an die Realität vorgesehen.

Zusätzlich kann bei der Kombination der lagerspaltbasierten und temperaturbasitern Ausführungsform die Lagerbelastung (das wirkende Drehmoment) zurückgerechnet werden (Umkehrrechnung aus dem Gleitlagermodell) und mit dem gemessenen Dreh- moment / wirkenden Lagerlast verglichen werden. Die Differenz kann als Indikator für die Funktion der Überwachung (im Sinne einer Selbstdiagnose) und die Differenz als Regelrückführung (zum Anpassen der Modelle an die Realität) genutzt werden.

Aus der modellbasierten Zustandsüberwachung des Gleitlagers lassen sich Zustands- merkmale, wie Verschleiß, Mangelschmierung, Schmierölschädigung und dergleichen, sowie Empfehlungen zur Verbesserung der Betriebsführung oder Regelung der Ma- schine oder Anlage in Form einer Anlaufphase, Notabschaltung und dergleichen, ablei- ten. Vorzugsweise werden dem Verschleißmodell VS im Zuge des Abgleichens Kenn- größen zum Tribologischen Regime des Gleitlagers zugeführt, wobei das Verschleiß- modell VS mindestens eine der folgenden Funktion beinhaltet:

- Verschleißkennfeld: Für jeden Betriebszustand, beispielsweise Gleitgeschwin- digkeit und Lagerspalt, ist die zugehörige Verschleißrate als Kenngröße des Ma- terialabtrags pro Zeit hinterlegt, welche aus Versuchen gewonnen wurde.

- Physikalische Verschleißmodelle: Aus dem allgemeinen Stand der Technik werden physikalische Verschleißmodelle nach Archard oder Fleischer berück- sichtigt, inklusive der erforderlichen Modelle zur Beschreibung der Oberflächen- struktur sowie Berücksichtigung derselben im Gleitlagermodell N-V-F.

- Probabilistische Verschleißmodelle: Diese stellen anhand von Versuchen trai nierte neuronale Netze dar.

Unter einem Tribologischen Regime des Gleitlagers sind die typischen Betriebszustän- de, in denen sich ein Gleitlager befinden kann (analog der x-Achse der Stribeck-Kurve) und die "Hauptursachen" (Betriebsparameter), zu verstehen . Die Zustände sind Grenz- reibung oder Festkörperreibung, Mischreibung und hydrodynamische Reibung. Die je- weiligen Bereiche können beliebig fein, weiter unterteilt werden, z.B. Mischreibung mit 100, 90, ...10% Festkörperkontaktpressung (asperty contact). Nun kann das Lager durch verschiedene Umstände in den gleichen Betriebszustand kommen, so ist z.B. Mischreibung mit 50% asperity contact bei hoher Last, niedriger Geschwindigkeit und geringer Öltemperatur möglich und genauso bei mittlerer Last, mittlerer Geschwindig- keit und hoher Öltemperatur. Der Betriebszustand (x-Achse) und die Betriebsparameter bilden eine mehrdimensionale Matrix, jedes Feld der Matrix spiegelt ein tribologisches Regime (Zustand + Ursache) wider. In dieser Matrix werden nun Aufenthaltszeiten oder Umdrehungen klassiert. Das Verschleißkennfeld orientiert sich ebenfalls am Aufbau dieser Klassiermatrix, d.h. für jedes Regime wurde die Verschleißrate berechnet oder im Versuch ermittelt. Auf diese Weise können unterschiedliche Verschleißvorgänge on- line oder offline (z.B. beim Auslesen des Statistikspeichers oder eine Diagnosefunktion) akkumuliert werden.

Die aus dem Verschleißmodell VS ermittelte Verschleißrate wird gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme in einer Akkumulationseinheit Akk akkumu- liert, wobei zumindest eine der nachfolgenden Funktionen berücksichtigt wird:

- Kontinuierliche oder diskrete Akkumulation des ortsabhängigen Verschleißes des Gleitlagers, wobei aus dem Gleitlagermodell bereits der Lastvektor bekannt ist, beispielsweise pro Winkelsegment. - Mitführen eines aktuellen Geometriemodells des Gleitlagers aus dem ermittel- ten Verschleiß, welches zur Berechnung der Kenngrößen des Gleitlagers im Gleitlagermodell N-V-F berücksichtigt wird.

