專利名稱：用于提前識(shí)別在軸承內(nèi)產(chǎn)生的損壞的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
在電機(jī)中，可能在軸承中出現(xiàn)電流(軸承電流,英語Bearing Currents),該電流會(huì)明顯縮短該軸承的使用壽命。軸承電流是在電機(jī)的滾動(dòng)軸承或者滑動(dòng)軸承內(nèi)出現(xiàn)的電流。該電流由電壓(軸承電壓)引起，該電壓由于機(jī)器內(nèi)的電雜散場或者磁雜散場或者由于從外部流經(jīng)機(jī)器的外部電流而產(chǎn)生。一旦軸承電流高于潤滑油膜的擊穿電壓(燒結(jié)電壓)，就會(huì)產(chǎn)生電流通量。
軸承電流的消極影響是例如-油脂燃燒(降低剩余潤滑性能);
-在滾道和滾動(dòng)體中形成坑(Kraterbildung)；-以及在極端情況下在滾道中形成波紋(Riffel)。波紋橫向于滾道。該軸承電流是幾十年來已知的現(xiàn)象，并且會(huì)導(dǎo)致用戶的巨額花費(fèi)或者說導(dǎo)致制造商的高保修成本。因此急需一種能夠測量并且有效評(píng)價(jià)軸承電流的測量方法或者傳感器。
背景技術(shù)：
特別是在大功率電子裝置的運(yùn)行過程中，電機(jī)上的軸承電流會(huì)成倍地縮短電動(dòng)機(jī)軸承的使用壽命。按照當(dāng)前現(xiàn)有技術(shù)，只有在例如由于產(chǎn)生噪聲或者燃燒的軸承潤滑脂造成的異常狀態(tài)下，才會(huì)發(fā)現(xiàn)并更換由于軸承電流受損的軸承。這通常會(huì)導(dǎo)致設(shè)備停工，而設(shè)備停工會(huì)引起巨額成本。因此，軸承運(yùn)行時(shí)的大問題在于，識(shí)別大概的停工時(shí)間并因此識(shí)別最佳的軸承更換時(shí)間。如果過早反應(yīng)，則意味著不必要的高維護(hù)費(fèi)用，而如果過晚反應(yīng)，則會(huì)對(duì)用戶產(chǎn)生設(shè)備停工費(fèi)用。目前根據(jù)短時(shí)軸承電流測量或者說振蕩分析，診斷原因并且評(píng)估解決方案。由于觀察時(shí)間上通常限定為若干天的以及由不同的專家進(jìn)行的單個(gè)測量，因此，該測量的效力有限。例如，在此不能確定在測量前后出現(xiàn)的影響因素例如接地系統(tǒng)的改變或者接地系統(tǒng)中的故障。由于聚焦于電氣值或者說振蕩分析，迄今為止的軸承電流的試驗(yàn)臺(tái)幾乎沒有取得任何關(guān)于防止由于軸承電流造成的損壞的認(rèn)識(shí)。這也同樣適用于場內(nèi)的測量。由于無法接收時(shí)間戳，因此無法關(guān)聯(lián)電氣測量和振蕩測量。由于不同的測量系統(tǒng)，還引起了時(shí)間差。關(guān)于軸承電流和因此產(chǎn)生的軸承損壞的補(bǔ)救措施經(jīng)常與巨額成本相關(guān)，并且在此方面也很難評(píng)價(jià)，補(bǔ)救措施是否充分。盡管如此，在過去，成本密集的措施中仍有一部分無法得到預(yù)期的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供上述問題的解決方案。應(yīng)說明一種測量方法和一種裝置，其允許更好地評(píng)價(jià)關(guān)于相關(guān)軸承的潛在損壞的軸承電流。此外，還應(yīng)說明一種適合于分析有害的軸承電流的原因的方法和裝置。該目的通過根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法得以實(shí)現(xiàn)。用于提前識(shí)別由于軸承電流的流動(dòng)而在軸承內(nèi)產(chǎn)生的損壞的方法包括下列步驟在軸承運(yùn)行期間，根據(jù)軸承電流幅值，基于表征軸承電流的出現(xiàn)的至少一個(gè)測量參量的至少一個(gè)長時(shí)測量，產(chǎn)生評(píng)估；并且基于該評(píng)估產(chǎn)生測量結(jié)果的表示(Abbildung);并且基于模式識(shí)別(Mustererkennung),評(píng)估該表
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此外，該目的通過根據(jù)權(quán)利要求13所述的一種裝置得以實(shí)現(xiàn)。一種用于提前識(shí)別由于軸承電流的流動(dòng)而在軸承內(nèi)產(chǎn)生的損壞的裝置包括在軸承運(yùn)行期間，根據(jù)軸承電流幅值，用于評(píng)估表征軸承電流的出現(xiàn)的至少一個(gè)測量參量的至少一個(gè)長時(shí)測量的裝置；以及用于基于該評(píng)估產(chǎn)生測量結(jié)果的表示的裝置；以及用于借助模式識(shí)別評(píng)估該表示的裝置。其它有利的實(shí)施方式在從屬權(quán)利要求中說明。