Mehrachssensorvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Mehrachssensorvorrichtung, die zur Erfassung von Beschleunigungen ausgelegt ist. Entspre chende Beschleunigungen treten bei Maschinenkomponenten auf, die im Betrieb einer Vibrationslast unterliegen. Die Erfin dung betrifft auch ein Messverfahren, mit dem eine solche Mehrachssensorvorrichtung betreibbar ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt, das dazu ausgebildet ist, das erfindungsgemäße Messverfahren umzusetzen. Die Er findung betrifft auch ein System, das eine Maschinenkomponen te und eine Mehrachssensorvorrichtung umfasst.

Aus der Druckschrift DE 10 2011 082 995 Al ist eine Anordnung zur Schwingungsüberwachung bekannt, die einen MEMS- Beschleunigungssensor und einen Piezo-Beschleunigungssensor umfasst. Der MEMS-Beschleunigungssensor ist zu einer Überwa chung von stationären Zuständen und/oder sehr niederfrequen ten Schwingungen ausgebildet, während der Piezo- Beschleunigungssensor zur Erfassung von Schwingungen ausge bildet ist, die bis zu im kHz-Bereich liegen können. Die vom MEMS-Beschleunigungssensor und vom Piezo-

Beschleunigungssensor abgedeckten Frequenzbereiche schließen dabei aneinander an und überschneiden sich nicht. Diese An ordnung ist beispielsweise zur Überwachung von Windkraftanla gen einsetzbar.

Es besteht eine Tendenz zu einer enger werdenden Überwachung von Maschinenkomponenten zur Erkennung von eingetretenen Feh lern und/oder zur Vorhersage von bevorstehendem Versagen der Maschinenkomponente. Dazu besteht Bedarf an einem mehrachsi gen Beschleunigungssensor, der eine hohe Messgenauigkeit bie tet und gleichzeitig einfach und wirtschaftlich herstellbar ist. Des Weiteren werden eine möglichst einfache Montage und ein weitestgehend automatisierter Betrieb eines solchen Be schleunigungssensors angestrebt. Der Erfindung liegt die Auf- gäbe zugrunde, eine Mehrachssensorvorrichtung bereitzustel len, die zumindest teilweise in den oben dargestellten Aspek ten eine Verbesserung bietet.

Die Aufgabenstellung wird durch die erfindungsgemäße Mehr achssensorvorrichtung gelöst. Die Mehrachssensorvorrichtung umfasst einen ersten Beschleunigungssensor, der als zumindest einachsiger Beschleunigungssensor ausgebildet ist. Die Mehr achssensorvorrichtung umfasst auch einen zweiten Beschleuni gungssensor, der als mehrachsiger Beschleunigungssensor aus gebildet ist. Der erste zumindest einachsige Beschleunigungs sensor und der zweite mehrachsige Beschleunigungssensor sind dazu ausgebildet, Beschleunigungen in unterschiedlichen Fre quenzbereichen zu erfassen. Erfindungsgemäß sind die Fre quenzbereiche des ersten und zweiten Beschleunigungssensors zumindest teilweise überlappend ausgebildet. Dies umfasst auch, dass ein Frequenzbereich den anderen Frequenzbereich umschließt, also ein Frequenzbereich vollständig in das In tervall des anderen Frequenzbereichs fällt. Der erste zumin dest einachsige Beschleunigungssensor weist dabei ein höheres Signal-Rauschen-Verhältnis , auch signal-noise-ratio, kurz SNR genannt, auf als der zweite mehrachsige Beschleunigungs sensor. Dementsprechend weist der erste zumindest einachsige Beschleunigungssensor höhere Messauflösung auf als der zweite mehrachsige Beschleunigungssensor. Ferner kann der erste zu mindest einachsige Beschleunigungssensor eine höhere Band breite aufweisen als der zweite mehrachsige Beschleunigungs sensor .

Der erste zumindest einachsige Beschleunigungssensor wird er findungsgemäß eingesetzt, um mittels der damit erfassten Messwerte eine Korrektur des mehrachsigen zweiten Beschleuni gungssensors durchzuführen. Dazu genügt es, entlang einer Messachse des ersten Beschleunigungssensors Messwerte zu er mitteln, die mit Messwerten von zumindest einer Messachse des mehrachsigen zweiten Beschleunigungssensors verglichen wer den. Der zweite mehrachsige Beschleunigungssensor liefert als Messwerte Orientierungsbeschleunigungen entlang seiner ent- sprechenden Messachsen. Durch den Vergleich sind die Orien tierungsbeschleunigungen zur Ermittlung korrigierter Be schleunigungen einsetzbar. Somit kann mit dem ersten Be schleunigungssensor, der über eine geringere Anzahl an

