Im Maschinen-und Anlagenbau gibt es eine Vielzahl von Maschinen und Anlagen, die jeweils rotierende Bauteile, in der Regel eine Welle aufweisen.

Die Welle ist dabei über ein Lager, insbesondere ein Wälzlager in dem statio- nären Gehäuse der Maschine oder Anlage gelagert, wobei je nach Ausfüh- rungsform der Innenring oder der Außenring des Lagers beweglich angeord- net ist, während dann entsprechend der Außenring bzw. der Innenring ortsfest gelagert ist. Als kraftübertragende und bewegte Komponente ist die einwand- freie Funktionsfähigkeit des Lagers entscheidend für die Funktionsfähigkeit der Maschine oder Anlage. Aufgrund hoher dynamischer und statischer Bela- stungen im Betrieb sowie aufgrund konstruktiver Einschränkungen stellt das Lager häufig die"Achillesferse"der Maschine oder Anlage dar. So sind Lagerdefekte die bei weitem häufigste Ausfallursache für elektrische Antriebe.

Aus diesem Grund gibt es eine Vielzahl verschiedener Sensoren und Metho- den zur Zustandsüberwachung und Erkennung von Lagerschäden. Neben der Temperaturmessung des Lagers und der Analyse der Lagerschmierstoffe, ins- besondere des Lageröls, werden hauptsächlich schwingungsdiagnostische Methoden zur Beurteilung des Lagerzustandes herangezogen. Mit Hilfe eines Beschleunigungssensors wird dabei das Körperschallsignal des zu über- wachenden Lagers an der Maschinenoberfläche erfaßt und analysiert. Dabei lassen jedoch einfache Kennwerte des Schwingungssignals, wie Effektivwert, Spitzenwert oder Betragsmittelwert, keine zuverlässige Aussage über den Zu- stand des überwachten Lagers zu. Insbesondere für eine Schadensfrüherken- nung sind derartige Kennwerte vollkommen ungeeignet. Dies liegt insbeson-

dere auch an den komplexen Betriebsbedingungen sowie an der Vielzahl der einsetzbaren und eingesetzten Lagern mit ihren unterschiedlichen Abmessun- gen und Kennwerten.

Eine zuverlässige Frühdiagnose von Lagerschäden oder Unwuchten der rotie- renden Bauteile ist daher nur bei einer umfassenden Auswertung der von dem Schwingungssensor gelieferten hochfrequenten Signale im Bereich von bis zu einigen Kilohertz möglich. Die Auswertung dieser hochfrequenten Signale er- folgt dabei in der Regel mit Hilfe spektraler Signalanalyse. Dadurch ist es nicht nur möglich, eine Aussage darüber zu treffen, ob ein Lager intakt oder geschädigt ist, sondern es kann auch eine Aussage über die Art des Schadens getroffen werden. Ebenso kann eine Aussage über die noch zu erwartende Restlaufzeit des Lagers getroffen werden. Obwohl es somit meßtechnisch möglich ist, unterschiedliche Schäden frühzeitig zu erkennen, werden Schwingungssensoren zur Zustandsüberwachung von rotierenden Bauteilen oder Lagern in der Praxis nur selten eingesetzt.

Der Stand der Technik bei der industriellen Lagerüberwachung beschränkt sich dabei zum einen auf intermittierende Messungen mit Handmeßgeräten, zum anderen auf den Einsatz relativ teurer zentraler Meßsysteme, die sich aufgrund der hohen Anschaffungskosten lediglich für die Überwachung hoch- preisiger Maschinen, wie beispielsweise Turbinen oder Großgetriebe, als sinnvoll erweisen. Die intermittierende Messung mit Handmeßgeräten hat den Nachteil, daß dabei keine kontinuierliche Überprüfung des Zustandes der Lager erfolgt, so daß auch keine zuverlässige Schadensfrühdiagnose möglich ist. Darüber hinaus ist es aufgrund der unterschiedlichen Betriebsbedingungen nur schwer möglich, aus den unterschiedlichen Meßwerten eine zuverlässige Aussage über den Zustand der Lager zu machen. Hierzu ist entsprechendes Experten Know-How erforderlich, was mit einem hohen personellen Aufwand und damit auch mit hohen Kosten verbunden ist.

