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Patent Searching and Data


Title:
MONITORING OF A ROLLING BEARING
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/120869
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for automated detection of at least one damage event in a rolling bearing; comprising the method steps: measuring (101) at least one speed of the bearing rings of the bearing relative to each other; measuring (103) at least one circumferential frequency of a rolling body of the rolling bearing about a rotation axis of the bearing; recording (105) a mechanical oscillation caused by the bearing; and examining (109) the recorded oscillation for the presence of a modification to the oscillation caused by the damage event; wherein the modification of the oscillation by the damage event is determined in consideration of the speed of the inner ring and of the outer ring. The modification of the oscillation caused by the damage event is determined in consideration of the circumferential frequency of the rolling body.

Inventors:
GEENS LUK (BE)
SMOLDERS KRIS (BE)
Application Number:
EP2018/082288
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
Foreign References:
EP1077372A22001-02-21
US20170108406A12017-04-20
Other References:
None
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zur automatisierten Detektion mindestens eines Schadensereignisses in einem Wälzlager; mit den Verfahrensschritten:

- Messen (101) mindestens einer Drehzahl der Lagerringe des Lagers relativ zueinander;

- Messen (103) mindestens einer Umlauffrequenz eines Wälzkörpers des Wälzlagers um eine Drehachse des Lagers;

- Aufzeichnen (105) einer von dem Lager hervorgerufenen mechanischen Schwingung; und

- Prüfen (109) der aufgezeichneten Schwingung auf Vorhandensein einer durch das Schadensereignis hervorgerufenen Änderung der Schwingung; wobei

die durch das Schadensereignis hervorgerufene Änderung der Schwingung unter Berücksichtigung der Drehzahl des Innenrings und des Außenrings bestimmt wird; dadurch gekennzeichnet, dass

die durch das Schadensereignis hervorgerufene Änderung der Schwingung unter Berücksichtigung der Umlauffrequenz des Wälzkörpers bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 ; dadurch gekennzeichnet, dass

Drehzahl eines Käfigs des Lagers gemessen wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche; dadurch gekennzeichnet, dass

eine von dem Lager im unbeschädigten Zustand hervorgerufene mechanische Schwingung ermittelt wird; wobei

die aufgezeichnete Schwingung auf Vorhandensein der durch das Schadensereignis hervorgerufenen Änderung geprüft wird, indem die von dem Lager im unbeschädigten Zustand hervorgerufene mechanische Schwingung und die aufgezeichnete Schwingung verglichen werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche; dadurch gekennzeichnet, dass

eine Wiederholfrequenz einer von dem Schadensereignis hervorgerufen Änderung der Schwingung ermittelt wird.

Description:
Überwachung eines Wälzlagers

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatisierten Detektion mindestens eines Schadensereignisses in einem Wälzlager nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 .

Akustische Messungen werden häufig zur Fehlererkennung bei Getrieben genutzt, wobei Luftschall- und Körperschall-Messungen mittels Mikrofonen und Beschleunigungssensoren vorgesehen sein können. Eine Aufnahme entsprechender Messungen erfolgt gleichzeitig mit einer Rotation wenigstens einer Welle innerhalb des Getriebes. Aus der Rotation lässt sich die erwartete Wiederholfrequenz eines durch eine Schädigung erzeugten Schallereignisses ableiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Genauigkeit der Detektion von Schadensereignissen in Wälzlagern zu verbessern.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1 . Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient der automatisierten Detektion mindestens eines Schadensereignisses in einem Wälzlager. Bei dem Schadensereignis kann es sich etwa um Beschädigungen der Oberfläche eines Wälzkörpers und/oder einer Lagerlaufbahn handeln. Mit Lagerlaufbahn wird jeweils ein rotationssymmetrischer Teil der Lagerringe - Innenring und Außenring - bezeichnet, auf dem die Wälzkörper ab- rollen.