Messachsen verfügt als der mehrachsige Beschleunigungssensor, eine einfache, schnelle und präzise Korrektur der Messwerte des zweiten Beschleunigungssensors erfolgen. Dies erlaubt den Einsatz eines ersten zumindest einachsigen Beschleunigungs sensors, der über weniger Messachsen verfügt als der zweite mehrachsige Beschleunigungssensor. Die erhöhte Messgenauig keit des ersten zumindest einachsigen Beschleunigungssensors ist damit in einfacher Weise von einer Messachse auf alle Messachsen des mehrachsigen zweiten Beschleunigungssensors übertragbar. Der Einsatz aufwendiger und kostenintensiver Be schleunigungssensoren, die beispielsweise dazu ausgebildet sind, entlang aller Raumrichtungen zu messen, ist folglich entbehrlich. Die erfindungsgemäße Mehrachssensorvorrichtung bietet damit ein hohes Maß an Messgenauigkeit und ist in ein facher und wirtschaftlicher Weise herstellbar.

In einer Ausführungsform der beanspruchten Mehrachssensorvor richtung ist der erste zumindest einachsige Beschleunigungs sensor als piezoelektrischer Beschleunigungssensor ausgebil det. Bei Verwendung eines piezoelektrischen Beschleunigungs sensors werden die beschriebenen Vorteile der beanspruchten Lösung in besonderem Umfang erzielt. Insbesondere wird bei der erfindungsgemäßen Mehrachssensorvorrichtung die Verwen dung von empfindlichen und kostenintensiven piezoelektrischen Beschleunigungssensoren, die entlang aller Raumrichtungen messen, entbehrlich. Des Weiteren wird beispielsweise bei einachsigen piezoelektrischen Beschleunigungssensoren kosten effizient eine hohe Messauflösung erzielt. Ferner sind piezo elektrische Beschleunigungssensoren zu einem Erfassen von Be schleunigungen in hohen Frequenzbereichen, beispielsweise im kHz-Bereich, ausgebildet. Alternativ kann der erste zumindest einachsige Beschleunigungssensor auch als MEMS- Beschleunigungssensor ausgebildet sein. Ein solcher MEMS- Sensor bietet ebenfalls ein hinreichend hohe Messauflösung, Bandbreite und/oder höheres SNR als der zweite mehrachsige Beschleunigungssensor. Ein als MEMS-Sensor ausgebildeter ers ter zumindest einachsiger Beschleunigungssensor weist ein ho he Verfügbarkeit und eine erhöhte Kosteneffizienz auf. Weiter alternativ kann der erste zumindest einachsige Beschleuni gungssensor auch als laseroptischer Sensor oder als Magnets ensor ausgebildet sein.

In einer Ausführungsform der beanspruchten Mehrachssensorvor richtung ist der zweite mehrachsige Beschleunigungssensor als MEMS-Beschleunigungssensor ausgebildet. Hierunter ist eine Bauweise als mikroelektromechanisches System zu verstehen. MEMS-Beschleunigungssensoren sind in einfacher, kostengünsti ger und platzsparender Weise herstellbar und bieten eine hohe Verfügbarkeit. Eine Kombination eines ersten piezoelektri schen Beschleunigungssensors mit einem zweiten mehrachsigen MEMS-Beschleunigungssensor verwirklicht die Vorteile der be anspruchten Mehrachssensorvorrichtung in erhöhtem Maß. Ein MEMS-Beschleunigungssensor dient in einer solchen Mehrachs sensorvorrichtung dazu, Orientierungsbeschleunigungen als Messwerte bereitzustellen, die durch den Vergleichsskalar korrigierbar bzw. präzisierbar sind. Die Vorteile eines ein fachen und kompakten mehrachsigen MEMS-Beschleunigungssensors und eines ersten piezoelektrischen Beschleunigungssensors werden so kombiniert.