在第一實(shí)施方式中，在軸承電流試驗(yàn)臺(tái)中進(jìn)行測量通過試驗(yàn)臺(tái)中的長時(shí)軸承電流測量，確定軸承電流的原因，其中，測量時(shí)間至少長于Ims，然而，也可以指若干天的時(shí)間間隔內(nèi)的測量。-對(duì)電動(dòng)機(jī)軸承施加限定的電氣負(fù)載以及機(jī)械負(fù)載；-除了電氣負(fù)載(軸承電流和軸承電壓)，還時(shí)間協(xié)調(diào)地記錄機(jī)械負(fù)載及其它參數(shù)，如負(fù)載分布、火花放電的持續(xù)時(shí)間或者頻率范圍等，對(duì)于軸承(滾柱軸承、球軸承、滾動(dòng)軸承、滑動(dòng)軸承)，其它參數(shù)可以是例如軸承潤滑脂狀態(tài)、機(jī)械振蕩、溫度；-在較長的時(shí)間間隔(大于I小時(shí)，通常為若干天)進(jìn)行測量；-自動(dòng)進(jìn)行檢驗(yàn)并且在時(shí)間上進(jìn)行彼此參考。目標(biāo)是明確測量方法之間的關(guān)聯(lián)，并且借助不同物理測量值的組合以及數(shù)學(xué)關(guān)聯(lián)，提高損壞分析的可靠性。在另一實(shí)施方式中，在現(xiàn)場設(shè)備上進(jìn)行測量軸承電流傳感器在運(yùn)行期間“在線”持續(xù)監(jiān)控軸承電流，并且在有利的實(shí)施方式中，也記錄所選工作參數(shù)。通過軸承電流傳感器生成下列附加值-在出現(xiàn)損壞前，及時(shí)識(shí)別到對(duì)于軸承電流關(guān)系重大的接地系統(tǒng)中損壞。通過測量軸承的振蕩，就能夠肯定地預(yù)言有威脅的損壞，并且在對(duì)于用戶費(fèi)用最佳的可接受的時(shí)刻執(zhí)行維修措施。這樣同樣也能夠識(shí)別到引入或者說檢查軸承絕緣的必要性。軸承電流和軸承電壓以及接地參量的測量也會(huì)引發(fā)損壞的識(shí)別。此類損壞的例子是磨損的接地電刷或者損壞的過濾元件。在出現(xiàn)損壞前，剛好識(shí)別到對(duì)于軸承電流關(guān)系重大的接地系統(tǒng)中的損壞或者從軸承電流方面來看接地系統(tǒng)中有害的改變。這樣就能夠預(yù)言有威脅的損壞，并且在對(duì)于用戶可接受的時(shí)刻執(zhí)行維修措施。根據(jù)軸承的工作參數(shù)和損壞，能夠識(shí)別到一系列不利的軸承類型和軸承參數(shù)、機(jī)械和電氣負(fù)載，并且在其它項(xiàng)目中避免這些不利因素。通過直方圖(也可以是條形圖)形式顯示的特定的評(píng)估，能夠區(qū)分不同類型的軸承電流。關(guān)于軸承電流的類型的認(rèn)識(shí)實(shí)現(xiàn)了有針對(duì)性的、成本低廉的補(bǔ)救措施。軸承電流試驗(yàn)臺(tái)通過從短時(shí)測量到長時(shí)測量的步驟(例如借助于在公開文獻(xiàn)DE 102005027670中說明的測量方法)，并且通過結(jié)合機(jī)械參量的測量，避開迄今為止聚焦于初級(jí)電氣參量以及相對(duì)較低的工作狀態(tài)數(shù)量的不充分性。迄今為止的測量的問題在于，關(guān)于軸承的有威脅的損壞的軸承電流測量的低判定效力。這通過擴(kuò)展的測量方法達(dá)到高判定效力，在測量方法中將不同的物理測量參量相互關(guān)聯(lián)。通過這一新方法，現(xiàn)在能夠明確識(shí)別到關(guān)聯(lián)性并且能夠通過數(shù)學(xué)方法可靠地對(duì)其進(jìn)行評(píng)估。因此，能夠通過自動(dòng)的評(píng)估，避免機(jī)器上的損壞。例如在狀態(tài)監(jiān)控的框架下，在現(xiàn)場設(shè)備上進(jìn)行的測量-在使用新技術(shù)的情況下，通過現(xiàn)場“在線”分析，識(shí)別接地系統(tǒng)上的改變或者損壞的接地系統(tǒng)的部件，這些改變或者損壞的部件能夠消極影響軸承電流。根據(jù)迄今為止的方法，只有在由于產(chǎn)生噪聲而損壞了軸承或者軸承失靈時(shí)，才能察覺到這些因素。通過新的測 量方法，實(shí)現(xiàn)了可靠的判定，舉例來說，該判定預(yù)判例如電動(dòng)機(jī)的失靈，并且在狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)中如此進(jìn)行評(píng)估，即能夠?qū)⒕S修措施列入維護(hù)周期中。也能夠進(jìn)行趨勢分析，該趨勢分析實(shí)現(xiàn)在運(yùn)行時(shí)間中系統(tǒng)惡化的識(shí)別，并且因此實(shí)現(xiàn)潛在失靈時(shí)刻的計(jì)算。這對(duì)于設(shè)備的成本或者說可用性有積極影響。特定的評(píng)估基于測得的軸承電流的直方圖，能夠區(qū)分軸承電流類型EDM、環(huán)路電流以及轉(zhuǎn)子接地電流。