WO2019120869A1 - Monitoring of a rolling bearing - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for the automated detection of at least one damage event in a roller bearing according to the preamble of claim 1.
- Acoustic measurements are often used for error detection in transmissions, airborne and structure-borne sound measurements can be provided by means of microphones and acceleration sensors. A recording of corresponding measurements takes place simultaneously with a rotation of at least one shaft within the transmission. From the rotation, the expected repetition frequency of a sound event generated by a damage can be derived.
- the invention has for its object to improve the accuracy of the detection of damage events in rolling bearings.
- the method according to the invention serves for the automated detection of at least one damage event in a roller bearing.
- the damage event may be, for example, damage to the surface of a rolling element and / or a bearing raceway.
- bearing raceway With bearing raceway, in each case a rotationally symmetrical part of the bearing rings - inner ring and outer ring - on which the rolling elements roll off.
- the method comprises the following method steps:
- the steps of measuring the rotational speed, measuring the rotational frequency and recording the mechanical vibration are preferably simultaneously, i. during the same time interval.
- the method step Checking the recorded oscillation presupposes that the remaining method steps have previously been carried out.
- the speed of the bearing rings is a quotient of the number of rotation of the bearing rings relative to each other and a corresponding time interval.
- the bearing rings rotate about a rotation axis of the bearing.
- a quotient of the number of revolutions of the rolling body about the axis of rotation of the bearing and a corresponding time interval is the rotational frequency of the rolling body about the axis of rotation.
- Recording a physical quantity means measuring and storing the size. The recorded mechanical vibration is thus measured and stored.
- Mechanical vibration is a repeated variation in time of one or more mechanical quantities of a substance or a body.
- the mechanical parameters are in detail mass, force, momentum, moment of inertia, torque, angular momentum, effect, energy, energy density, power, power density, mass density, specific volume, specific gravity, mechanical stress, modulus, viscosity, volumetric flow and mass flow.
- the mechanical vibration is recorded during a time interval. This is done continuously or at discrete times distributed over the time interval.
- the change in the vibration caused by the damage event is determined taking into account the rotational speed of the inner race and the outer race.
- the rotational speed of the inner ring and the outer ring influences the frequency spectrum of the change in the vibration caused by the damage event.
- Certain change patterns of the vibration can be uniquely assigned to specific damage events.
- the parameter is to be selected such that it is characteristic of the damage event and represents a change in the mechanical oscillation caused by the damage event to be detected.
- a suitable parameter is, for example, the roll-over frequency of the rolling bodies over a damaged area of a bearing raceway.
- a method step of determining the characteristic quantity can precede the method steps of measuring the rotational speed, measuring the rotational frequency and recording the mechanical vibration, can be carried out simultaneously or can be carried out subsequently.
- the bearing cage serves to guide the rolling elements. Accordingly, the cage rotates with the rotational frequency of the rolling elements.
- the rotational speed of the cage is measured. This replaces the rotational frequency of the rolling element taken into account in the determination of the change in the oscillation caused by the damage event.
- first of all a mechanical vibration caused by the bearing in the undamaged state is determined. This is done either by simulation or by measurement.
- the recorded vibration is further evaluated for the presence of the change caused by the damage event by adjusting the mechanical vibration caused by the bearing undamaged and the recorded vibration. Specifically, the change caused by the damage event is offset against the mechanical vibration produced by the bearing in undamaged condition. The result is a vibration that is expected to be emitted from the bearing at the occurrence of the damage event. This vibration is finally compared with the recorded vibration. If both oscillations correspond to each other, it can be assumed that the damage event has occurred.
- the changes in vibration caused by damage to the surface of the rolling element or a bearing raceway have a characteristic repetition frequency. This is dependent on the speed of the inner ring and the outer ring and the rotational frequency of the rolling elements. In a preferred embodiment, therefore, the repetition frequency is determined and flows as a parameter in the test of the recorded vibration for the presence of the change caused by the damage event.
- FIG. In detail shows:
- Fig. 1 individual process steps.
- a method according to FIG. 1 has the following method steps:
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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.
Description
Überwachung eines Wälzlagers Monitoring a rolling bearing
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatisierten Detektion mindestens eines Schadensereignisses in einem Wälzlager nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 . The invention relates to a method for the automated detection of at least one damage event in a roller bearing according to the preamble of claim 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. Acoustic measurements are often used for error detection in transmissions, airborne and structure-borne sound measurements can be provided by means of microphones and acceleration sensors. A recording of corresponding measurements takes place simultaneously with a rotation of at least one shaft within the transmission. From the rotation, the expected repetition frequency of a sound event generated by a damage can be derived.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Genauigkeit der Detektion von Schadensereignissen in Wälzlagern zu verbessern. The invention has for its object to improve the accuracy of the detection of damage events in rolling bearings.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1 . Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten. This object is achieved by a method according to claim 1. Preferred developments are contained in the subclaims.
