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CH717054A2 - Procedure for diagnosing a bearing. - Google Patents

Procedure for diagnosing a bearing. Download PDF

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Publication number
CH717054A2
CH717054A2 CH00054/20A CH542020A CH717054A2 CH 717054 A2 CH717054 A2 CH 717054A2 CH 00054/20 A CH00054/20 A CH 00054/20A CH 542020 A CH542020 A CH 542020A CH 717054 A2 CH717054 A2 CH 717054A2
Authority
CH
Switzerland
Prior art keywords
bearing
frequency
defect
data
determined
Prior art date
Application number
CH00054/20A
Other languages
German (de)
Other versions
CH717054B1 (en
Inventor
Tanner Rudolf
Tanner Christine
Original Assignee
Mechmine Llc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mechmine Llc filed Critical Mechmine Llc
Priority to CH000054/2020A priority Critical patent/CH717054B1/en
Publication of CH717054A2 publication Critical patent/CH717054A2/en
Publication of CH717054B1 publication Critical patent/CH717054B1/en

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00Testing of machine parts
    • G01M13/04Bearings
    • G01M13/045Acoustic or vibration analysis

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

Ein erfindungsgemässes Verfahren zur Diagnose eines oder mehrerer Lager (10, 20) einer Maschine aus Vibrationsdaten eines Vibrationssensors umfasst das Erstellen und Einspeisen von digitalisierten Vibrationsdaten (46) in einen Prozessor (50). Im Prozessor (50) erfolgt eine Berechnung eines Frequenzspektrums aus den digitalisierten Vibrationsdaten (46). Das Frequenzspektrum wird in eine Mehrzahl von Frequenzbereichen unterteilt, wobei jeder der Frequenzbereiche eine Mehrzahl von Frequenzlinien umfasst. Aus den Frequenzlinien wird ein Datenvektor ermittelt, wobei aus jedem Datenvektor eine Signalstärke ermittelt wird, wobei die Signalstärke dem Lagerdefekt oder der Position des Lagers (10, 20) in der Maschine entspricht und daher eindeutig dem entsprechenden Lager (10, 20) der Maschine zugeordnet werden kann, sodass der Betriebszustand oder der Einbauort des Lagers (10, 20) in der Maschine zu jedem Zeitpunkt erfasst werden kann. Aus dem Datenvektor wird eine Kurve gebildet, wobei Polynomialkoeffizienten verwendet werden, welche die nicht-Linearität der Kurve beschreiben und Rückschlüsse auf den Typ und den Schweregrad eines Lagerdefektes zulassen.A method according to the invention for diagnosing one or more bearings (10, 20) of a machine from vibration data from a vibration sensor comprises the creation and feeding of digitized vibration data (46) into a processor (50). A frequency spectrum is calculated from the digitized vibration data (46) in the processor (50). The frequency spectrum is divided into a plurality of frequency ranges, each of the frequency ranges comprising a plurality of frequency lines. A data vector is determined from the frequency lines, a signal strength being determined from each data vector, the signal strength corresponding to the bearing defect or the position of the bearing (10, 20) in the machine and therefore clearly assigned to the corresponding bearing (10, 20) of the machine can be so that the operating state or the installation location of the bearing (10, 20) in the machine can be recorded at any time. A curve is formed from the data vector, using polynomial coefficients which describe the non-linearity of the curve and allow conclusions to be drawn about the type and severity of a bearing defect.

Description

Hintergrundbackground

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose eines Lagers, insbesondere eines Wälzlagers, Kugellagers, Rollenlagers. Das Verfahren kann beispielsweise in einem Getriebe, einer Pumpe, einem Ventilator oder einer anderen Maschine, die rotierende Bauteile enthält, verwendet werden. The present invention relates to a method for diagnosing a bearing, in particular a roller bearing, ball bearing, roller bearing. The method can be used, for example, in a gearbox, a pump, a fan or another machine that contains rotating components.

[0002] Defekte Lager können in der Praxis zu Produktionsunterbrüchen, Unfällen, Folgeschäden an Maschinen und Anlagen führen. Daher bestehen bereits jahrzehntelange Bestrebungen, einen bevorstehenden Lagerschaden zu detektieren, bevor überhaupt ein Defekt des Lagers eintreten kann. In practice, defective bearings can lead to production stoppages, accidents, and consequential damage to machines and systems. For this reason, efforts have been made for decades to detect impending bearing damage before a defect can even occur in the bearing.

[0003] Bewährte Massnahmen zur Erreichung einer hohen Zuverlässigkeit sind eine Überdimensionierung sowie altersbedingter und zunehmend auch zustandsabhängiger Austausch der Lager, wobei der Ersatz des Lagers frühzeitig erfolgen muss, um einen plötzlichen Ausfall des Lagers zu vermeiden. Proven measures to achieve a high level of reliability are oversizing and age-related and increasingly also condition-dependent replacement of the bearing, the replacement of the bearing must take place early in order to avoid a sudden failure of the bearing.

