专利名称：用于提前识别在轴承内产生的损坏的方法和装置的制作方法
技术领域：
在电机中，可能在轴承中出现电流(轴承电流,英语Bearing Currents),该电流会明显缩短该轴承的使用寿命。轴承电流是在电机的滚动轴承或者滑动轴承内出现的电流。该电流由电压(轴承电压)引起，该电压由于机器内的电杂散场或者磁杂散场或者由于从外部流经机器的外部电流而产生。一旦轴承电流高于润滑油膜的击穿电压(烧结电压)，就会产生电流通量。
轴承电流的消极影响是例如-油脂燃烧(降低剩余润滑性能);
-在滚道和滚动体中形成坑(Kraterbildung)；-以及在极端情况下在滚道中形成波纹(Riffel)。波纹横向于滚道。该轴承电流是几十年来已知的现象，并且会导致用户的巨额花费或者说导致制造商的高保修成本。因此急需一种能够测量并且有效评价轴承电流的测量方法或者传感器。
背景技术：
特别是在大功率电子装置的运行过程中，电机上的轴承电流会成倍地缩短电动机轴承的使用寿命。按照当前现有技术，只有在例如由于产生噪声或者燃烧的轴承润滑脂造成的异常状态下，才会发现并更换由于轴承电流受损的轴承。这通常会导致设备停工，而设备停工会引起巨额成本。因此，轴承运行时的大问题在于，识别大概的停工时间并因此识别最佳的轴承更换时间。如果过早反应，则意味着不必要的高维护费用，而如果过晚反应，则会对用户产生设备停工费用。目前根据短时轴承电流测量或者说振荡分析，诊断原因并且评估解决方案。由于观察时间上通常限定为若干天的以及由不同的专家进行的单个测量，因此，该测量的效力有限。例如，在此不能确定在测量前后出现的影响因素例如接地系统的改变或者接地系统中的故障。由于聚焦于电气值或者说振荡分析，迄今为止的轴承电流的试验台几乎没有取得任何关于防止由于轴承电流造成的损坏的认识。这也同样适用于场内的测量。由于无法接收时间戳，因此无法关联电气测量和振荡测量。由于不同的测量系统，还引起了时间差。关于轴承电流和因此产生的轴承损坏的补救措施经常与巨额成本相关，并且在此方面也很难评价，补救措施是否充分。尽管如此，在过去，成本密集的措施中仍有一部分无法得到预期的目的。
发明内容
本发明的目的在于，提供上述问题的解决方案。应说明一种测量方法和一种装置，其允许更好地评价关于相关轴承的潜在损坏的轴承电流。此外，还应说明一种适合于分析有害的轴承电流的原因的方法和装置。该目的通过根据权利要求I所述的方法得以实现。用于提前识别由于轴承电流的流动而在轴承内产生的损坏的方法包括下列步骤在轴承运行期间，根据轴承电流幅值，基于表征轴承电流的出现的至少一个测量参量的至少一个长时测量，产生评估；并且基于该评估产生测量结果的表示(Abbildung);并且基于模式识别(Mustererkennung),评估该表
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此外，该目的通过根据权利要求13所述的一种装置得以实现。一种用于提前识别由于轴承电流的流动而在轴承内产生的损坏的装置包括在轴承运行期间，根据轴承电流幅值，用于评估表征轴承电流的出现的至少一个测量参量的至少一个长时测量的装置；以及用于基于该评估产生测量结果的表示的装置；以及用于借助模式识别评估该表示的装置。其它有利的实施方式在从属权利要求中说明。在第一实施方式中，在轴承电流试验台中进行测量通过试验台中的长时轴承电流测量，确定轴承电流的原因，其中，测量时间至少长于Ims，然而，也可以指若干天的时间间隔内的测量。-对电动机轴承施加限定的电气负载以及机械负载；-除了电气负载(轴承电流和轴承电压)，还时间协调地记录机械负载及其它参数，如负载分布、火花放电的持续时间或者频率范围等，对于轴承(滚柱轴承、球轴承、滚动轴承、滑动轴承)，其它参数可以是例如轴承润滑脂状态、机械振荡、温度；-在较长的时间间隔(大于I小时，通常为若干天)进行测量；-自动进行检验并且在时间上进行彼此参考。目标是明确测量方法之间的关联，并且借助不同物理测量值的组合以及数学关联，提高损坏分析的可靠性。