Bei der Realisierung eines zentralen Meßsystems ergibt sich aufgrund der großen Anzahl der auszuwertenden Daten zum einen eine aufwendige Ver- kabelung der einzelnen Schwingungssensoren mit der zentralen Datenver- arbeitungsanlage, zum anderen werden aufgrund der oftmals geforderten Echtzeit-Fähigkeit sehr hohe Anforderungen an die zentrale Datenverarbei-

tungsanlage gestellt, wobei die zentrale Datenverarbeitungsanlage aus Sicher- heitsgründen zusätzlich oftmals noch redundant ausgeführt sein muß. Doch selbst bei der Verwendung einer entsprechend leistungsstarken und schnellen Datenverarbeitungsanlage ist aufgrund der großen auszuwertenden Daten- menge die Anzahl der an die Datenverarbeitungsanlage anschließbaren Senso- ren stark beschränkt, wenn die einzelnen Sensoren in Echtzeit und nicht nur im Multiplexverfahren ausgewertet werden sollen. Dadurch, daß die einzelnen Sensoren über separate Leitungen an die zentrale Datenverarbeitungsanlage angeschlossen werden müssen, verfügt ein solches zentrales Meßsysteme über keine oder nur eine sehr beschränkt ausgebildete Erweiterbarkeit. Somit erfor- dert die Planung eines zentralen Meßsystems eine gründlich Vorbereitung, wobei möglicherweise zu einem späteren Zeitpunkt hinzukommende Maschi- nen und Sensoren schon in der Planungsphase mitberücksichtigt werden müssen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den eingangs beschriebenen Schwingungssensor bzw. das eingangs beschriebene Verfahren dahingehend auszugestalten und weiterzubilden, daß eine zuverlässige Zu- standsüberwachung von rotierenden Bauteilen und Lagern einfach und damit kostengünstig durchgeführt werden kann, wobei darüber hinaus der Schwin- gungssensor möglichst einfach bedienbar sein soll.

Diese Aufgabe ist bei dem eingangs beschriebenen Schwingungssensor da- durch gelöst, daß die Auswerteelektronik einen Analog/Digital-Wandler und eine Signalaufbereitungseinrichtung aufweist und in der Signalaufbereitungs- einrichtung eine Vielzahl von durch das Sensorelement erfaßten Signalen mit Hilfe einer Signalanalyse und eines Diagnosealgorithmus in einen Zustands- wert umgewandelt werden. Durch die Integration und die Ausbildung der Signalaufbereitungseinrichtung wird somit die Lagerdiagnose in den Schwin- gungssensor integriert. Durch die Umwandlung der Vielzahl der gemessenen Signale mit Hilfe der Signalanalyse und des Diagnosealgorithmus in einen einfachen Zustandswert kann auf teures Experten Know-How zur sicheren Lagerdiagnose und zur Erkennung von Lagerschäden verzichtet werden.

Grundsätzlich können das Sensorelement einerseits und die Auswerteelek- tronik sowie die Schnittstelle andererseits räumlich voneinander getrennt an-

geordnet sein. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn an der zu über- wachenden Maschine nur sehr wenig Platz zur Montage des Schwingungs- sensors vorhanden ist, so daß dann an der Maschine nur das Sensorelement befestigt ist, während die Auswerteelektronik räumlich getrennt davon ange- ordnet ist. Das Sensorelement und die Auswerteelektronik sind dann über eine elektrische Leitung miteinander verbunden. Bevorzugt sind jedoch das Sensorelement und die Auswerteelektronik in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet, so daß es sich bei dem Schwingungssensor um ein sogenanntes Kompaktgerät handelt.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist der erfindungsgemäße Schwingungssensor eine Anzeigeeinrichtung mit einem Anzeige-Display und mit mindestens einem Bedienelement zur Parametereingabe und/oder zur Ein- stellung von Grenzwerten und/oder zur Auswahl einer Betriebart des Schwin- gungssensors auf. Mit Hilfe des Anzeige-Displays ist somit eine einfache An- zeige des ermittelten Zustandswerts vor Ort möglich, so daß der Zustand des überwachten Bauteils oder des überwachten Lagers jederzeit einfach ablesbar ist. Mit Hilfe der Bedienelemente kann zum einen der Schwingungssensor in den gewünschten Betriebsmodus geschaltet werden, ist zum anderen eine An- passung an die jeweils vorliegenden Betriebsbedingungen durch die Eingabe von bestimmten Parametern oder Grenzwerten möglich. Vorzugsweise weist das Anzeige-Display eine Farbanzeige mit den Farbwerten grün, gelb und rot auf, so daß dadurch auf einfache und dennoch eindeutige Art und Weise der jeweilige Zustand des Lagers sowie eine Verschlechterung des Lagerzu- standes angezeigt werden kann.