Ferner kann die Mehrachssensorvorrichtung eine Steuereinheit aufweisen, die dazu ausgebildet ist, Messwerte vom ersten zu mindest einachsigen Beschleunigungssensor und vom zweiten mehrachsigen Beschleunigungssensor zu empfangen und auszuwer ten. Die Steuereinheit kann dabei als Rechen- und Speicher einheit ausgebildet sein, die in der Mehrachssensorvorrich tung aufgenommen ist. Alternativ oder ergänzend kann die Steuereinheit auch eine außerhalb der Mehrachssensorvorrich tung angeordnete Rechen- und Speichereinheit ausgebildet sein. Die Steuereinheit ist dazu ausgebildet, die Messwerte vom ersten und zweiten Beschleunigungssensor skalar miteinan der zu vergleichen. Insbesondere kann ein Messwert vom ersten zumindest einachsigen Beschleunigungssensor mit einer Kombi nation von Messwerten vom zweiten mehrachsigen Beschleuni gungssensor verglichen werden. Die Kombination von Messwerten vom zweiten mehrachsigen Beschleunigungssensor kann insbeson dere als vektorielle Addition von Messwerten unterschiedli cher Messachsen des zweiten Beschleunigungssensors ausgebil det sein. Derartige Vergleiche von Messwerten sind auch mit Hardware mit reduzierter Rechenleistung schnell und präzise umsetzbar. Dies erlaubt eine einfache und wirtschaftliche Herstellung der beanspruchten Mehrachssensorvorrichtung.

In einer weiteren Ausführungsform der beanspruchten Mehrachs sensorvorrichtung ist die Steuereinheit zu einer statisti schen Auswertung einer Mehrzahl an Messwerten ausgebildet, die vom ersten zumindest einachsigen Beschleunigungssensor und/oder vom zweiten mehrachsigen Beschleunigungssensor be reitgestellt werden. Die statistische Auswertung kann dabei als Ermittlung von Extremwerten der Messwerte, Berechnung von Effektivwerten, Bildung eines Mittelwerts des Betrags der Messwerte, eine Integration der Beträge von Messwerten, eine Ermittlung eines Histogramms von Messwerten unter optionaler Gewichtung von ausgewählten Messwerten, oder als Erstellung einer Fast-Fourier-Transformation, kurz FFT, ausgebildet sein. Dabei ist der Typ der eingesetzten statistischen Aus wertung durch einen Benutzer oder eine angeschlossene überge ordnete Steuerung auswählbar. Abhängig vom gewählten Typ an statistischer Auswertung ist das Vorzeichen der Messwerte vernachlässigbar. Ferner kann je nach vorliegender Betriebs und/oder Messsituation eine Vorzeichenermittlung aufwendig sein. Infolgedessen wird ein solcher aufwendiger Schritt ein gespart und ein vereinfachter, schnellerer Betrieb ermög licht .

Ferner kann die Steuereinheit in der Mehrachssensorvorrich tung zu einer Ermittlung einer räumlichen Orientierung der Mehrachssensorvorrichtung ausgebildet sein. Die räumliche Orientierung, also die Raumlage oder Ausrichtung, ist dabei anhand von Messwerten ermittelbar, die vom ersten zumindest einachsigen Beschleunigungssensor und/oder dem zweiten mehr achsigen Beschleunigungssensor bereitgestellt werden. Vor zugsweise wird dazu für drei Messachsen ein Mittelwert gebil det oder ein Tiefpass berechnet wird, und so die Erdbeschleu nigung erfasst wird. Darüber hinaus kann die räumliche Orien tierung der Mehrachssensorvorrichtung durch eine Vektorbil dung der beschriebenen Mittelwerte ermittelt werden. Die Erd beschleunigung ist alternativ mittels Subtraktion eines Hoch passes ermittelbar.

Die zugrundeliegende Aufgabenstellung wird auch durch das er findungsgemäße Messverfahren gelöst, das auf einer Mehrachs sensorvorrichtung ausführbar ist. Die Mehrachssensorvorrich tung kann dabei gemäß einer der oben skizzierten Ausführungs formen ausgebildet sein. Das Messverfahren dient dazu, eine Beschleunigung zu erfassen, die eine beliebige räumliche Ori entierung aufweisen kann. Die dazu eingesetzt Mehrachssensor vorrichtung weist einen ersten zumindest einachsigen Be schleunigungssensor und einen zweiten mehrachsigen Beschleu nigungssensor auf, die während des Messverfahrens _Z usammen wirken. In einem ersten Schritt erfolgt ein Erfassen einer Referenzbeschleunigung mittels des ersten zumindest einachsi gen Beschleunigungssensors. Die Referenzbeschleunigung dient als Vergleichswert für weitere Messwerte. In einem weiteren Schritt erfolgt ein Erfassen mindestens einer Orientierungs beschleunigung durch den zweiten mehrachsigen Beschleuni gungssensor. Sowohl die Referenzbeschleunigung als auch min destens eine Orientierungsbeschleunigung liegen im erfin dungsgemäßen Verfahren als Messwerte vor und werden entspre chend verarbeitet. Durch die Erfassung mittels des zweiten mehrachsigen Beschleunigungssensors weisen die Orientierungs beschleunigungen gegenüber der Referenzbeschleunigung eine reduzierte Messgenauigkeit auf. Es schließt sich ein weiterer Schritt an, in dem anhand der Referenzbeschleunigung und der mindestens einen Orientierungsbeschleunigung ein Vergleichs skalar ermittelt wird. Unter einem Vergleichsskalar ist dabei jegliche rechnerische Größe zu verstehen, die ein quantitati ves Verhältnis zwischen der Referenzbeschleunigung und der mindestens einen Orientierungsbeschleunigung darstellt, bei spielsweise auch ein Vektor oder eine Matrix. Der Vergleichs skalar ist auf einzelne Orientierungsbeschleunigungen über tragbar und erlaubt es, diese entsprechend anzupassen.