在另一实施方式中，在现场设备上进行测量轴承电流传感器在运行期间“在线”持续监控轴承电流，并且在有利的实施方式中，也记录所选工作参数。通过轴承电流传感器生成下列附加值-在出现损坏前，及时识别到对于轴承电流关系重大的接地系统中损坏。通过测量轴承的振荡，就能够肯定地预言有威胁的损坏，并且在对于用户费用最佳的可接受的时刻执行维修措施。这样同样也能够识别到引入或者说检查轴承绝缘的必要性。轴承电流和轴承电压以及接地参量的测量也会引发损坏的识别。此类损坏的例子是磨损的接地电刷或者损坏的过滤元件。在出现损坏前，刚好识别到对于轴承电流关系重大的接地系统中的损坏或者从轴承电流方面来看接地系统中有害的改变。这样就能够预言有威胁的损坏，并且在对于用户可接受的时刻执行维修措施。根据轴承的工作参数和损坏，能够识别到一系列不利的轴承类型和轴承参数、机械和电气负载，并且在其它项目中避免这些不利因素。通过直方图(也可以是条形图)形式显示的特定的评估，能够区分不同类型的轴承电流。关于轴承电流的类型的认识实现了有针对性的、成本低廉的补救措施。轴承电流试验台通过从短时测量到长时测量的步骤(例如借助于在公开文献DE 102005027670中说明的测量方法)，并且通过结合机械参量的测量，避开迄今为止聚焦于初级电气参量以及相对较低的工作状态数量的不充分性。迄今为止的测量的问题在于，关于轴承的有威胁的损坏的轴承电流测量的低判定效力。这通过扩展的测量方法达到高判定效力，在测量方法中将不同的物理测量参量相互关联。通过这一新方法，现在能够明确识别到关联性并且能够通过数学方法可靠地对其进行评估。因此，能够通过自动的评估，避免机器上的损坏。例如在状态监控的框架下，在现场设备上进行的测量-在使用新技术的情况下，通过现场“在线”分析，识别接地系统上的改变或者损坏的接地系统的部件，这些改变或者损坏的部件能够消极影响轴承电流。根据迄今为止的方法，只有在由于产生噪声而损坏了轴承或者轴承失灵时，才能察觉到这些因素。通过新的测 量方法，实现了可靠的判定，举例来说，该判定预判例如电动机的失灵，并且在状态监控系统中如此进行评估，即能够将维修措施列入维护周期中。也能够进行趋势分析，该趋势分析实现在运行时间中系统恶化的识别，并且因此实现潜在失灵时刻的计算。这对于设备的成本或者说可用性有积极影响。特定的评估基于测得的轴承电流的直方图，能够区分轴承电流类型EDM、环路电流以及转子接地电流。其中，基于关于用于不同轴承电流类型的典型直方图分布的认识实现评估。不仅轴承电流试验台，还有在线诊断，都以此为基础，即在电动机上始终安装有轴承电流传感器或者轴承电压传感器。也可以有用于检测其它电气或者非电气参量(例如振荡)的其它传感器。在变流器运行中，通常使用例如用于电动机相的电流传感器和/或电压传感器，偶尔在电动机绕组中使用温度传感器。在轴承电流试验台中，同样能够使用或者选择机械参量，如轴承中的负载和负载分布。在电动机控制系统中，可以存在转速、转矩和其它参量。在轴承电流评估中会考虑到这些测量值。轴承电流评估装置能够设计为独立的部件，或者集成到电动机控制系统中。即便没有电动机控制，例如在没有变频器的情况下运行时，根据所显示的原理，仍然能够进行测量。在这种情况下，轴承电流评估单元直接与通向用户的接口进行通信。通向用户的该接口也能够集成于评估单元中。如果在考虑到更多机械或者其它参数的情况下投入运行时，轴承电流低于特定的阈值，则从“轴承电流方面”来看，已成功投入运行(Inbetriebnahme)。关于此，会有针对用户的显示。通向用户的接口中的该显示能够间接通过电动机控制系统或者直接由轴承电流评估单元启动。在超过阈值时，会通知投入运行方，以便能够进行补救措施。远程诊断同样能够与该构思集成为一体。为此，能够根据线路、通过无线电、通过玻璃纤维或者通过其它通信路径传输数据。在特别有利的实施方式中，用户能够通过控制指令，改变评估的类型，以细化分析。这是例如量程转换、测量过滤切换、每秒的测量数量、评估参数的改变(例如统计评估时的直方间隔宽度)。显示无需限制于是/否断言。也可以实行多级断言至图像统计评估。