Um eine Manipulierung der mit Hilfe der Bedienelemente eingegebenen Parameter durch eine hierzu nicht berechtigte Person auszuschließen, sind die Bedienelemente so ausgebildet, daß sie mechanisch und/oder elektronisch verriegelbar bzw. sperrbar sind. Eine mechanische Verriegelung kann beispielsweise so ausgebildet sein, daß nur nach Einstecken eines speziellen Schlüssels in ein korrespondierendes Schloß am Gehäuse die Bedienelemente aktiviert sind. Alternativ können die Bedienelemente elektronisch mittels eines PCs aktiviert oder deaktiviert werden, so daß auch dadurch eine Manipuliersicherheit gewährleistet werden kann.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schwingungssensors weist die Schnittstelle mindestens einen Schaltausgang, einen Parametriereingang und einen Strom-bzw. Spannungsversorgungsein- gang auf. Die Schnittestelle kann darüber hinaus auch noch einen Signalein- gang für ein externes Signal und einen Strom-bzw. Spannungsversorgungs- ausgang für einen externen Sensor aufweisen. Aufgrund des Parametrierein- gangs ist dabei eine besonders einfache PC-gestützte Parametrierung über eine Standardschnittstelle, beispielsweise eine RS 232-Schnittstelle, möglich.

Hierdurch ist eine benutzerfreundliche Eingabe und Einstellung aller überwa- chungsrelevanten Parameter, wie Lagerdaten, Drehzahl, Grenzwerte und Schaltfunktion der Ausgänge, am PC möglich, wobei insbesondere die Lager- daten in entsprechenden Datenbanken im PC abgespeichert sein können, so daß der Benutzer nur die entsprechende Typenbezeichnung oder Kennwerte des Lagers eingeben muß und dann alle relevanten Daten vom PC über die Schnittstelle als Parametersatz an den Schwingungssensor übergeben werden.

Ebenso kann eine Lagerdatenbank auch in einem im Schwingungssensor inte- grierten Speicher abgelegt sein, so daß der Bediener bei der Parametereingabe aus der Datenbank die richtigen Kennwerte einfach durch Eingabe der Lager- größe und des Herstellers auswählen kann Durch die Ausbildung eines Signaleingangs für ein externes Signal kann der Schwingungssensor auch bei sich ändernder Drehzahl kontinuierlich die Zu- standsüberwachung durchführen. Die auf den Signaleingang geführte Infor- mation über die aktuelle Drehzahl kann dabei entweder über ein analoges Stromsignal (4 bis 20 mA) von der Motorsteuerung des rotierenden Bauteils oder von einem externen Sensor, beispielsweise einem Näherungsschalter oder Impulsgeber, kommen. Dadurch, daß auch ein Strom-bzw. Spannungs- versorgungsausgang vorgesehen ist, kann die Strom-bzw. Spannungsver- sorgung eines externen Sensors über den Schwingungssensor bzw. den Strom- bzw. Spannungsversorgungsanschluß erfolgen. Dadurch ist eine weitere Reduzierung des Verkabelungsaufwandes möglich, da der externe Sensor nur an den räumlich benachbarten Schwingungssensor-und nicht an eine räum- lich entfernte Versorgungseinheit-angeschlossen werden muß.

Vorteilhafterweise weist die Schnittstelle zwei Schaltausgänge auf, die jeweils als Öffner oder Schließer geschaltet werden können, wobei der eine Schalt- ausgang einen Voralarm und der andere Schaltausgang einen Hauptalarm auslöst. Über die Schaltausgänge ist somit zusätzlich zum Anzeige-Display eine Anzeige des jeweiligen Zustandes des rotierenden Bauteils oder des Lagers auch an einem entfernten Ort, beispielsweise einer zentralen Über- wachungsstelle, möglich. Der den Hauptalarm auslösende Schaltausgang, der einen die Funktionsfähigkeit des rotierenden Bauteils und/oder des Lagers be- einträchtigenden Schaden anzeigt, kann mit einem Notausschalter der Maschine und einer optischen und/oder akustischen Signaleinrichtung ver- bunden sein.