In einem weiteren optionalen vierten Schritt erfolgt ein Ska lieren von mindestens einer Orientierungsbeschleunigung mit tels des Vergleichsskalars. Das Skalieren der mindestens ei nen Orientierungsbeschleunigung liefert korrespondierend min destens einen korrigierten Beschleunigungswert. Der korri gierte Beschleunigungswert entspricht genauer der entlang ei ner entsprechenden Messachse des zweiten mehrachsigen Be schleunigungssensors real vorliegenden Beschleunigungskompo nente. Damit ist das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaf terweise dazu geeignet, basierend auf einem zweiten mehrach sigen Beschleunigungssensor mit reduzierter Messgenauigkeit im Zusammenspiel mit einem ersten Beschleunigungssensor mit weniger Messachsen als der zweite Beschleunigungssensor eine Beschleunigung mit einer beliebigen räumlichen Ausrichtung mit insgesamt erhöhter Präzision zu erfassen. Die Einsparung zusätzlicher Messachsen beim ersten Beschleunigungssensor bietet ein hohes Maß an Einfachheit und Wirtschaftlichkeit in der Herstellung. Ebenso kann auf diese Weise eine gleichzei tig platzsparende Mehrachssensorvorrichtung genutzt werden, was die Anwendung an Maschinenkomponenten vereinfacht.

In einer Ausführungsform des beanspruchten Messverfahrens kann die mindestens eine Orientierungsbeschleunigung, die zur Ermittlung des Vergleichsskalars verwendet wird, eine Aus richtung aufweisen, die einer Ausrichtung der Referenzbe schleunigung entspricht. Unter einander entsprechenden Aus richtungen sind dabei Ausrichtungen zu verstehen, die paral lel oder antiparallel sind, also Vektoren entgegengesetzter Richtung sein. Dies erlaubt eine vereinfachte Ermittlung des Vergleichsskalars mit einem Minimum an rechnerischen Zwi schenschritten. Damit ist das Messverfahren auch auf Hardware mit reduzierter Rechenleistung umsetzbar. Ferner können die Beschleunigungssensoren dadurch plan zueinander angeordnet werden, was eine einfache Montage der Beschleunigungssensoren erlaubt und die Herstellung der beanspruchten Mehrachssensor vorrichtung beschleunigt.

Darüber hinaus können beim beanspruchten Messverfahren auch an einer Mehrzahl an Raumachsen Messwerte erfasst werden. Mittels der Messwerte erfolgt ein Ermitteln räumlichen Orien tierung der Mehrachssensorvorrichtung. Wenn die zugehörige Mehrachssensorvorrichtung an einer Maschinenkomponente ange bracht ist, wird so auch die räumliche Orientierung der Ma schinenkomponente ermittelt. Bei der Ermittlung der räumli chen Orientierung der Mehrachssensorvorrichtung kann für eine Mehrzahl an Messachsen jeweils ein Mittelwert gebildet werden oder die Messwerte mit einem Tiefpass gefiltert werden. Al ternativ kann auch kann die Erdbeschleunigung, die von den Beschleunigungssensor mit erfasst wird, auch über einen Hoch pass rechnerisch ausgeglichen werden. Das Erfassen der räum lichen Orientierung kann so schnell, zuverlässig und genau durchgeführt werden. Die Ermittlung der räumlichen Orientie rung ist somit bei einer Montage der Mehrachssensorvorrich tung an einer Maschinenkomponente automatisch durchführbar, was den Montageaufwand reduziert. Gleichermaßen ist die Er mittlung der räumlichen Ausrichtung auch ohne weiteres selbsttätig nach einem Verlust der entsprechenden Information durchführbar, beispielsweise nach einem Speicher-Reset. Das beanspruchte Messverfahren ist damit robust und für den Ein satz unter harschen Bedingungen geeignet. Dies gilt insbeson dere für den Fall von stationären Messachsen. Bei instationä ren Messachsen ist die räumliche Orientierung der Mehrachs sensorvorrichtung und/oder der Maschinenkomponente erfassbar, wenn die zugehörige Positionsveränderung langsamer ist als die entsprechende Filterkonstante.

