PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE10117114B4 23.03.2006
Titel Verfahren zur Überwachung von periodisch arbeitenden Maschinen
Anmelder Reilhofer KG, 85757 Karlsfeld, DE
Erfinder Ruthrof, Michael, 81679 München, DE
DE-Anmeldedatum 06.04.2001
DE-Aktenzeichen 10117114
Offenlegungstag 17.10.2002
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 23.03.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 23.03.2006
IPC-Hauptklasse G07C 3/08(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Überwachung von periodisch arbeitenden Maschinen zur Früherkennung von Maschinenveränderungen.

Ein Verfahren zur Überwachung von periodisch arbeitenden Maschinen ist aus DE 690 10 193 T2 bekannt, bei dem ein Modell kontinuierlich in verschiedenen Stadien des Gebrauchs der zu überwachenden Maschine während der Lebensdauer der Maschine aufgebaut wird. Es handelt sich hierbei um ein dynamisches Modell, das sich mit der Alterung der Maschine ändert.

Aus DE 195 45 008 C2 ist ein Verfahren zur Überwachung von Maschinen bekannt, das sich in zwei Arbeitsphasen aufgeteilt, nämlich in einen Ausgangsmodus für die Ermittlung der Referenz und einen Überwachungsmodus für die eigentliche Überwachung. Beim Einsatz der Überwachungseinrichtung wird zunächst im Ausgangsmodus aus den vom Sensor gelieferten Meßsignalen eine Referenz ermittelt, die das Verhalten der zu überwachenden Maschine im Anfangs- bzw. Ausgangszustand darstellt und die im anschließend einsetzenden Überwachungsmodus Verwendung findet. Bei diesem Verfahren, werden statische Referenzwerte verwendet, die den Anfangszustand der Maschine darstellen.

Es gibt jedoch Anwendungen, wie Windkraftwerke, bei denen die Betriebslasten abhängig von äußeren Umständen, wie Windgeschwindigkeit, über einen langen Zeitraum nicht vorkommen, so daß sie nicht im Ausgangsmodus und damit nicht in der Referenzbildung erfaßt werden. Im Überwachungsmodus würde bei einem solchen Zustand eine Schadensmeldung erfolgen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eingangs genannte Verfahren dahingehend zu gestalten, daß es auch für solche Maschinen anwendbar ist, die seltene Belastungszustände erfahren.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein gleitender Übergang zwischen einer Referenzbildung und einer Überwachung des Prüflings ermöglicht, bei dem sich die Referenzbildung nicht nur auf einen Anfangsabschnitt eines neuen Einsatzes beschränkt, sondern für jeden neuen Zustand wiederholt. Das Verfahren ermöglicht somit ohne genaue Kenntnis der zu erwartenden Betriebslast einer rotierenden Maschine, wie Windkraftwerke, den Schädigungsgrad nach relativ kurzer Zeit zu bestimmen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist somit universell bei allen periodisch arbeitenden Maschinen einsetzbar, auch bei solchen, deren Betriebslasten große Unregelmäßigkeiten anzeigen können. Dieses erfolgt ohne Referenzwerte einspielen oder das Verhalten der Maschine im Schadensfall durch Vorversuche ermitteln zu müssen.

Als Meßgröße dient der Körperschall und die Antriebsdrehzahl oder Parameter, die beim Eintreten eines Schadens eine Änderung erfahren. Zur Bestimmung des jeweiligen Maschinenzustandes werden eine, jedoch in der Regel mehrere Steuergrößen, z.B. Getriebetemperatur, Abtriebsdrehzahl, Drehmoment, etc., gemessen, die beim Eintreten eines Schadens keine Änderung erfahren.

Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf einem n-dimensionalen Referenzraum, der automatisch nach Bedarf mit Referenzwerten ausgefüllt wird. Als Eingang in das System werden neben den Meßgrößen die Steuergrößen zugeführt. Die Steuergrößen bilden einen n-dimensionalen Zustandsraum. Zu jedem Zustand wird, unabhängig vom Zeitpunkt seines Auftauchens, eine Meßgrößenreferenz angelegt. Ist in einem Zustand schon ein Referenzwert hinterlegt, so kommt es zu dem Vergleich des aktuellen Meßwertes mit der Referenz.