Die Auswertelektronik, die beispielsweise durch einen Mikroprozessor ge- bildet wird, weist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung eine Selbstlernlogik auf. Mit Hilfe einer solchen Selbstlernlogik, in der definierte und voreingestellte Schadensmuster kontinuierlich mit den aktuellen Meß- werten verglichen werden, ist eine selbstlernende Schadensmustererkennung möglich.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schwingungss- ensors ist der Schwingungssensor zur Zustandsüberwachung mehrerer rotierender Bauteile oder Lager ausgelegt, wobei für jedes überwachte Bauteil oder für jedes Lager die erfaßten Signale mit Hilfe der Signalanalyse und des Diagnosealgorithmus in einen Zustandswert umgewandelt werden und am Schaltausgang des Schwingungssensors der Zustandswert des Bauteils oder des Lagers mit dem höchsten Schädigungsgrad, d. h. dem schlechtesten bzw. kritischsten Zustandswert, anliegt. Die Auswertelektronik nimmt somit einen Vergleich der Zustandswerte der einzelnen überwachten Bauteile und Lager vor, wobei jeweils nur der"kritischste"Zustandswert auf den Schaltausgang gegeben wird. Hierdurch ist mit einem einzigen erfindungsgemäßen Schwingungssensors die Überwachung mehrerer rotierender Bauteile oder Lager möglich, wobei auf teures Experten Know-How zur Auswertung und Diagnose der einzelnen Meßwerte verzichtet werden kann, da der relevante Zustand von dem Schwingungssensor einfach erfaßbar und übersichtlich angezeigt wird.

Damit die von dem Sensorelement erfaßten Schwingungen des zu über- wachenden Lagers nicht durch Eigenschwingungen des Gehäuses überlagert bzw. beeinträchtigt werden, ist das Sensorelement vorteilhafterweise auf einer Leiterplatte angeordnet, die mindestens einen starren Abschnitt und minde- stens einem flexiblen Abschnitt aufweist. Das Sensorelement ist dabei in der Nähe der Befestigungsstelle des Schwingungssensors dämpfungsarm im Gehäuse befestigt. Dadurch wird eine möglichst optimale Übertragung des Körperschalls des zu überwachenden Lagers zum Sensorelement gewähr- leistet.

Gemäß einer letzten vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schwingungssensors, die hier noch kurz beschrieben werden soll, wird als Sensorelement ein zweiachsiger Beschleunigungssensor verwendet, der vor- teilhafterweise unter einem Winkel von 45 Grad zur Flächennormalen auf der Leiterplatte angeordnet ist. Derartige Beschleunigungssensoren sind heute zwar relativ günstig herstellbar, sie weisen jedoch einen relativ hohen Rausch- anteil im Beschleunigungssignal auf. Bei der zuvor erwähnten vorteilhaften Ausgestaltung, bei der der Beschleunigungssensor um 45 Grad verdrehte auf der Leiterplatte angeordnet ist, kann der Rauschanteil dadurch reduziert werde, daß die Ausgangssignale der beiden Kanäle (Achsen) des Beschleunigungssensors addiert werden. Dadurch entspricht einerseits die Amplitude des Nutzsignal der eines einachsigen Sensors, wird andererseits jedoch die Amplitude des Rauschanteils wesentlich reduziert, da von jedem Kanal nur die Hälfte der Rauschamplitude auf den Analog/Digital-Wandler geführt wird.

Bei dem eingangs beschriebenen Verfahren ist die der Erfindung zugrunde- liegende Aufgabe dadurch gelöst, daß die von dem Sensorelement erfaßten Signale mit Hilfe einer Signalanalyse und eines Diagnosealgorithmus in einen Zustandswert umgewandelt werden. Dabei erfaßt das Sensorelement die Signale kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich, so daß eine ständige Über- prüfung des Zustands der Anlage gegeben ist. Die Signalanalyse erfolgt dabei vorteilhafterweise sowohl in Zeitbereich als auch in Frequenzbereich, wo- durch eine hohe Signalauflösung erreichbar ist, so daß auch bei schwierigen Betriebsbedingungen eine zuverlässige Zustandsüberwachung realisiert werden kann.

Um die Vielzahl der gemessenen Signale mit einer hohen Genauigkeit aber dennoch mit einem möglichst geringen Rechenaufwand bearbeiten zu können, gibt es verschiedene Möglichkeiten der Signalanalyse die alternativ oder be- vorzugt kombiniert angewendet werden. Die Signalanalyse erfolgt dabei zu- nächst auf der Basis einer Fourier-Transformation (FT), einer Fast-Fourier- Transformation (FFT) oder einer Hüllkurven-Fast-Fourier-Transformation (HFFT). Die an sich bekannten mathematischen Transformationsmöglich- keiten werden dabei so modifiziert, daß eine sehr feine spektrale Auflösung erreicht wird. Hierzu kann beispielsweise eine sogenannte Zoom-FFT als Frequenzanalyse verwendet werden, durch die die Genauigkeit in der Frequenzauflösung (Trennschärfe) erhöht wird. Darüber hinaus wird vor- zugsweise eine intelligente dynamische Skalierung des jeweiligen Frequenz- bandes realisiert, wodurch die Genauigkeit bei den Amplituden erhöht wird.