其中，基于關(guān)于用于不同軸承電流類型的典型直方圖分布的認(rèn)識(shí)實(shí)現(xiàn)評(píng)估。不僅軸承電流試驗(yàn)臺(tái)，還有在線診斷，都以此為基礎(chǔ)，即在電動(dòng)機(jī)上始終安裝有軸承電流傳感器或者軸承電壓傳感器。也可以有用于檢測其它電氣或者非電氣參量(例如振蕩)的其它傳感器。在變流器運(yùn)行中，通常使用例如用于電動(dòng)機(jī)相的電流傳感器和/或電壓傳感器，偶爾在電動(dòng)機(jī)繞組中使用溫度傳感器。在軸承電流試驗(yàn)臺(tái)中，同樣能夠使用或者選擇機(jī)械參量，如軸承中的負(fù)載和負(fù)載分布。在電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中，可以存在轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和其它參量。在軸承電流評(píng)估中會(huì)考慮到這些測量值。軸承電流評(píng)估裝置能夠設(shè)計(jì)為獨(dú)立的部件，或者集成到電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中。即便沒有電動(dòng)機(jī)控制，例如在沒有變頻器的情況下運(yùn)行時(shí)，根據(jù)所顯示的原理，仍然能夠進(jìn)行測量。在這種情況下，軸承電流評(píng)估單元直接與通向用戶的接口進(jìn)行通信。通向用戶的該接口也能夠集成于評(píng)估單元中。如果在考慮到更多機(jī)械或者其它參數(shù)的情況下投入運(yùn)行時(shí)，軸承電流低于特定的閾值，則從“軸承電流方面”來看，已成功投入運(yùn)行(Inbetriebnahme)。關(guān)于此，會(huì)有針對(duì)用戶的顯示。通向用戶的接口中的該顯示能夠間接通過電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)或者直接由軸承電流評(píng)估單元啟動(dòng)。在超過閾值時(shí)，會(huì)通知投入運(yùn)行方，以便能夠進(jìn)行補(bǔ)救措施。遠(yuǎn)程診斷同樣能夠與該構(gòu)思集成為一體。為此，能夠根據(jù)線路、通過無線電、通過玻璃纖維或者通過其它通信路徑傳輸數(shù)據(jù)。在特別有利的實(shí)施方式中，用戶能夠通過控制指令，改變?cè)u(píng)估的類型，以細(xì)化分析。這是例如量程轉(zhuǎn)換、測量過濾切換、每秒的測量數(shù)量、評(píng)估參數(shù)的改變(例如統(tǒng)計(jì)評(píng)估時(shí)的直方間隔寬度)。顯示無需限制于是/否斷言。也可以實(shí)行多級(jí)斷言至圖像統(tǒng)計(jì)評(píng)估。


接下來，根據(jù)實(shí)施例，闡述本發(fā)明。其中示出圖I具有環(huán)路軸承電流的軸承的測量值的直方圖；圖2具有EDM (Electric Discharge Magnetic (放電磁))軸承電流的軸承的測量值的直方圖；以及圖3借助于軸承電流測量進(jìn)行電動(dòng)機(jī)診斷的方法的示意圖。
具體實(shí)施方式
在圖I和圖2中，顯示了上面說明的評(píng)估的直方圖。對(duì)于特定軸承電流幅值間隔，顯示每個(gè)時(shí)間單位的軸承電流的數(shù)量。在圖I中，出現(xiàn)例如每秒450個(gè)軸承電流，該軸承電流具有在I. OA到I. 2A的范圍內(nèi)的幅值。環(huán)路軸承電流(Zirkulare Lagerstroeme)具有根據(jù)圖I的直方圖，該直方圖在達(dá)到間隔(在此:1. 0 - I. 2A)內(nèi)的最大頻率后急劇下降。與此相反，如圖2中不例性所不，EDM (Electric Discharge Machining (電火花加工))軸承電流(特別是電火花侵蝕)具有至較大的電流幅值的較大的散射或者說分散。測得的軸承電流的幅值示出相對(duì)于環(huán)路軸承電流，對(duì)于EDM軸承電流，具有至較大的電流幅值的明顯較大的散射或者說分散。其中，通過恰當(dāng)?shù)鼗谑录某掷m(xù)時(shí)間預(yù)處理測量數(shù)據(jù)，只考慮到具有電火花形成的軸承電流。例如可以如此識(shí)別該軸承電流，即只評(píng)估快于20ns的事件。能夠根據(jù)測量結(jié)果，應(yīng)用已知的補(bǔ)救措施。因此，借助于示意圖，不僅能夠預(yù)言有威脅的軸承的損壞，還能夠檢查軸承特性的可能的故障，之后能夠排除這些故障，例如軸承中缺失的或者損壞的絕緣。典型的補(bǔ)救措施是過濾元件(Fi Iterelemente )、接地構(gòu)思中的改變(例如通過改變屏蔽接觸)、通過在接地系統(tǒng)中安裝附加的電位均衡導(dǎo)體、改變導(dǎo)線長度、使用絕緣的電動(dòng)機(jī)軸承和電橋接電動(dòng)機(jī)軸承的軸接地電刷。