接下来，根据实施例，阐述本发明。其中示出图I具有环路轴承电流的轴承的测量值的直方图；图2具有EDM (Electric Discharge Magnetic (放电磁))轴承电流的轴承的测量值的直方图；以及图3借助于轴承电流测量进行电动机诊断的方法的示意图。
具体实施方式
在图I和图2中，显示了上面说明的评估的直方图。对于特定轴承电流幅值间隔，显示每个时间单位的轴承电流的数量。在图I中，出现例如每秒450个轴承电流，该轴承电流具有在I. OA到I. 2A的范围内的幅值。环路轴承电流(Zirkulare Lagerstroeme)具有根据图I的直方图，该直方图在达到间隔(在此:1. 0 - I. 2A)内的最大频率后急剧下降。与此相反，如图2中不例性所不，EDM (Electric Discharge Machining (电火花加工))轴承电流(特别是电火花侵蚀)具有至较大的电流幅值的较大的散射或者说分散。测得的轴承电流的幅值示出相对于环路轴承电流，对于EDM轴承电流，具有至较大的电流幅值的明显较大的散射或者说分散。其中，通过恰当地基于事件的持续时间预处理测量数据，只考虑到具有电火花形成的轴承电流。例如可以如此识别该轴承电流，即只评估快于20ns的事件。能够根据测量结果，应用已知的补救措施。因此，借助于示意图，不仅能够预言有威胁的轴承的损坏，还能够检查轴承特性的可能的故障，之后能够排除这些故障，例如轴承中缺失的或者损坏的绝缘。典型的补救措施是过滤元件(Fi Iterelemente )、接地构思中的改变(例如通过改变屏蔽接触)、通过在接地系统中安装附加的电位均衡导体、改变导线长度、使用绝缘的电动机轴承和电桥接电动机轴承的轴接地电刷。同样能够安装进入发电机。在此,也会部分地出现轴承电流，其能够缩短轴承的使用寿命或者说减短维护间隔期。该方法在此类似。图3示出具有可能参与的部件的根据发明所述的方法的概况。轴承电流评估单元I监控电动机控制系统的工作状态21，并且在需要时，将其反馈给电动机控制系统22。电动机控制系统2自身控制并且调节31具有相关轴承的电动机3以及所属的传感器。其中，传感器能够将电动机参数32报告给电动机控制系统，并且将根据发明所述的方法的测量参量(轴承电流、轴承电压和其它测量参量)报告给轴承电流评估装置11。此外，能够提供用于用户的接口 4，既由电动机控制系统2自身，也由轴承电流评估单元I为该接口供应数据41。用户能够由此借助于控制指令42，52，根据需要控制电动机和评估单元。除了起动相位，使用该方法导出总体性的断言和极限值或者说阈值(轴承电流试验台和从关于轴承电流的场数据、工作状态以及可能的损坏得出的认识)是有利的。通过趋势断言，能够检测设备运行的改变。
权利要求
1.一种用于提前识别由于轴承电流的流动而在轴承内产生的损坏的方法，其特征在于: 在所述轴承运行(21)期间，根据轴承电流幅值，基于表征轴承电流的出现的至少一个测量参量的至少一个长时测量，产生评估(22，51);并且基于所述评估产生所述测量结果的显示；并且借助模式对比评估所述显示。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述测量参量是表征所述放电时间和放电振幅的参量，特别是下列参量中的一种轴承电流幅值、或者轴承电压、或者所述轴承电压的斜率、或者如电场或者电磁场的间接参量。
3.根据权利要求I或2所述的方法，其特征在于，在负载下在试验台上进行所述轴承的所述长时测量。