Zur Verhinderung des Anti-Aliasing-Problems erfolgt eine Begrenzung des Frequenzbereichs mit Hilfe eines Analog-Filters. Vorzugsweise sind dabei die Grenzwerte des Filters in Abhängigkeit der Betriebsbedingungen variabel ein- stellbar bzw. passen sich automatisch selber an veränderte Betriebsbedingun- gen an. Anschließend erfolgt eine Analog/Digital-Wandlung beispielsweise mit Hilfe eines Sigma-Delta-Wandlers, so daß die gemessenen analogen Signale in der Auswertelektronik digital verarbeitet werden können.

Um die große Anzahl an Meßwerten mit vertretbarem Aufwand und in Echt- zeit auswerten zu können, werden im Zeitbereich dynamische Betrags-Mittel- werte und Peakwerte berechnet. Parallel dazu werden im Frequenzbereich die der Signalanalyse zugefiihrten Werte manipuliert, d. h. einzelne Signale werden gewichtet und/oder gefiltert und/oder gefenstert und/oder moduliert.

Mit Hilfe des Diagnosealgorithmus werden einzelne Signale zu Kennwerten zusammengefaßt, die mit Grenzwerten verglichen werden, wobei einzelne Signale entsprechend ihrer Relevanz gewichtet werden. Die Berechung der einzelnen Kennwerte erfolgt dabei in Abhängigkeit von abgespeicherten und /oder berechneten Parameterdaten, so daß das erfindungsgemäße Verfahren bei unterschiedlichen Bauteilen und unterschiedlichen Lagern eingesetzt werden kann. Die einzelnen Kennwerte werden dann ebenfalls unter Berück-

sichtigung unterschiedlicher Gewichtung und unter Berücksichtigung des Betriebszustandes zum Zustandswert zusammengefaßt, der vom Schwin- gungssensor ausgegeben wird.

Tritt an einem der Bauteile des Lagers, d. h. am Innenring, am Außenring oder am Wälzkörper ein Schaden auf, so wird dies von dem Schwingungssensor durch ein verändertes Körperschallsignal gemessen. Den einzelnen Bauteilen sind dabei unterschiedliche"Schadensfrequenzen"zugeordnet. Bei Anlagen, bei denen eine Vielzahl von breitbandigen Schwingungen auftreten, besteht die Gefahr, daß vom Schwingungssensor eine"Schadensfrequenz"eines Bau- teils des Lagers erfaßt wird, die von der Überlagerung einer Schwingung aus der Anlage und nicht von einem tatsächlich aufgetretenen Fehler des Bauteils des Lagers herrührt. Vorteilhafterweise werden daher bei dem erfindungs- gemäßen Verfahren zur Erzeugung einer sicheren Schadensaussage die für einzelne Bauteile des Lagers gemessenen Signale zu einem Kennwert zu- sammengefaßt. Werden in dem Schwingungssensor die Kennwerte nicht isoliert für die einzelnen Bauteile des Lagers berechnet, sondern-wie zuvor ausgeführt-durch eine entsprechende Mittelung oder Gewichtung der Signale von mindestens zwei Bauteilen des Lagers bestimmt, so wir die Gefahr des Auftretens eines Fehlalarms durch die Überlagerung externer Schwingungen verringert.

Mit Hilfe des zuvor beschriebenen Diagnosealgorithmus wird somit die Viel- zahl der insgesamt gemessenen Signale zu einigen charakteristischen Kenn- werten zusammengefaßt, wobei die einzelnen Kennwerte unterschiedliche Schadensarten des rotierenden Bauteils oder des Lagers darstellen. Bei der rechnerischen Zusammenfassung der einzelnen Signale zu den Kennwerten kann dabei die unterschiedliche Relevanz einzelner Signale bei unterschied- lichen Betriebsbedingungen und unterschiedlichen-zuvor eingegebenen- Parameterdaten berücksichtigt werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Kennwerte und/oder der Zustandswert einer Plausibi- litätsüberprüfung unterzogen, so daß Meßfehler erkannt werden und nicht ein fehlerhafter Zustandswert ausgegeben wird. Bei der Plausibilitätsüberprüfung der Kennwerte und/oder des Zustandswerts wird dabei berücksichtigt, daß die