Gemäß einer anderen die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass eine Ausgabeeinheit AE zum Interpretieren der Ergebnisse aus dem Gleitlager- modell N-V-F, der Akkumulationseinheit Akk und/oder des Verschleißmodells VS vor- gesehen ist. Im Rahmen der Zustandsüberwachung führt die Ausgabeeinheit AE min- destens eine der nachfolgenden Funktionen aus:

- Warnung, falls der Verschleiß in einem Lagerbereich, beispielsweise einem Winkelsegment, zuvor festgesetzte Grenzwerte überschreitet.

- Ableiten von Handlungsempfehlungen für die Betriebssteuerung der Maschine oder Anlage, beispielsweise in Form einer Anzeige von Stellbefehlen oder ein Eingriff in den Betrieb durch Leistungsreduktion, Verschiebung des Betriebs- punkts und dergleichen.

- Diagnosefunktion für das System, beispielsweise für den Grad der Zuverlässig- keit des Abgleichs.

- Bereitstellen von Statistikinformationen zum Betriebsverhalten der Maschine oder Anlage.

- Erstellen einer Historie des Verschleißfortschritts über die Zeit mit Trendanalyse und Prognose eines Wartungsbedarfs, denn die Abfolge der Betriebszustände hat einen Einfluss auf die Oberflächenstruktur. So kann ein Nennbetrieb zur Einglättung der Oberfläche führen, während Grenzreibung zur Erhöhung der Rauigkeit führen kann. Damit kann gezeigt werden, welches Betriebsverhalten in Zukunft eine Verbesserung oder weitere Verschlechterung bewirkt. Falls sich die Oberflächenstruktur bereits grenzwertig verschlechtert hat, können nur noch ver- verbessernde Betriebszustände - beispielsweise Leistungsreduktion - zugelas- sen werden. Denn es ist zuerst ein Einglätten der Oberflächen notwendig, bevor Betriebszustände zugelassen werden, die eine weitere Verschlechterung bewir- ken.

Das Gleitlagermodell N-V-F, das Verschleißmodell VS sowie die Abgleich-, Akkumulati- ons- und Ausgabefunktion ist vorzugsweise initial für jedes Gleitlager vorparametriert, kann aber jederzeit durch ein Update des diese Funktionen vorzugsweise verkörpern- den Computerprogrammprodukts geändert oder erweitert werden. Die Änderung kann in Form einer Modellidentifikation, Selbstkalibrierung, Training neuronaler Netze, etc. auch selbständig erfolgen. Statt einer kontinuierlichen oder diskreten Verarbeitung der Signale kann insbesondere eine Klassierung der Daten und eine Art Stapelverarbeitung für größere Zeiträume vorgesehen werden.

Weitere die Erfindung verbessernden Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Blockschaltbilddarstellung eines Systems zur modell- basierten Zustandsüberwachung eines in einem Getriebe enthaltenden Gleitlagers, und

Fig. 2 einen prinzipiellen Ablaufplan des vom Gleitlagermodell des Systems nach Fig. 1 durchgeführten Verfahrens.

Gemäß Fig. 1 umfasst ein System zur Zustandsüberwachung eines mit Schmieröl be- triebenen Gleitlagers 1 einen Sensor 2 zur Messung der Temperatur TA an der Ölaus- trittsstelle des Gleitlagers 1 . Das Gleitlager 1 ist bei diesem Ausführungsbeispiel ein exemplarisches Planetenradlager einer Planetenstufe eines Getriebes G für eine Wind- kraftanlage. Das vom Sensor 2 gemessene Temperatursignal wird einer elektronischen Steuereinheit ECU zugeführt, welche hier mit einer Strichlinie eingefasst ist und zumin- dest die folgenden Funktionseinheiten beinhaltet: Gleitlagermodell N-V-F, Verschleiß- modell VS, Akkumulationseinheit Akk und Ausgabeeinheit AE. Dabei können die Funk- tionseinheiten der ECU räumlich benachbart oder verteilt angeordnet sein. Ferner kön- nen die Funktionseinheiten auch aus mehreren Bestandteilen zusammengesetzt sein. Die gemessene Ölaustrittstemperatur T A am Gleitlager 1 dient innerhalb der ECU einem Abgleich A für eine zugeordnete Zustandsgröße - hier der berechneten Ölaustrittstem- peratur T A * - aus einer nachfolgend erläuterten modellbasierten Zustandsüberwachung des Gleitlagers 1.