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. The method according to the invention serves for the automated detection of at least one damage event in a roller bearing. The damage event may be, for example, damage to the surface of a rolling element and / or a bearing raceway. With bearing raceway, in each case a rotationally symmetrical part of the bearing rings - inner ring and outer ring - on which the rolling elements roll off.
Das Verfahren umfasst die folgenden Verfahrensschritte: The method comprises the following method steps:
- Messen mindestens einer Drehzahl der beiden Lagerringe des Lagers relativ zueinander. - Measuring at least one speed of the two bearing rings of the bearing relative to each other.
Messen mindestens einer Umlauffrequenz eines Wälzkörpers des Wälzlagers;
- Aufzeichnen einer von dem Lager hervorgerufenen mechanischen Schwingungen; und Measuring at least one rotational frequency of a rolling element of the rolling bearing; - Recording a generated from the bearing mechanical vibrations; and
- Prüfen der aufgezeichneten Schwingung auf Vorhandensein einer durch das Schadensereignis hervorgerufenen Änderung. - checking the recorded vibration for the presence of a change caused by the damage event.
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. The steps of measuring the rotational speed, measuring the rotational frequency and recording the mechanical vibration are preferably simultaneously, i. during the same time interval. The method step Checking the recorded oscillation presupposes that the remaining method steps have previously been carried out.
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. The speed of the bearing rings is a quotient of the number of rotation of the bearing rings relative to each other and a corresponding time interval. The bearing rings rotate about a rotation axis of the bearing.
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. A quotient of the number of revolutions of the rolling body about the axis of rotation of the bearing and a corresponding time interval is the rotational frequency of the rolling body about the axis of rotation.
Aufzeichnen einer physikalischen Größe bedeutet Messen und Speichern der Größe. Die aufgezeichnete mechanische Schwingung wird also gemessen und gespeichert. Recording a physical quantity means measuring and storing the size. The recorded mechanical vibration is thus measured and stored.
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. Mechanical vibration is a repeated variation in time of one or more mechanical quantities of a substance or a body. The mechanical parameters are in detail mass, force, momentum, moment of inertia, torque, angular momentum, effect, energy, energy density, power, power density, mass density, specific volume, specific gravity, mechanical stress, modulus, viscosity, volumetric flow and mass flow.
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. The mechanical vibration is recorded during a time interval. This is done continuously or at discrete times distributed over the time interval. The change in the vibration caused by the damage event is determined taking into account the rotational speed of the inner race and the outer race. The rotational speed of the inner ring and the outer ring influences the frequency spectrum of the change in the vibration caused by the damage event.
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. Certain change patterns of the vibration can be uniquely assigned to specific damage events. In order to check the recorded vibration for the presence of the change caused by the damage event, it is possible if necessary to determine a parameter of the change caused by the damage event. The parameter is to be selected such that it is characteristic of the damage event and represents a change in the mechanical oscillation caused by the damage event to be detected. On the basis of the parameter can then be checked whether the caused by the damage event to be detected vibration pattern in the recorded mechanical vibration is present. From this it is possible to draw conclusions about the damage event. A suitable parameter is, for example, the roll-over frequency of the rolling bodies over a damaged area of a bearing raceway. A method step of determining the characteristic quantity can precede the method steps of measuring the rotational speed, measuring the rotational frequency and recording the mechanical vibration, can be carried out simultaneously or can be carried out subsequently.
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. So far, it was not known that the frequency of rotation of rolling elements in case of damage has an influence on the mechanical vibrations caused by a bearing. This finding makes use of the invention by not only the speed of the inner ring and the outer ring is taken into account in determining the change caused by the damage event of the vibration, but also the rotational frequency of the rolling body. In a calculation according to the invention of the change in the oscillation caused by the damage event, both the rotational speed of the inner ring and of the outer ring and the rotational frequency of the rolling element flow accordingly as parameters for determining the change in the oscillation caused by the damage event. The enumeration of the parameters used in the calculation is not exhaustive. In particular, other parameters can be taken into account in addition to the rotational speeds of the inner and outer ring and the rotational frequency of the rolling body.
Viele Wälzlager weisen einen Lagerkäfig auf. Der Lagerkäfig dient der Führung der Wälzkörper. Entsprechend rotiert der Käfig mit der Umlauffrequenz der Wälzkörper.Many rolling bearings have a bearing cage. The bearing cage serves to guide the rolling elements. Accordingly, the cage rotates with the rotational frequency of the rolling elements.