an dem rotierenden Bauteil oder dem Lager auftretenden Schäden in der Regel nicht spontan auftreten, sondern sich im Laufe der Zeit entstehen und ver- größern, so daß durch einen Vergleich der Kennwerte und/oder des Zustands- werts zu einem zurückliegenden Zeitpunkt mit dem aktuellen Kennwert und/oder dem aktuellen Zustandswert ein Meßfehler feststellbar ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sowohl des erfindungsgemäßen Schwingungssensors als auch des erfindungsgemäßen Verfahrens weist der Schwingungssensor unterschiedliche Betriebsarten auf. In einem sogenannten Teach In Modus werden dabei die Grenzwerte in Abhängigkeit der Parame- trierdaten und der aktuellen Betriebsbedingungen von der Auswerteelektronik automatisch berechnet. In einem solchen automatischen Selbstlernvorgang werden somit zu Beginn der Zustandsüberwachung die aktuellen Meßwerte als Referenzwerte gespeichert, so daß bei einer Abweichung dieser Referenz- werte von den theoretisch aufgrund der Parameterdaten erwarteten Meßwerte eine automatische Anpassung der gewählten Grenzwerte erfolgen kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weißt der Teach In Modus als zu- sätzlichen Betriebsmodus ein Einlernen des Übertragungsverhaltens zwischen dem rotierenden Bauteil oder dem Lager und dem Schwingungssensor auf.

Das Übertragungsverhalten ist abhängig von den jeweiligen Einsatzbedingun- gen des Schwingungssensors, insbesondere von der Masse und der Geometrie des rotierenden Bauteiles sowie vom Dämpfungsverhalten der verwendeten Werkstoffe. Um das tatsächliche Übertragungsverhalten zu ermitteln, wird vorteilhafterweise zu Beginn der Zustandsüberwachung mindestens ein defi- nierter Impuls in räumlicher Nähe zum rotierenden Bauteil in die Maschine eingeleitet und aus dem vom Schwingungssensor aufgrund des Impulses ge- messenen Signals ein Übertragungsfaktor ermittelt. Der Impuls kann dabei entweder einfach durch ein entsprechendes Werkzeug, beispielsweise einen Schlagkörner, oder durch eine mobile Apparatur erzeugt werden. Wird an- stelle eines einfachen Werkzeuges eine mobile Apparatur verwendet, so können verschiedene Impulse mit unterschiedlichen Frequenzen und Ampli- tuden erzeugt werden, so daß dann das Übertragungsverhalten über einen größeren Frequenzbereich ermittelt werden kann.

Zuvor ist ausgeführt worden, daß mit dem erfindungsgemäßen Schwingungs- sensor gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung eine Zustandsüberwachung auch bei unterschiedlichen Drehzahlen möglich ist. In diesem Fall ist das er- findungsgemäße Verfahren derart weiter ausgebildet, daß die zuvor eingege- benen oder berechneten Grenzwerte automatisch an die jeweilige Drehzahl angepaßt werden. Der Teach In Modus muß somit nur bei einer typischen Betriebsdrehzahl durchgeführt werden ; bei einer anderen Drehzahl werden dann die entsprechenden Grenzwerte automatisch von der Auswerteelektronik berechnet, so daß der Teach In Modus nicht für jede mögliche Betriebsdreh- zahl durchgeführt werden muß.

Gemäß einer letzten vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ver- fahrens, die hier noch kurz beschrieben werden soll, werden die ermittelten Zustandswerte kontinuierlich gespeichert und wird aufgrund der bisher ermit- telten Zustandswerte eine Berechnung der noch zu erwartenden Zeitdauer (Restlaufzeit) bis zum Auftreten eines die Funktionsfähigkeit des rotierenden Bauteils und/oder des Lagers beeinträchtigenden Schadens ermitteln. Dadurch wird dem Benutzer nicht nur der jeweils aktuelle Zustand des überwachten Bauteils oder der überwachten Lager angezeigt, sondern er bekommt auch eine Aussage darüber, wie lange die überwachte Maschine oder Anlage noch weiter betrieben werden kann und wann eine Reparatur oder ein Austausch eines Lagers durchgeführt werden muß, bevor eine Beschädigung oder ein Ausfall der Maschine oder Anlage zu erwarten ist.

Im einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, den erfindungs- gemäßen Schwingungssensor und das erfindungsgemäße Verfahren auszuge- stalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen einerseits auf die dem Patentanspruch 1 bzw. dem Patentanspruch 18 nachgeordneten Patentan- sprüche, andererseits auf die Beschreibung eines bevorzugten Ausführungs- beispiels in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Schwingungssensors, Fig. 2 eine erste konkrete Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schwingungssensors, in Frontansicht,

Fig. 3 eine zweite konkrete Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schwingungssensors, in Seitenansicht und Fig. 4 eine Ausfiihrungsform des erfindungsgemäßen Schwingungs- sensors, im Schnitt.