Die Verarbeitung der Meßsignale erfolgt nach bekannten Methoden. So können die vom Überwachungssensor gelieferten Zeitsignale z.B. in Frequenzsignale umgewandelt werden und aus Frequenzsignalen von mindestens zwei Maschinenzyklen Mittelwerte der einzelnen Frequenzordnungen gebildet und verarbeitet werden. Eine Vorgehensweise hierzu ist beispielsweise in der DE 195 45 008 C2 beschrieben. Einer näheren Erörterung bedarf es daher nicht an dieser Stelle.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung gezeigten Prinzipskizze und Beispielen näher beschrieben.

In der Zeichnung ist der Verlauf des Überwachungsverfahrens skizziert. Eine zu überwachende rotierende Maschine 10 wird mit Sensoren 11 zum Messen von Meßgrößen KS, A sowie Steuergrößen k, l, m ..n ausgestattet. Die Steuergrößen bilden einen n-dimensionalen Zustandsraum i(k, l, m, ..n). Die von den Sensoren erfaßten Signale werden einer nicht näher dargestellten Überwachungseinrichtung zugeführt, die die Signale eines jeden Maschinenzustands i(ki, li, mi, ..ni) auf das Vorhandensein der zugehörigen Referenz KSRi(ki, li, mi, ..ni) überprüft. Ist für den Zustand i(ki, li, mi, ..ni) noch keine Referenz angelegt, werden die Meßgrößen KSi, Ai zur Bildung der Referenz KSRi(ki, li, mi, ..ni) für die Zelle i eines n-dimensionalen Referenzraumes R(k, l, m, ..n) verarbeitet und in diesem Referenzraum abgelegt.

Ist für einen Maschinenzustand j(kj, lj, mj, ..nj) bereits eine Referenz KSRj(kj, lj, mj, ..nj) im Referenzraum R(k, l, m, ..n) angelegt, wird diese zur Ermittlung der Schadensinformation mit der aktuellen Meßgröße KSj, Aj verglichen.

1. Beispiel einer Überwachung an einem Windkraftwerk. Die Betriebslasten des Windkraftwerkes hängen in erster Linie von der Windgeschwindigkeit ab. Da die Windgeschwindigkeit aber in großen Teilen nicht auf Wochen oder Monate genau vorherbestimmbar ist, benötigt eine Überwachung die Fähigkeit, schon mal erlebte Situationen, d.h. Belastungsfälle, gleich zu überwachen. Außerdem darf es wegen noch nicht erlebter Situationen, wie z.B. dem Herbststurm oder dem Jahrhundertsturm, nicht gleich zu einer Abschaltung durch die Überwachung kommen. Dieses wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren berücksichtigt.

Dazu wird die Windkraftanlage mit Sensoren zum Messen des Körperschalls KS und der Antriebsdrehzahl A (Meßgrößen) sowie zum Messen der Steuergrößen, wie Windgeschwindigkeit W, Abtriebsdrehzahl N, Getriebetemperatur T, Drehmoment M, ausgestattet. Diese Steuergrößen bilden einen n-dimensionalen Zustandsraum i(W, N, T, M). Zu jedem Zustand i wird nach einem bestimmten Verfahren V, wie zum Beispiel dem in der DE 195 45 008 C2 beschriebenen Frequenzanalyse Verfahren, eine Körperschallreferenz KSRi(Wi, Ni, Ti, Mi) angelegt. Es sind natürlich die Anwendung anderer bekannter Verfahren sowie auch Ordungsanalysen-Methoden möglich.

Ist in einem Zustand j bereits eine Körperschallreferenz KSRj(Wj, Nj, Tj, Mj) hinterlegt, dann kommt es zu einem Vergleich der Referenz KSRj(Wj, Nj, Tj, Mj) mit dem aktuellen Körperschall KSj. Aus dem Vergleich wird dann eine aktuelle Schädigung Sj errechnet. Diese Schädigung wird in einem Trendindex T(t) über die Zeit eingetragen und kann bei einer Überschreitung einer Grenze zur Abschaltung der Maschine und/oder zu Wartungs-/Reparaturanweisungen genutzt werden.