In einer weiteren Ausführungsform des Messverfahrens ist eine erste Hauptschwingungsrichtung durch Auswerten von Messwerten des ersten zumindest einachsigen Beschleunigungssensors und/oder des zweiten mehrachsigen Beschleunigungssensors er mittelbar. Unter einer Hauptschwingung ist dabei die Bean- spruchung zu verstehen, entlang der in einem bestimmten Be triebszustand die höchste Schwingungsbeanspruchung auftritt. Die Ermittlung der Hauptschwingungsrichtung erfolgt bei spielsweise durch Bildung von Extremwerten aus den ermittel ten Messwerten, also durch Berechnung eines Vektors mit maxi malem Betrag. Die Ermittlung der Hauptschwingungsrichtung kann auch durch Berechnung von Effektivwerten erfolgen, durch Integration von Beträgen von Messwerten, durch Bildung eines Mittelwerts von Messwerten, oder durch Auswertung eines His togramms erfolgt. Bei Verwendung eines Histogramms kann zu sätzlich eine Gewichtung einzelner Messwerte vorgenommen wer den. Ferner kann zur Bestimmung der Hauptschwingungsrichtung eine Fast-Fourier-Transformation, kurz FFT, von Messwerten, vorzugsweise von beiden Beschleunigungssensoren, durchgeführt werden. Weiter bevorzugt kann eine Peak-Hold-FFT eingesetzt werden, bei der eine Phaseninformation erhalten bleibt. Die einzelnen skizzierten Ansätze können separat oder in Kombina tion miteinander angewandt werden. Die beschriebenen Ansätze bieten ein hohes Maß an Genauigkeit, Robustheit und Geschwin digkeit bei der Auswertung. Durch die Kombinierbarkeit der einzelnen Ansätze sind unterschiedliche Schwingungsbeanspru chungen präzise und schnell analysierbar. Damit kann auch bei komplexen Schwingungsbeanspruchungen eine Hauptschwingungs- richtung ermittelt werden, entlang der im entsprechenden Be triebszustand die höchste mechanische Beanspruchung vorliegt.

Darüber hinaus kann in einem ersten Durchgang im beanspruch ten Messverfahren eine erste Hauptschwingungsrichtung für ei ne erste Lastfrequenz ermittelt werden. In einem zweiten Durchgang des Messverfahrens kann eine zweite Hauptschwin gungsrichtung für eine zweite Lastfrequenz ermittelt werden. Dazu kann zusätzlich die Information der vorliegenden Last frequenz erfasst und in Verbindung mit den entsprechenden Messwerten der Beschleunigungssensoren gespeichert werden. Eine Vielzahl an Maschinenkomponenten zeigen bei Schwingungs beanspruchungen mit unterschiedlichen Frequenzen, also unter schiedlichen Lastfrequenzen, verschiedene Hauptschwingungs- richtungen. Dies kann beispielweise durch den Übergang in ei- ne andere Schwingungsmode erfolgen. Eine Differenzierung von verschiedenen Hauptschwingungsrichtungen erlaubt es, die Be anspruchung der entsprechenden Maschinenkomponente präziser zu erfassen. Dies gewährleistet eine genauere Voraussage ei nes bevorstehenden Versagens der Maschinenkomponente. Ferner ist das beanspruchte Verfahren somit auf im Wesentlichen jede einzelne Maschinenkomponente einer Maschine anwendbar, und somit vielseitig.