Die Figuren zeigen einen Schwingungssensor 1 mit einem aus Kunststoff oder Aluminium bestehenden Gehäuse 2, mit einem in dem Gehäuse 2 angeordne- ten-nur in Fig. 1 schematisch dargestellten-Sensorelement 3, mit einer- ebenfalls nur schematisch dargestellten-Auswertelektronik 4 und mit zwei Schnittstellen 5,6. Die lediglich in Fig. 1 schematisch dargestellte Auswert- elektronik 4 weist einen mit dem Sensorelement 3 verbundenen Analog/Digital-Wandler 7 und eine mit dem Analog/Digital-Wandler 7 ver- bundene Signalaufbereitungseinrichtung 8 auf. Die Signalaufbereitungsein- richtung 8 wird dabei in der Regel von einem Mikroprozessor realisiert, der dann insgesamt die Auswertelektronik 4 bilden kann, so daß auch der Analog/Digital-Wandler 7 in dem Mikroprozessor integriert ist.

Wie anhand von Fig. 2 zu erkennen ist, weist der Schwingungssensor 1 eine Anzeigeeinrichtung 9 mit einem Anzeige-Display 10 und drei Bedienelemen- ten 11, 12,13 auf. Die Bedienelemente 11 und 12 dienen dabei zum einen zum Einstellen von Grenzwerten, bei deren Erreichen ein Voralarm bzw. ein Hauptalarm von dem Schwingungssensor 1 ausgelöst wird. Darüber hinaus kann über die Bedienelemente 11,12 auch der Betriebsmodus und/oder der Anzeigemodus des Schwingungssensors 1 ausgewählt werden. Das Bedien- element 13 dient zum Starten eines Teach In Modus, in dem der Schwin- gungssensor 1 nach einer erfolgten Parametrierung im installierten Zustand automatisch an die aktuellen Betriebbedingungen angepaßt wird.

Das Anzeige-Display 10 weist gemäß der bevorzugten Ausgestaltung eine Farbanzeige auf, wobei mehrere grüne LED's 14, mehrere gelbe LED's 15 und mehrere rote LED's 16 vorgesehen sind. Über die erste grüne LED 14 wird dabei eine ordnungsgemäße Stromversorgung des Schwingungssensors 1 an- gezeigt, während über die zweite grüne LED 14 der Betriebsstatus des Schwingungssensors angezeigt werden kann (Parametrierung, Teach In

Modus, Überwachungsmodus). Mit Hilfe der mehreren gelben LED's 15 wird ein Fortschritt des Schädigungsgrades des überwachten Bauteils bzw. des überwachten Lagers angezeigt. Je nach Einstellung der Grenzwerte erfolgt parallel zur Anzeige über eine gelbe LED 15 die Ausgabe eines Voralarms.

Über die roten LED's 16 wird schließlich die Beschädigung eines Bauteils oder eines Lagers angezeigt, wobei mit dem dargestellten Schwingungssensor 1 mehrere Lager gleichzeitig überwacht werden können, so daß die einzelnen roten LED's 16 den einzelnen Lagern zugeordnet sind. Parallel zum Auf- leuchten einer roten LED 16 erfolgt über die Schnittstelle 5 die Ausgabe eines Hauptalarms.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellten Schnittstellen 5,6 sind bei den in den Fig. 2 und 3 dargestellten konkreten Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Schwingungssensors 1 durch zwei Steckeranschlüsse 17,18 realisiert, wobei die beiden Schnittstellen 5,6 als RS 232-Schnittstellen ausgebildet sind und die beiden Stecker 17,18 als M 12 bzw. M8-Steckverbinder ausgeführt sind.

Der Stecker 17 weist dabei einen Strom-bzw. Spannungsversorgungsanschluß zwei jeweils als Öffner oder Schließer programmierbare Schaltausgänge-für den Voralarm bzw. den Hauptalarm-und einen Signaleingang für ein exter- nes, der aktuellen Drehzahl entsprechendes Signal auf. Der Stecker 18 weist ebenfalls einen Signaleingang für ein externes Signal auf und darüber hinaus noch einen Strom-bzw. Spannungsversorgungsausgang, über den ein externer Sensor versorgt werden kann. Darüber hinaus kann der Schwingungssensor 1 auch über den Stecker 17 mit einem Rechner, insbesondere einem PC, ver- bunden werden, wobei dann von dem PC die Parametrierungsdaten als Daten- pakete übertragen werden. Dieser Datentransfer kann außer über eine RS 232- Schnittstelle beispielsweise auch über eine RS 485-Schnittstelle erfolgen.