[0004] Bedingt durch die technische Entwicklung haben sich neue Möglichkeiten für die Diagnose, Kontrolle und Zustandsüberwachung derartiger Lager ergeben. Bezüglich der Rissprüfung von Lagern waren dies zum Beispiel optische, metallurgische, magnetische und radiologische Verfahren. Die Nachteile dieser Verfahren sind der De- und Montageaufwand, die mangelnde Zugänglichkeit, die beschränkte Aussagekraft (zum Beispiel zur Risstiefe) sowie eine Einschränkung des Zeitraums für die Diagnose, Kontrolle oder Überwachung auf Serviceintervalle. Due to the technical development, new possibilities for the diagnosis, control and condition monitoring of such bearings have arisen. With regard to the crack testing of bearings, these were, for example, optical, metallurgical, magnetic and radiological methods. The disadvantages of these methods are the dismantling and assembly costs, the lack of accessibility, the limited informative value (for example regarding the depth of the crack) and a limitation of the period for diagnosis, control or monitoring to service intervals.

[0005] Mittels Schwingungsmesstechnik ist heutzutage eine Überwachung von rotierenden Teilen einfach möglich und wird im Maschinenbau auch erfolgreich zur Überwachung der Schwingungsamplituden von Wälzlagern und Getrieben eingesetzt. By means of vibration measurement technology, monitoring of rotating parts is nowadays easily possible and is also used successfully in mechanical engineering to monitor the vibration amplitudes of roller bearings and gears.

Stand der TechnikState of the art

[0006] Aus der JP2009020090 A ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Zustandsdiagnose eines Kugellagers bekannt. Hierbei werden Vibrationen, welche im Betrieb des Kugellagers erzeugt werden, mittels eines Beschleunigungssensors detektiert. Die Vibrationssignale werden an eine Signalverarbeitungseinheit übermittelt und in ein digitales Signal konvertiert. Das Niveau des Frequenzspektrums wird mittels einer Frequenzanalyse bestimmt. Abnormale Vibrationsfrequenzen, die aus einem schadhaften Kugellagerteil stammen, werden aufgrund einer vorgegebenen mathematischen Beziehung ermittelt, wodurch das Niveau des Frequenzspektrums erhalten wird, welches zu der abnormalen Vibrationsfrequenz gehörig ist. Das derart ermittelte Niveau des Frequenzspektrums wird mit einem Schwellwert verglichen und abgeglichen, der individuell für jede Frequenz der Grundwelle mit der abnormalen Vibrationsfrequenz sowie deren Harmonischen vorgegeben wird, wobei deren Grösse bestimmt wird, sodass die Existenz einer Abnormalität eines Kugellagerteils feststellbar ist. From JP2009020090 A a method and a device for diagnosing the condition of a ball bearing is known. Vibrations that are generated during operation of the ball bearing are detected by means of an acceleration sensor. The vibration signals are transmitted to a signal processing unit and converted into a digital signal. The level of the frequency spectrum is determined by means of a frequency analysis. Abnormal vibration frequencies resulting from a defective ball bearing part are determined on the basis of a predetermined mathematical relationship, whereby the level of the frequency spectrum which is associated with the abnormal vibration frequency is obtained. The level of the frequency spectrum determined in this way is compared and compared with a threshold value which is specified individually for each frequency of the fundamental wave with the abnormal vibration frequency and its harmonics, the size of which is determined so that the existence of an abnormality of a ball bearing part can be determined.