Die oben skizzierte Aufgabenstellung wird gleichermaßen durch ein Computerprogrammprodukt gelöst, das dazu ausgebildet ist, in einer Steuereinheit gespeichert und ausgeführt zu werden. Die Steuereinheit ist dabei mit einer Mehrachssensorvorrich tung verbindbar. Das Computerprogrammprodukt ist zu einem Empfangen und Auswerten von Messwerten ausgebildet, die durch die Mehrachssensorvorrichtung erfassbar sind. Die Messwerte sind dazu geeignet, als Eingabe in das erfindungsgemäße Com puterprogrammprodukt geliefert zu werden und durch Auswertung ein Messverfahren zu verwirklichen. Erfindungsgemäß ist das Computerprogrammprodukt dazu ausgebildet, mindestens eine Ausführungsform des oben beschriebenen Messverfahrens umzu setzen. Die Umsetzung des Messverfahrens kann dabei bevorzugt auf einer Mehrachssensorvorrichtung gemäß einer der oben skizzierten Ausführungsformen erfolgen. Das Computerprogramm produkt kann zumindest teilweise als Programm ausgebildet sein und/oder zumindest teilweise als festverdrahtete Schal tung vorliegen. Eine solche festverdrahtete Schaltung kann beispielsweise als Integrierte Schaltung oder als sogenannte Application Specific Integrated Circuit, kurz ASIC, ausgebil det sein. Alternativ oder ergänzend kann das Computerpro grammprodukt auch auf einem Mikrocontroller, einem digitalen Signalprozessor, kurz DSP, einem oder mehreren Field Pro- grammable Gate Arrays, kurz FPGAs, und/oder Analogschaltungen umgesetzt werden. Ferner kann das Computerprogrammprodukt mo nolithisch oder modular ausgebildet sein. Ein monolithisches Computerprogrammprodukt ist vollständig auf einer Hardware plattform, beispielsweise einer Steuereinheit einer Mehrachs sensorvorrichtung oder einer übergeordneten Steuerung aus- führbar. Ein modulares Computerprogrammprodukt kann funktio nal auf mehrere Hardware-Plattformen aufgeteilt sein und das erfindungsgemäße Messverfahren durch ein Zusammenspiel der entsprechenden Hardware-Plattformen verwirklichen.

Ebenso wird die Aufgabenstellung durch ein erfindungsgemäßes System gelöst, das eine Maschinenkomponente umfasst, deren Schwingungsbeanspruchung zu überwachen ist. Das System weist dazu eine Mehrachssensorvorrichtung auf, die gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet ist. Alter nativ oder ergänzend ist das System mit einem Computerpro gramm ausgestattet, das auf einer Steuereinheit ausführbar gespeichert ist. Das Computerprogrammprodukt ist dabei gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform ausgebildet. Unter ei ner Maschinenkomponente ist jegliches Bauteil zu verstehen, das im bestimmungsgemäßen Betrieb und/oder einer Überbean spruchung Schwingungsbeanspruchungen unterliegt. Die Maschi nenkomponente kann beispielsweise ein Stator oder ein Rotor eines Elektromotors sein. Ferner kann die Maschinenkomponente als Gehäuse oder tragende Komponente einer Kraftmaschine sein, beispielsweise ein Kolbenmotor oder eine Turbomaschine . Die Maschinenkomponente kann ferner als Getriebe, insbesonde re als Planetengetriebe, ausgebildet sein, das in einer In dustrieapplikation oder eine Windenergieanlage eingesetzt wird. Ebenso kann die Maschinenkomponente eine Tragstruktur eines Straßenfahrzeug oder Schienenfahrzeugs sein, oder bei spielsweise ein Bauteil einer Pumpe.

In einer Ausführungsform des beanspruchten Systems ist die Steuereinheit, die der Mehrachssensorvorrichtung zugeordnet ist, über eine Datenverbindung mit einer übergeordneten Steu erung verbindbar. Die übergeordnete Steuerung ist dazu ausge bildet, eine Fernüberwachung bereitzustellen. Die Fernüberwa chung umfasst dabei eine Auswertung von Messwerten, die durch die Mehrachssensorvorrichtung erfasst werden. Die übergeord nete Steuerung ist mit mindestens einem Modell einer mechani schen Belastung und/oder einer Datenbank ausgestattet. Das Modell einer mechanischen Belastung kann eine Modellierung einer mechanischen Ermüdung umfassen. Die übergeordnete Steu erung kann dazu ausgebildet sein, eine sogenannte Condition- Monitoring-Funktion und/oder eine sogenannte Predictive- Maintenance-Funktion und/oder eine Schadensdiagnosefunktion bereitzustellen.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren einzelner Ausführungsformen beschrieben. Die Merkmale der obenstehenden Beschreibung und der Figuren sind dabei ohne weiteres unter einander kombinierbar. Es zeigen im Einzelnen:

FIG 1 schematisch den Aufbau einer Ausführungsform der beanspruchten Mehrachssensorvorrichtung;

FIG 2 schematisch einen Abschnitt einer Ausführungsform des beanspruchten Messverfahrens;

FIG 3 schematisch ein Frequenzdiagramm der Beschleuni

gungssensoren;

FIG 4 schematisch den Aufbau einer Ausführungsform des beanspruchten Systems.