Bei den einstellbaren Parametern kann es sich insbesondere um Kenndaten der Lager, um Betriebdaten der Anlage oder Maschine sowie um Grenzwerte handeln. Bei den Kenndaten der Lager handelt es sich dabei insbesondere um die Anzahl der Wälzkörper, d. h. der Kugeln, Rillen oder Tonnen-Wälzkörper, der Wälzkörperdurchmesser sowie der Durchmesser des Lagerinnenrings und des Lageraußenrings. Diese einzelnen Parameter können entweder manuell am PC eingegeben werden oder sie werden bevorzugt aus einer Datenbank ledig- lich durch Angabe des Lager-Herstellers und der Lager-Kennummer auto-

matisch zur Verfügung gestellt. Darüber hinaus können auch die Betriebs- drehzahl bzw. bei variabler Drehzahl der mögliche Drehzahlbereich, die Art der Drehzahlbereitstellung, die Grenzwerte und die Einstellung der Schaltaus- gänge (Öffner oder Schließer) im Parametrierungsmodus eingestellt werden.

In Fig. 1 ist noch dargestellt, daß die Auswerteelektronik 4 zwei Speicher 19, 20 aufweist, wobei in dem einen Speicher 19 die eingestellten Parameterwerte und Grenzwerte sowie aktuelle Betriebsdaten abgespeichert werden, während der andere Speicher 20 als Historienspeicher fungiert, in dem die von dem Schwingungssensor 1 ermittelten Zustandswerte fortlaufend abgespeichert werden.

Den Fig. 2 bis 4 ist darüber hinaus entnehmbar, daß der erfindungsgemäße Schwingungssensor 1 näherungsweise quaderförmig ausgebildet ist, wobei er vorzugsweise eine sehr kompakte Bauform aufweist, beispielsweise eine Kantenlänge von weniger als fünf Zentimetern hat, wobei an der Frontseite des Gehäuses 2 eine angeschrägte Oberseite 21 ausgebildet ist, in der die An- zeigeeinrichtung 9 integriert ist. Dadurch wird sowohl die Bedienbarkeit der Bedienelemente 11, 12,13 als auch die Ablesbarkeit des Anzeige-Displays 10 erleichtert bzw. erhöht. Die Befestigung des dargestellten Schwingungs- sensors 1 an einer zu überwachenden Maschine oder Anlage erfolgt über eine Schraubverbindung 22, kann darüber hinaus jedoch auch durch Verkleben realisiert werden. Schließlich ist aus Fig. 2 noch ersichtlich, daß oberhalb des Anzeige-Displays 10 Beschriftungsfelder 23 vorgesehen sind, die zum einen den Fortschritt des Schadenszustandes bei der Anzeige über die gelben LED's 15 symbolisieren, zum anderen eine Zuordnung der einzelnen roten LED 16 zu den einzelnen Lagern ermöglichen.

In Fig. 4 ist dargestellt, daß das Sensorelement 3 auf einer Leiterplatte angeordnet ist, die aus drei starren Abschnitten 24 und drei flexiblen Abschnitten 25 besteht. Eine derartige Leiterplattenkonstruktion wird häufig auch als starr-flexible Leiterplatte bezeichnet. Das Sensorelement 3 ist dabei mittels eines dämpfungsarmen Klebers 26 in der Nähe der Befestigungsstelle des Schwingungssensors 1, d. h. in der Nähe der Schraubverbindung 22, im Inneren des Gehäuses 2 befestigt. Dadurch, daß das Sensorelement 3 durch den als Leiterfilm ausgebildeten flexiblen Abschnitt 25 von der übrigen

Leiterplattenkonstruktion getrennt ist, ist das Sensorelement 3 schwingungs- technisch von dem Rest der Leiterplattenkonstruktion entkoppelt. Somit werden Überlagerungen von Eigenschwingungen des Schwingungssensors 1 auf das Sensorelement 3 weitestgehend vermieden. Schließlich ist der Fig. 4 noch entnehmbar, daß die starr-flexible Leiterplattenkonstruktion mit Hilfe von Abstandshaltern 27 und Tellerfedern 28 innerhalb des Gehäuses 2 fest verschraubt ist.