4.根据权利要求I或2所述的方法，其特征在于，在所述设备中进行所述轴承的所述长时测量。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于， 所述显示是图形显示，所述显示特别地具有直方图的形式。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于， 在电动机上始终安装有轴承电流传感器和/或轴承电压传感器。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于， 通过识别所述评估的所述显示中的特征模式，实现轴承上的潜在损坏的原因的所述检测。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于， 通过识别所述长时测量期间的所述显示中的所述模式的改变，形成所述原因的所述检测，特别是以趋势分析的形式。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于， 存在其它传感器，用于检测其它测量参量，特别是下列参数中的至少一项振荡、温度、电动机中的端子电压、润滑脂状态、电动机电流或者变流器参数。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于， 可能的损坏的所述检测在所述轴承投入运行时进行。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于， 通过远程询问询问所述测量数据。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于， 所述用户能够通过指令控制所述评估的类型，特别是量程、测量过滤、测量频率、评估参数和直方图间隔宽度的改变。
13.一种用于提前识别由于轴承电流的流动而在轴承内产生的损坏的装置，其特征在于 设置有在所述轴承运行期间，根据轴承电流幅值用于评估(I)表征轴承电流的出现的至少一个测量参量的至少一个长时测量的装置；以及用于基于所述评估产生测量结果的显示的装置；以及用于借助于模式对比评估所述显示的装置。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述测量参量是表征所述放电时间和振幅的参量，特别是下列参量中的一种所述轴承电流幅值、或者所述轴承电压、或者所述轴承电压的斜率、或者如所述电场或者电磁场的其它间接量。
15.根据权利要求13或14所述的装置，其特征在于， 在试验台上进行所述长时测量。
16.根据权利要求13或14所述的装置，其特征在于， 在所述设备中进行所述轴承的所述长时测量。
17.根据权利要求13至16中任一项所述的装置，其特征在于， 所述显示是图形显示，所述显示特别地具有直方图的形式。
18.根据权利要求13至17中任一项所述的装置，其特征在于， 电动机上的至少一个轴承电流传感器和/或轴承电压传感器。
19.根据权利要求13至18中任一项所述的装置，其特征在于， 用于通过识别所述评估的所述显示中的特征模式来检测潜在损坏的原因的装置。
20.根据权利要求13至19中任一项所述的装置，其特征在于， 用于检测其它测量参量的其它传感器，特别是用于振荡、温度、电动机中的端子电压、润滑脂状态、电动机电流或者变流器参数。
21.根据权利要求13至20中任一项所述的装置，其特征在于， 用于远程询问表征轴承电流的出现的测量参量的其它装置。
22.根据权利要求13至21中任一项所述的装置，其特征在于， 用于通过指令控制所述评估的所述类型的装置，特别是量程改变、测量过滤、测量频率、评估参数和直方图间隔宽度的改变。
全文摘要
本发明涉及一种测量方法和一种装置，其允许更好地评价关于相关轴承的潜在损坏的轴承电流。此外，还涉及一种适合于分析有害的轴承电流的原因的方法和装置。该目的通过一种用于提前识别由于轴承电流的流动而在轴承内产生的损坏的方法得以实现，该方法包括下列步骤在轴承运行期间，根据轴承电流幅值，基于表征轴承电流的出现的至少一个测量参量的至少一个长时测量，产生评估；以及基于该评估，产生测量结果的显示；并且基于模式识别，评估该显示。此外，该目的通过一种用于执行该方法的装置得以实现。
文档编号G01D3/08GK102782454SQ201080065145
公开日2012年11月14日 申请日期2010年3月1日 优先权日2010年3月1日
发明者卡斯滕·普罗博尔, 汉斯·蒂施曼彻, 约尔格·哈塞尔 申请人:西门子公司