Bei der modellbasierten Zustandsüberwachung des Gleitlagers 1 ist die Steuereinheit ECU mit einem physikalischen Gleitlagermodell N-V-F ausgestattet, welches zugeführ- ten Eingangsgrößen ein dynamisches Verhalten des Schmieröls im Gleitlager 1 zuord- net und daraus eine überwachungscharakteristische Zustandsgröße des Gleitlagers 1 bestimmt.

Im Rahmen des Gleitlagermodells N-V-F kommt ein ideales Modell N für den Nominal- fall eines Normalbetriebs des Gleitlagers 1 , ein variables Modell V, welches auf das rea- le Betriebsverhalten des Gleitlagers 1 anpassbar ist, sowie ein Fehler-Modell F zur Ab- bildung hinsichtlich charakteristischer Fehlerzustände des Gleitlagers 1 zum Einsatz, welche miteinander in Bezug gesetzt das Gleitlager 1 hinsichtlich des Betriebsverhal- tens oder von Fehlerzuständen analysieren lassen.

Dem Gleitlagermodell N-V-F der ECU werden als Eingangsgrößen die Drehzahl n so- wie das Drehmoment M zugeführt, welche mittels Dynamic Load Monitoring DLM am Getriebe G durch Messung des Leistungsflusses sensortechnisch ermittelt worden sind. Das physikalische Gleitlagermodell N-V-F berechnet anhand der ermittelten Ölaustritts- temperatur T A am Gleitlager 1 , der Drehzahl n des rotierenden Bauteils und der aus dem Drehmoment M resultierenden Lagerlast F per Orbitanalyse auch die minimale Spaltdicke des Gleitlagers 1 , welche einen Indikator für den Verschleißzustand darstellt. Denn geht die Spaltdicke gegen Null, so ist mit einem verschleißverursachenden Kon- takt zwischen Welle und Lagerschale des Gleitlagers 1 zu rechnen. Erreicht die minima- le Spaltdicke im Nenndrehzahlbereich des rotierenden Bauteils einen Normalwert oder - Wertebereich, so ist von einem quasi verschleißfreien Betrieb des Gleitlagers 1 auszu- gehen.

Je nach Analyseergebnis kann durch die Steuereinheit ECU auf das Betriebsverhalten der Anlage Einfluss genommen werden, beispielsweise nach Erkennen eines örtlichen Verschleißes an den Lagerlaufflächen die Lagerlast F verringert werden und die Dreh- zahl n erhöht werden, um ein vorübergehendes Einglätten der betroffenen Lagerlaufflä- chen zu erzielen.

In einem dem Gleitlagermodell N-V-F zugeordnetes Verschleißmodell VS wird die Ver- schleißrate als Kenngröße eines verschleißverursachenden Materialabtrags an Welle und/oder Lagerschale pro Zeiteinheit ermittelt, welche einer Akkumulationseinheit Akk zum Akkumulieren des Verschleißes in Abhängigkeit der Örtlichkeit zugeführt wird. Die Ergebnisse werden in einer nachfolgenden Ausgabeeinheit AE interpretiert und der Be- triebssteuerung der elektronischen Steuereinheit ECU zugeführt.

Gemäß Figur 2 wird also zur Einflussnahme auf die Betriebssteuerung in einem ersten Verfahrensschritt I aus der Drehzahl n sowie dem Drehmoment M des drehenden Bau- teils am - hier nicht weiter dargestellten - Gleitlager als Eingangsgrößen x durch die vorstehend erörterte modellbasierte Analyse eine Zustandsgröße, hier die Ölaustritts- temperatur TA*, am Gleitlager als Ausgangsgröße y berechnet.