Das Verfahren umfasst die folgenden Verfahrensschritte:

- Messen mindestens einer Drehzahl der beiden Lagerringe des Lagers relativ zueinander.

Messen mindestens einer Umlauffrequenz eines Wälzkörpers des Wälzlagers; - Aufzeichnen einer von dem Lager hervorgerufenen mechanischen Schwingungen; und

- Prüfen der aufgezeichneten Schwingung auf Vorhandensein einer durch das Schadensereignis hervorgerufenen Änderung.

Die Schritte Messen der Drehzahl, Messen der Umlauffrequenz und Aufzeichnen der mechanischen Schwingung werden vorzugsweise gleichzeitig, d.h. während desselben Zeitintervalls, ausgeführt. Der Verfahrensschritt Prüfen der aufgezeichneten Schwingung setzt voraus, dass zuvor die übrigen Verfahrensschritte ausgeführt wurden.

Die Drehzahl der Lagerringe bezeichnet einen Quotienten aus der Anzahl der Drehung der Lagerringe relativ zueinander und einem entsprechenden Zeitintervall. Die Lagerringe drehen sich um eine Drehachse des Lagers.

Ein Quotient aus der Zahl der Umläufe des Wälzkörpers um die Drehachse des Lagers und einem entsprechenden Zeitintervall ist die Umlauffrequenz des Wälzkörpers um die Drehachse.

Aufzeichnen einer physikalischen Größe bedeutet Messen und Speichern der Größe. Die aufgezeichnete mechanische Schwingung wird also gemessen und gespeichert.

Unter mechanischer Schwingung ist eine wiederholte zeitliche Schwankung einer oder mehrerer mechanischer Größen eines Stoffs oder eines Körpers zu verstehen. Die mechanischen Größen sind im Einzelnen Masse, Kraft, Impuls, Trägheitsmoment, Drehmoment, Drehimpuls, Wirkung, Energie, Energiedichte, Leistung, Leistungsdichte, Massendichte, spezifisches Volumen, spezifisches Gewicht, mechanische Spannung, Modul, Viskosität, Volumenstrom und Massestrom.

Die mechanische Schwingung wird während eines Zeitintervalls aufgezeichnet. Dies geschieht kontinuierlich oder zu diskreten, über das Zeitintervall verteilten Zeitpunkten. Die durch das Schadensereignis hervorgerufene Änderung der Schwingung wird unter Berücksichtigung der Drehzahl des Innenrings und des Außenrings ermittelt. Die Drehzahl des Innenrings und des Außenrings beeinflusst das Frequenzspektrum der durch das Schadensereignis hervorgerufenen Änderung der Schwingung.

Bestimme Änderungsmuster der Schwingung lassen sich eineindeutig bestimmten Schadensereignissen zuordnen. Um die aufgezeichnete Schwingung auf Vorhandensein der durch das Schadensereignis hervorgerufenen Änderung zu prüfen kann gegebenenfalls eine Kenngröße der durch das Schadensereignis hervorgerufenen Änderung ermittelt werden. Die Kenngröße ist so zu wählen, dass sie für das Schadensereignis charakteristisch ist und eine durch das zu detektierende Schadensereignis hervorgerufene Änderung der mechanischen Schwingung repräsentiert. Anhand der Kenngröße lässt sich dann prüfen, ob das durch das zu detektierende Schadensereignis hervorgerufene Schwingungsmuster in der aufgezeichneten mechanischen Schwingung vorhanden ist. Daraus lassen sich Rückschlüsse auf das Schadensereignis ziehen. Eine geeignete Kenngröße stellt etwa die Überrollfrequenz der Wälzkörper über eine Schadstelle einer Lagerlaufbahn dar. Ein Verfahrensschritt Ermitteln der Kenngröße kann den Verfahrensschritten Messen der Drehzahl, Messen der Umlauffrequenz und Aufzeichnen der mechanischen Schwingung vorausgehen, gleichzeitig ausgeführt werden oder anschließend erfolgen.