Wenn für einen Zustand i (erstmaliger Sturm) noch keine Körperschallreferenz hinterlegt wurde, so erkennt das Verfahren dies und ermittelt nach dem vorbestimmten Verfahren V eine Körperschallreferenz KSRi((Wi, Ni, Ti, Mi) und legt sie in der dazugehörigen Zelle i des Referenzraumes R(Wi, Ni, Ti, Mi) ab.

2. Beispiel. Überwachung von Fahrzeuggetrieben. Hierbei kann es auch zu Belastungen kommen, die in einer anfänglichen Referenzbildungsphase nicht gelernt wurden, z.B. das Fahrzeug schleppt zum ersten Mal einen Anhänger und somit wird die Belastung auf das Getriebe um ein Vielfaches steigen.

In einer Anfangsphase wird das Getriebe durch die verschiedenen Belastungen, z.B. beim Durchlaufen aller Gänge, betrieben, wobei das Verfahren die Zustände i jeweils als neu erkennt und dafür jeweils Referenzen XRi ermittelt und in der zugehörigen, Zelle i des Referenzraumes R ablegt.

Nach oder während dieser anfänglichen Referenzbildungsphase geht das Verfahren automatisch in den Überwachungsprozess über, sobald für einen Zustand j bereits eine Referenz XRi hinterlegt ist.

Wurden alle normalen Belastungssituationen erfaßt, wird das Verfahren sich in einer ausschließlichen Überwachungsphase bewegen. Taucht jedoch ein neuer Belastungszustand k auf, der z.B. durch die Verbindung des Fahrzeugs mit einem Anhänger verursacht wird, so muß diese Situation neu gelernt werden, d.h. die im neuen Zustand k erfaßten Meßsignale werden zur Bildung der zugehörigen neuen Referenz XRk verarbeitet.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zur Überwachung von periodisch arbeitenden Maschinen zur Früherkennung von Maschinenveränderungen,

    a) wobei mittels eines Überwachungssensors zur Erkennung von Maschinenveränderungen geeignete Meßgrößen (KSi, Ai) erfaßt werden,

    a1) die in einem Referenzmodus zur Bildung von die Maschine dokumentierenden Referenzwerten (KSRi) verarbeitet werden,

    b) wobei neben den Meßgrößen (KSi, Ai) mindestens eine den Maschinenzustand kennzeichnende, durch Maschinenveränderungen unbeeinflusste Steuergröße (K, l, m, ..n) gemessen wird und die Maschinenzustände einen n-dimensionalen Zustandsraum (R(k, l, m, ...n)) bilden,

    b1) wobei zu jedem sich einstellenden Maschinenzustand (i(ki, li, mi, ni)) automatisch ein Referenzwert (KSRi) aus den aktuellen Meßgrößen gebildet und im n-dimensionalen Zustandsraum (R(k, l, m, ...n)) angelegt wird,

    c) wobei die zu einem erstmals auftretenden Maschinenzustand (i), für den kein Referenzwert hinterlegt ist, gehörenden Meßgrößen (KSi, Ai), zur Bildung eines Referenzwertes (KSRi(ki, li, mi, ..ni)) und dessen Ablage im Zustandsraum (R(k, l, m, ...n)) verarbeitet werden,

    d) während die Meßgrößen (KSi, Ai) eines Maschinenzustands, zu dem ein Referenzwert (KSRi(ki, li, mi, ..ni)) schon hinterlegt ist, in einem Überwachungsmodus, nach gleichen Kriterien verarbeitet, mit dem Referenzwert verglichen werden.

    e) und bei Überschreiten eines Instabilitätsmaßes eine Maschinenänderung angezeigt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus den nach Merkmal d) gewonnenen Vergleichsergebnissen eine aktuelle Schädigung (Si) errechnet wird, die in einen Trendindex (T(t)) über der Zeit eingetragen wird, und daß bei Überschreitung einer Grenze die Maschine in einen Störzustand versetzt wird.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com