同樣能夠安裝進(jìn)入發(fā)電機(jī)。在此,也會(huì)部分地出現(xiàn)軸承電流，其能夠縮短軸承的使用壽命或者說減短維護(hù)間隔期。該方法在此類似。圖3示出具有可能參與的部件的根據(jù)發(fā)明所述的方法的概況。軸承電流評(píng)估單元I監(jiān)控電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)21，并且在需要時(shí)，將其反饋給電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)22。電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)2自身控制并且調(diào)節(jié)31具有相關(guān)軸承的電動(dòng)機(jī)3以及所屬的傳感器。其中，傳感器能夠?qū)㈦妱?dòng)機(jī)參數(shù)32報(bào)告給電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，并且將根據(jù)發(fā)明所述的方法的測量參量(軸承電流、軸承電壓和其它測量參量)報(bào)告給軸承電流評(píng)估裝置11。此外，能夠提供用于用戶的接口 4，既由電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)2自身，也由軸承電流評(píng)估單元I為該接口供應(yīng)數(shù)據(jù)41。用戶能夠由此借助于控制指令42，52，根據(jù)需要控制電動(dòng)機(jī)和評(píng)估單元。除了起動(dòng)相位，使用該方法導(dǎo)出總體性的斷言和極限值或者說閾值(軸承電流試驗(yàn)臺(tái)和從關(guān)于軸承電流的場數(shù)據(jù)、工作狀態(tài)以及可能的損壞得出的認(rèn)識(shí))是有利的。通過趨勢斷言，能夠檢測設(shè)備運(yùn)行的改變。
權(quán)利要求
1.一種用于提前識(shí)別由于軸承電流的流動(dòng)而在軸承內(nèi)產(chǎn)生的損壞的方法，其特征在于: 在所述軸承運(yùn)行(21)期間，根據(jù)軸承電流幅值，基于表征軸承電流的出現(xiàn)的至少一個(gè)測量參量的至少一個(gè)長時(shí)測量，產(chǎn)生評(píng)估(22，51);并且基于所述評(píng)估產(chǎn)生所述測量結(jié)果的顯示；并且借助模式對(duì)比評(píng)估所述顯示。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述測量參量是表征所述放電時(shí)間和放電振幅的參量，特別是下列參量中的一種軸承電流幅值、或者軸承電壓、或者所述軸承電壓的斜率、或者如電場或者電磁場的間接參量。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于，在負(fù)載下在試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行所述軸承的所述長時(shí)測量。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于，在所述設(shè)備中進(jìn)行所述軸承的所述長時(shí)測量。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于， 所述顯示是圖形顯示，所述顯示特別地具有直方圖的形式。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于， 在電動(dòng)機(jī)上始終安裝有軸承電流傳感器和/或軸承電壓傳感器。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于， 通過識(shí)別所述評(píng)估的所述顯示中的特征模式，實(shí)現(xiàn)軸承上的潛在損壞的原因的所述檢測。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于， 通過識(shí)別所述長時(shí)測量期間的所述顯示中的所述模式的改變，形成所述原因的所述檢測，特別是以趨勢分析的形式。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于， 存在其它傳感器，用于檢測其它測量參量，特別是下列參數(shù)中的至少一項(xiàng)振蕩、溫度、電動(dòng)機(jī)中的端子電壓、潤滑脂狀態(tài)、電動(dòng)機(jī)電流或者變流器參數(shù)。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于， 可能的損壞的所述檢測在所述軸承投入運(yùn)行時(shí)進(jìn)行。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于， 通過遠(yuǎn)程詢問詢問所述測量數(shù)據(jù)。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于， 所述用戶能夠通過指令控制所述評(píng)估的類型，特別是量程、測量過濾、測量頻率、評(píng)估參數(shù)和直方圖間隔寬度的改變。