Bisher war nicht bekannt, dass auch die Umlauffrequenz von Wälzkörpern im Schadensfall Einfluss auf die von einem Lager hervorgerufenen mechanischen Schwingungen hat. Diese Erkenntnis macht sich die Erfindung zu Nutze, indem bei der Bestimmung der durch das Schadensereignis hervorgerufenen Änderung der Schwingung nicht nur die Drehzahl des Innenrings und des Außenrings berücksichtigt wird, sondern auch die Umlauffrequenz des Wälzkörpers. In einer erfindungsgemäßen Berechnung der durch das Schadenereignis hervorgerufenen Änderung der Schwingung fließen entsprechend als Parameter zur Bestimmung der durch das Schadensereignis hervorgerufenen Änderung der Schwingung sowohl die Drehzahl des Innenrings und des Außenrings als auch die Umlauffrequenz des Wälzkörpers ein. Die Aufzählung der in die Berechnung einfließenden Parameter ist nicht abschließend. Insbesondere können neben den Drehzahlen des Innen- und Außenrings sowie der Umlauffrequenz des Wälzkörpers weitere Parameter berücksichtigt werden.

Viele Wälzlager weisen einen Lagerkäfig auf. Der Lagerkäfig dient der Führung der Wälzkörper. Entsprechend rotiert der Käfig mit der Umlauffrequenz der Wälzkörper.

In einer bevorzugten Weiterbildung wird daher die Drehzahl des Käfigs gemessen. Diese ersetzt die bei der Ermittlung der durch das Schadensereignis hervorgerufenen Änderung der Schwingung berücksichtigte Umlauffrequenz des Wälzkörpers.

In einer darüber hinaus bevorzugten Weiterbildung wird zunächst eine von dem Lager im unbeschädigten Zustand hervorgerufene mechanische Schwingung ermittelt. Dies geschieht entweder durch Simulation oder durch Messen.

Die aufgezeichnete Schwingung wird weiterbildungsgemäß auf Vorhandensein der durch das Schadensereignis hervorgerufenen Änderung geprüft, indem die von dem Lager in unbeschädigten Zustand hervorgerufene mechanische Schwingung und die aufgezeichnete Schwingung abgeglichen werden. Im Einzelnen wird die durch das Schadensereignis hervorgerufene Änderung mit der von dem Lager in unbeschädigten Zustand hervorgerufenen mechanischen Schwingung verrechnet. Es resultiert eine Schwingung, von der erwartet wird, dass sie von dem Lager bei Auftreten des Schadensereignisses emittiert wird. Diese Schwingung wird schließlich mit der aufgezeichneten Schwingung verglichen. Entsprechen beide Schwingungen einander, ist davon auszugehen, dass das Schadensereignis aufgetreten ist.

Die von Beschädigungen der Oberfläche des Wälzkörpers oder einer Lagerlaufbahn hervorgerufenen Änderungen der Schwingung weisen eine charakteristische Wiederholfrequenz auf. Diese ist abhängig von der Drehzahl des Innenrings und des Außenrings und der Umlauffrequenz der Wälzkörper. In einer bevorzugten Weiterbildung wird daher die Wiederholfrequenz ermittelt und fließt als Parameter in die Prüfung der aufgezeichneten Schwingung auf Vorhandensein der durch das Schadensereignis hervorgerufenen Änderung ein. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 1 dargestellt. Im Einzelnen zeigt:

Fig. 1 einzelne Verfahrensschritte.

Ein Verfahren gemäß Fig. 1 weist die folgenden Verfahrensschritte auf:

- Messen 101 mindestens einer Umlauffrequenz;

- Aufzeichnen 103 einer mechanischen Schwingung;

- Ermitteln 105 mindestens eines Parameters; und

- Prüfen 107 der aufgezeichneten Schwingung.

Bezuaszeichen Messen

Messen

Aufzeichnen

Ermitteln

Prüfen