In einem nachfolgenden Verfahrensschritt II wird die berechnete Ölaustrittstemperatur TA* dafür herangezogen, um diese mit einer sensortechnisch gemessenen Ölaustritts- temperatur TA ZU vergleichen. Der Vergleich erfolgt einerseits zwecks einer Plausibili- sierung des im vorausgegangenen Verfahrensschritts I verwendeten Gleitlagermodells und andererseits auch in einem nachfolgenden Verfahrensschritt III zwecks Zustands- Überwachung der Maschine oder Anlage. Dies erfolgt, indem die Ergebnisse aus dem Gleitlagermodell N-V-F zwecks Zustandsüberwachung interpretiert, klassiert, verglichen und plausibilisiert oder mit einem Verschleißmodell kombiniert, klassiert und akkumu- liert werden. Schließlich kann beispielsweise ein optisches oder akustisches Warnsignal W an den Bediener der Maschine/Anlage ausgegeben werden, falls der Verschleiß in einem Lagerbereich des Gleitlagers zuvor festgesetzte Grenzwerte überschreitet.

Ebenso ist eine Rückspeisung eines solchen Warnsignals W an die ECU oder derglei chen zur Einleitung von korrigierenden Steuermaßnahmen denkbar.

Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausfüh- rungsbeispiel. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hierfür denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit abgedeckt sind. So ist es beispiels- weise auch möglich, anstelle des Temperaturverhaltens das hydrodynamische Verhal- ten (Strömungsverhalten) des Gleitlagers über eine modellbasierte Zustandsüberwa- chung der Spaltdicke des Gleitlagers der Zustandsüberwachung zugrunde zu legen. Auch Kombinationen verschiedener Zustandsgrößen - beispielsweise auch unter Ein- beziehung des Schmieröldrucks - sind denkbar. Ebenfalls ist es möglich, beispielswei- se auch Maßnahmen zur Betriebssteuerung der Maschine oder Anlage im Ergebnis der Zustandsüberwachung des Gleitlagers durchzuführen, wie eine Lastanpassung der Be- lastung der Bauteile, eine Erhöhung der Schmiermittelzufuhr bei Mangelschmierung, eine Notabschaltung der Maschine oder Anlage bei Erreichen einer Verschleißgrenze oder dergleichen. Die vorgenannte Lastanpassung kann beispielsweise in einer Redu- zierung der Last bei Detektion eines Überlastbetriebes oder auch in einer Erhöhung der Last zur Erhöhung der Leistungsausbeute der Maschine oder Anlage liegen.

Ferner ist die erfindungsgemäße Lösung nicht darauf beschränkt, dass das Verfahren zur Zustandsüberwachung lokal in der Maschine oder Anlage durchgeführt wird. Dieses kann beispielsweise auch auf einer Client-Server-Architektur durchgeführt werden, wo- rin die sensorische Messwertermittlung clientseitig und die modellbasierte Zustands- Überwachung serverseitig erfolgt. Auch die Nutzung einer Cloud-Plattform zu diesem Zweck ist denkbar. Dies bietet den Vorteil, dass die ermittelten Zustandsüberwachungs- informationen auch für andere Einsatzzwecke als die Betriebssteuerung der Maschine oder Anlage nutzbar gemacht werden können. Unter einer Cloud-Plattform ist eine ver- netzte informationstechnische Struktur zu verstehen, bei der mindestens ein Server mit mindestens eine Datenbank in Verbindung steht, die gleichzeitig auch von anderen Servern über nutzerindividuelle Kommunikationsschnittstellen zwecks Datenaustausch nutzbar ist. Über mit dem mindestens einen Server verbindbare Clients kann der Da- tenaustausch mit vielfältigen Nutzern stattfinden. Bezuqszeichen

1 Gleitlager

2 Sensor für Ölaustrittstemperatur T A

3 Sensor für Ölsumpftemperatur T s n Drehzahl

M Drehmoment

s Lagerspalt

F Lagerlast

TA Ölaustrittstemperatur

T s Ölsumpftemperatur

TA* Ölaustrittstemperatur (berechnet)

N-V-F physikalisches Gleitlagermodell

N ideales Modell

V variables Modell

F Fehler-Modell

VS Verschleißmodell

ECU elektronische Steuereinheit

DLM Dynamic Load Monitoring

Akk Akkumulationseinheit

AE Ausgabeeinheit x Eingangsgrößen

y Ausgangsgrößen

W Warnsignal