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 a preferred embodiment, therefore, the rotational speed of the cage is measured. This replaces the rotational frequency of the rolling element taken into account in the determination of the change in the oscillation caused by the damage event.
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. In a further preferred embodiment, first of all a mechanical vibration caused by the bearing in the undamaged state is determined. This is done either by simulation or by measurement.
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. The recorded vibration is further evaluated for the presence of the change caused by the damage event by adjusting the mechanical vibration caused by the bearing undamaged and the recorded vibration. Specifically, the change caused by the damage event is offset against the mechanical vibration produced by the bearing in undamaged condition. The result is a vibration that is expected to be emitted from the bearing at the occurrence of the damage event. This vibration is finally compared with the recorded vibration. If both oscillations correspond to each other, it can be assumed that the damage event has occurred.
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: The changes in vibration caused by damage to the surface of the rolling element or a bearing raceway have a characteristic repetition frequency. This is dependent on the speed of the inner ring and the outer ring and the rotational frequency of the rolling elements. In a preferred embodiment, therefore, the repetition frequency is determined and flows as a parameter in the test of the recorded vibration for the presence of the change caused by the damage event. A preferred embodiment of the invention is shown in FIG. In detail shows:
Fig. 1 einzelne Verfahrensschritte. Fig. 1 individual process steps.
Ein Verfahren gemäß Fig. 1 weist die folgenden Verfahrensschritte auf: A method according to FIG. 1 has the following method steps:
- Messen 101 mindestens einer Umlauffrequenz; Measuring 101 at least one revolution frequency;
- Aufzeichnen 103 einer mechanischen Schwingung; - Recording 103 of a mechanical vibration;
- Ermitteln 105 mindestens eines Parameters; und Determining 105 at least one parameter; and
- Prüfen 107 der aufgezeichneten Schwingung.
- Check 107 the recorded vibration.
Bezuaszeichen Messen Measure Bezuaszeichen
Messen measure up
Aufzeichnen Record
Ermitteln Determine
Prüfen
Check
Claims
1. Verfahren zur automatisierten Detektion mindestens eines Schadensereignisses in einem Wälzlager; mit den Verfahrensschritten: A method for automated detection of at least one damage event in a rolling bearing; with the process steps:
- Messen (101) mindestens einer Drehzahl der Lagerringe des Lagers relativ zueinander; - Measuring (101) at least one speed of the bearing rings of the bearing relative to each other;
- Messen (103) mindestens einer Umlauffrequenz eines Wälzkörpers des Wälzlagers um eine Drehachse des Lagers; - Measuring (103) at least one rotational frequency of a rolling element of the rolling bearing about an axis of rotation of the bearing;
- Aufzeichnen (105) einer von dem Lager hervorgerufenen mechanischen Schwingung; und - recording (105) a mechanical vibration caused by the bearing; and
- Prüfen (109) der aufgezeichneten Schwingung auf Vorhandensein einer durch das Schadensereignis hervorgerufenen Änderung der Schwingung; wobei - checking (109) the recorded vibration for the presence of a change in the vibration caused by the damage event; in which
die durch das Schadensereignis hervorgerufene Änderung der Schwingung unter Berücksichtigung der Drehzahl des Innenrings und des Außenrings bestimmt wird; dadurch gekennzeichnet, dass the change in the vibration caused by the damage event is determined in consideration of the rotational speed of the inner ring and the outer ring; characterized in that
die durch das Schadensereignis hervorgerufene Änderung der Schwingung unter Berücksichtigung der Umlauffrequenz des Wälzkörpers bestimmt wird. the change in the oscillation caused by the damage event is determined taking into account the rotational frequency of the rolling body.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ; dadurch gekennzeichnet, dass 2. The method of claim 1; characterized in that
Drehzahl eines Käfigs des Lagers gemessen wird. Speed of a cage of the bearing is measured.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche; dadurch gekennzeichnet, dass 3. The method according to any one of the preceding claims; characterized in that
eine von dem Lager im unbeschädigten Zustand hervorgerufene mechanische Schwingung ermittelt wird; wobei a determined by the bearing in the undamaged state mechanical vibration is determined; in which
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. the recorded vibration is checked for the presence of the change caused by the damage event by comparing the mechanical vibration produced by the bearing in the undamaged state and the recorded vibration.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche; dadurch gekennzeichnet, dass 4. The method according to any one of the preceding claims; characterized in that
eine Wiederholfrequenz einer von dem Schadensereignis hervorgerufen Änderung der Schwingung ermittelt wird.
a repetition frequency of a change of the vibration caused by the damage event is determined.
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