13.一種用于提前識(shí)別由于軸承電流的流動(dòng)而在軸承內(nèi)產(chǎn)生的損壞的裝置，其特征在于 設(shè)置有在所述軸承運(yùn)行期間，根據(jù)軸承電流幅值用于評(píng)估(I)表征軸承電流的出現(xiàn)的至少一個(gè)測量參量的至少一個(gè)長時(shí)測量的裝置；以及用于基于所述評(píng)估產(chǎn)生測量結(jié)果的顯示的裝置；以及用于借助于模式對(duì)比評(píng)估所述顯示的裝置。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，所述測量參量是表征所述放電時(shí)間和振幅的參量，特別是下列參量中的一種所述軸承電流幅值、或者所述軸承電壓、或者所述軸承電壓的斜率、或者如所述電場或者電磁場的其它間接量。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的裝置，其特征在于， 在試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行所述長時(shí)測量。
16.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的裝置，其特征在于， 在所述設(shè)備中進(jìn)行所述軸承的所述長時(shí)測量。
17.根據(jù)權(quán)利要求13至16中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于， 所述顯示是圖形顯示，所述顯示特別地具有直方圖的形式。
18.根據(jù)權(quán)利要求13至17中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于， 電動(dòng)機(jī)上的至少一個(gè)軸承電流傳感器和/或軸承電壓傳感器。
19.根據(jù)權(quán)利要求13至18中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于， 用于通過識(shí)別所述評(píng)估的所述顯示中的特征模式來檢測潛在損壞的原因的裝置。
20.根據(jù)權(quán)利要求13至19中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于， 用于檢測其它測量參量的其它傳感器，特別是用于振蕩、溫度、電動(dòng)機(jī)中的端子電壓、潤滑脂狀態(tài)、電動(dòng)機(jī)電流或者變流器參數(shù)。
21.根據(jù)權(quán)利要求13至20中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于， 用于遠(yuǎn)程詢問表征軸承電流的出現(xiàn)的測量參量的其它裝置。
22.根據(jù)權(quán)利要求13至21中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于， 用于通過指令控制所述評(píng)估的所述類型的裝置，特別是量程改變、測量過濾、測量頻率、評(píng)估參數(shù)和直方圖間隔寬度的改變。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種測量方法和一種裝置，其允許更好地評(píng)價(jià)關(guān)于相關(guān)軸承的潛在損壞的軸承電流。此外，還涉及一種適合于分析有害的軸承電流的原因的方法和裝置。該目的通過一種用于提前識(shí)別由于軸承電流的流動(dòng)而在軸承內(nèi)產(chǎn)生的損壞的方法得以實(shí)現(xiàn)，該方法包括下列步驟在軸承運(yùn)行期間，根據(jù)軸承電流幅值，基于表征軸承電流的出現(xiàn)的至少一個(gè)測量參量的至少一個(gè)長時(shí)測量，產(chǎn)生評(píng)估；以及基于該評(píng)估，產(chǎn)生測量結(jié)果的顯示；并且基于模式識(shí)別，評(píng)估該顯示。此外，該目的通過一種用于執(zhí)行該方法的裝置得以實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)G01D3/08GK102782454SQ201080065145
公開日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2010年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月1日
發(fā)明者卡斯滕·普羅博爾, 漢斯·蒂施曼徹, 約爾格·哈塞爾 申請(qǐng)人:西門子公司