In FIG 1 ist schematisch der Aufbau einer Ausführungsform der beanspruchten Mehrachssensorvorrichtung 10 dargestellt. Die Mehrachssensorvorrichtung 10 umfasst einen ersten Beschleuni gungssensor 12, der als piezoelektrischer Beschleunigungs sensor 19 ausgebildet ist. Der erste Beschleunigungssensor 12 ist einachsig ausgebildet und damit dazu geeignet, nur zu Be schleunigungen 20 Messwerte 25 zu erfassen, die entsprechend einer Messachse 13 des ersten Beschleunigungssensors 12 aus gerichtet sind. Die Mehrachsbeschleunigungsvorrichtung 10 weist auch einen zweiten Beschleunigungssensor 14 auf, der als MEMS-Sensor 17 ausgebildet ist. Der zweite Beschleuni gungssensor 14 ist dazu geeignet, entlang einer Mehrzahl an Messachsen 13 Beschleunigungen 20 zu erfassen. Im Betrieb un terliegt die Mehrachssensorvorrichtung 10 richtungsveränder lichen wiederkehrenden Beschleunigungen 20 unterworfen, ins- besondere Vibrationen. Dies ist in FIG 1 durch entsprechende Doppelpfeile 20 abgebildet. Die Beschleunigungen 20 treten dabei betragsmäßig unterschiedliche stark auf, so dass sich aus einer Kombination der vorliegenden Beschleunigungen 20 eine Hauptschwingungsrichtung 22 ergibt. Quer zur Haupt schwingungsrichtung 22 sind verbleibende Beschleunigungen mi nimiert. Die Hauptschwingungsrichtung 22 entspricht im Dauer betrieb der Richtung der höchsten mechanischen Beanspruchung durch die Beschleunigungen 20. Die Messachse 13 des ersten Beschleunigungssensors 12 ist parallel zu einer der Messach sen 13 des zweiten Beschleunigungssensors 14. Der erste und zweite Beschleunigungssensor 12, 14 sind über Leitungen 15 mit einer Steuereinheit 40 verbunden, auf der in ausführbarer Form ein Computerprogrammprodukt 80 gespeichert ist. Über die Leitungen 15 werden die vom ersten und zweiten Beschleuni gungssensor 14 erzeugten Messwerte 25 zur Steuereinheit 40 geführt. Die Mehrachssensorvorrichtung 10 weist in einem ortsfesten Koordinatensystem 30 eine Raumlage 33 auf, die durch eine Mehrzahl an Neigungswinkeln 32 definiert ist.

FIG 2 zeigt schematisch Schritte einer Ausführungsform des beanspruchten Messverfahrens 100, das beispielsweise mit ei ner Mehrachssensorvorrichtung 10 gemäß FIG 1 umsetzbar ist.

In FIG 2 ist ein Koordinatensystem dargestellt, das durch Messachsen 13 eines ersten zumindest einachsigen Beschleuni gungssensors 12 und eines zweiten mehrachsigen Beschleuni gungssensors 14 definiert ist. Der erste Beschleunigungs sensor 12 ist dabei als einachsiger Beschleunigungssensor 12 ausgebildet. In einem ersten Schritt 110 wird eine Referenz beschleunigung 23 entlang einer Messachse 13 des ersten Be schleunigungssensors 12 erfasst und als Messwert 25 zur Ver fügung gestellt. Die Referenzbeschleunigung 23 wird mit einer erhöhten Messgenauigkeit erfasst und ist stellt eine Kompo nente einer real vorliegenden Beschleunigung 24, die sich aus mehreren Beschleunigungen 20 entlang unterschiedlicher Raum richtungen zusammensetzt. Die real vorliegende Beschleunigung 24 ist dabei entlang einer Hauptschwingungsrichtung 22 ausge richtet. In einem zweiten Schritt 120 wird eine Orientie- rungsbeschleunigung 27 erfasst und als Messwert 25 bereitge stellt. Die Orientierungsbeschleunigung 27 wird dabei entlang mehrerer Messachsen 13 des zweiten mehrachsigen Beschleuni gungssensors 14 erfasst. Die Orientierungsbeschleunigung 27 ist dabei als Vektor ausgebildet, der sich aus Messwerten 25 der Orientierungsbeschleunigung 27 entlang der Messachsen 13 zusammensetzt. Der so gebildete Vektor stellt einen Beschleu nigungsmesswert 24 dar, der von der real vorliegenden Be schleunigung 20 abweicht. Entlang der Richtung der Referenz beschleunigung 23 wird eine parallel ausgerichtete Komponente der Orientierungsbeschleunigung 27 erfasst und mit der Refe renzbeschleunigung 23 verglichen. In einem dritten Schritt 130 erfolgt ein Ermitteln eines Vergleichsskalars 28 durch den Vergleich zwischen der Referenzbeschleunigung 23 und der parallelen Komponente der Orientierungsbeschleunigung 27. Der Vergleichsskalar 28 ist als Zahlenwert ausgebildet, der als Umrechnungsfaktor zwischen den beschriebenen Größen geeignet ist. In einem weiteren vierten Schritt 140 wird der Ver gleichsskalar 28 auf die weiteren Komponenten der Orientie rungsbeschleunigung 27 bzw. den Beschleunigungsmesswert 24 angewandt. Dadurch ergibt sich ein ermittelter Beschleuni gungswert 26, der im Wesentlichen der real vorliegenden Be schleunigung 20 entspricht. Dazu sind die Komponenten der Orientierungsbeschleunigung 27 mit dem Vergleichsskalar 28 zu multiplizieren .

In FIG 3 ist schematisch ein Frequenzdiagramm 50 dargestellt, bei dem die Lastfrequenz 35 einer real vorliegenden Beschleu nigung 24, die entlang einer Hauptschwingungsrichtung 22 auf- tritt. Die real auftretende Beschleunigung 24 wird vom ersten zumindest einachsigen Beschleunigungssensor 12 und/oder dem zweiten mehrachsigen Beschleunigungssensor 14 zumindest kom ponentenweise erfasst. Auf der vertikalen Achse des Diagramms 50 ist eine Häufigkeit 41 dargestellt, bei der die real auf tretende Beschleunigung 24 vorliegt. Der erste zumindest ein achsige Beschleunigungssensor 12 ist dazu ausgebildet, die real auftretende Beschleunigung 24 entlang einer Hauptschwin gungsrichtung 22 in einem ersten Frequenzbereich 43 zu erfas- sen. Der zweite mehrachsige Beschleunigungssensor 14 ist dazu ausgebildet, die real auftretende Beschleunigung 24 in einem zweiten Frequenzbereich 45 zu erfassen. Der zweite Frequenz bereich 45 liegt dabei niedriger als der erste Frequenzbe reich 43, wobei die in einem Übergangsbereich 42 teilweise überlappen. Bei einer Messung im Übergangsbereich 42 wird bei einer bestimmten Frequenz die real auftretende Beschleunigung

24 in Form von Messwerten 25 erfasst und anhand dessen ein Vergleichsskalar 28 durch das nicht näher dargestellte bean spruchte Messverfahren 100 ermittelt. Der Vergleichsskalar 28 wird bei einer weiteren Messung, die ausschließlich im ersten Frequenzbereich 43 liegt weiterverwendet, was in FIG 3 durch einen Pfeil dargestellt ist. Dadurch sind im ersten Frequenz bereich 43 auch Messwerte 25 vom zweiten Beschleunigungs sensor 14 einsetzbar um so einen ermittelten Beschleunigungs wert 26 zu erhalten. Dadurch wird ein im Übergangsbereich 42 gewonnener Vergleichsskalar 28 verwendet, um auch im ersten Frequenzbereich 12, für der zweite mehrachsige Beschleuni gungssensor 14 originär nicht ausgelegt ist, dessen Messwerte

25 für eine Beschleunigungsmessung einzusetzen. Infolgedessen kann der erste zumindest einachsige Beschleunigungssensor 12 eine geringere Anzahl an Messachsen 13 aufweisen als der zweite mehrachsige Beschleunigungssensor 14.

FIG 4 zeigt schematisch den Aufbau eines beanspruchten Sys tems 70, das eine Maschinenkomponente 60 umfasst, die als Elektromotor 62 ausgebildet ist. Die Maschinenkomponente 60 mit einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Mehrachs sensorvorrichtung 10 ausgestattet. Die Mehrachssensorvorrich tung 10 ist dazu ausgebildet, Beschleunigungen 20 zu erfas sen, die auf die Maschinenkomponente 10 im Betrieb einwirken. Dabei tritt die stärkste Beanspruchung durch Beschleunigung 20 entlang einer Hauptschwingungsrichtung 22 auf. Die Mehr achssensorvorrichtung 10 weist eine Steuereinheit 40 auf, die dazu ausgebildet ist, ein Computerprogrammprodukt 80 ausführ bar zu speichern. Ferner ist die Mehrachssensorvorrichtung 10 über eine Datenverbindung 48 mit einer externen Steuerung verbunden, die als übergeordnete Steuereinheit 46 ausgebildet ist und auf der auch ein Computerprogrammprodukt 80 ausführ bar gespeichert ist. Die Computerprogrammprodukte 80 auf der externen Steuerung 46 und der Mehrachssensorvorrichtung 10 wirken über die Datenverbindung 48 zusammen umso eine Ausfüh- rungsform des erfindungsgemäßen Messverfahrens 100 zu ver wirklichen .