[0007] In einer Weiterbildung dieses Verfahrens gemäss JP2009020090 A wird gemäss US2014214363 A1 anstatt eines Schwellwerts ein Datenset aus einer Datenbank verwendet, welche die Angaben für die Frequenzen charakteristischen Vibrationen einer Mehrzahl von Lagerherstellen enthält, insbesondere auch Angaben über die Fehlerfrequenzen der Vibrationen, die auftreten, wenn ein bestimmter Lagerdefekt auftritt. Diese Angaben über die Fehlerfrequenzen können von den Herstellern der Lager stammen oder können während des Betriebs des Lagers ermittelt werden und in einer Speichereinheit abgespeichert werden. Die Angaben über die Fehlerfrequenzen der Vibrationen verschiedener Hersteller liegen in der Datenbank für die bekannten Lagerfehlerfrequenztypen vor. Diese Lagerfehlerfrequenztypen umfassen daher die Fehlerfrequenzen für einen Aussenschalenlagerfehler, einen Innenschalenlagerfehler, einen Käfigfehler oder einen Wälzkörperfehler. In der Datenbank sind diese Lagerfehlerfrequenzen für verschiedene Hersteller, für verschiedene Lagerarten und für verschiedene Einbaustellen der Lager in der betreffenden Maschine abgelegt. In a further development of this method according to JP2009020090 A, according to US2014214363 A1, instead of a threshold value, a data set from a database is used which contains the information for the frequencies of characteristic vibrations of a plurality of bearing manufacturers, in particular information on the error frequencies of the vibrations that occur when a certain bearing defect occurs. This information about the error frequencies can come from the manufacturers of the bearings or can be determined during operation of the bearing and stored in a memory unit. The information on the error frequencies of the vibrations from different manufacturers is available in the database for the known types of bearing error frequency. These bearing error frequency types therefore include the error frequencies for an outer shell bearing error, an inner shell bearing error, a cage error or a rolling element error. These bearing error frequencies for different manufacturers, for different types of bearings and for different mounting locations of the bearings in the relevant machine are stored in the database.

[0008] Mit dem Messverfahren gemäss US2014214363 A1 kann also die Einbaustelle eines Lagers eines bestimmten Herstellers ermittelt werden, wenn der Lagerhersteller bekannt ist. Wenn die Einbaustelle des Lagers bekannt ist, kann umgekehrt ermittelt werden, welches Lager von welchem Hersteller an einer bestimmten Einbaustelle verbaut worden ist. Mit dem Messverfahren kann auch ermittelt werden, welches Lager der Maschine einen Defekt aufweist, indem die gemessenen Frequenzbereiche mit den von den Herstellern angegebenen Frequenzbereichen überlagert und damit verglichen werden. Hierzu werden zu jedem Frequenzbereich die maximalen Vibrationsamplituden ermittelt und mit den entsprechenden Frequenzbereichen der verschiedenen Hersteller verglichen. Die Frequenzbereiche, welche die grösste Übereinstimmung aufweisen, haben auch die höchste Vibrationsamplitude. Daher lässt sich auf diese Weise die Einbaustelle eines schadhaften Lagers eines bestimmten Herstellers auf der Maschine identifizieren oder bei bekannter Einbaustelle jedes schadhafte Lager jedes Herstellers identifizieren. With the measuring method according to US2014214363 A1, the installation location of a bearing from a specific manufacturer can be determined if the bearing manufacturer is known. Conversely, if the installation location of the bearing is known, it can be determined which bearing has been installed by which manufacturer at a specific installation location. The measuring method can also be used to determine which bearing of the machine has a defect by superimposing the measured frequency ranges on the frequency ranges specified by the manufacturers and comparing them with them. For this purpose, the maximum vibration amplitudes are determined for each frequency range and compared with the corresponding frequency ranges of the various manufacturers. The frequency ranges that show the greatest agreement also have the highest vibration amplitude. In this way, the installation point of a defective bearing from a specific manufacturer can be identified on the machine or, if the installation point is known, each defective bearing from each manufacturer can be identified.

[0009] Abschliessend beschreibt US2018/0347548A1 ein Verfahren, gemäss welchem die Amplituden von Lagerdefektfrequenzen und deren Harmonische verwendet werden, um ein Anstieg der Signalenergie zu ermitteln, um daraus einen Defektfaktor zu berechnen. Der Defektfaktor wird mit einem Schwellwert, empirisch ermittelt, verglichen um auf den Lagerzustand zu schliessen. Verfahren, zum Vergleich einer Signalenergie oder einer Amplitude mit Schwellwerten sind weit verbreitet, da eine Signalanalyse einfach zu bewerkstelligen ist. Die vorliegende Erfindung basiert auf dem Muster der Verteilung der Signalenergie oder Amplitude und nicht einer Korrelation zwischen Defektfrequenzen und Signalenergie. Finally, US2018 / 0347548A1 describes a method according to which the amplitudes of bearing defect frequencies and their harmonics are used to determine an increase in the signal energy in order to calculate a defect factor therefrom. The defect factor is empirically determined with a threshold value, in order to infer the state of the bearing. Methods for comparing a signal energy or an amplitude with threshold values are widespread, since a signal analysis can be carried out easily. The present invention is based on the pattern of distribution of signal energy or amplitude and not a correlation between defect frequencies and signal energy.

[0010] Bei der Zustandsüberwachung (condition monitoring) und der Zustandsvorhersage (predictive maintenance) von Wälz-, Rollen- oder Kugellagern werden somit Vibrationssignale verwendet. Mittels eines Beschleunigungssensors, z.B. piezo- oder MEMS- basiert, der idealerweise nahe an einem Lager angebracht ist, werden die Vibrationssignale aufgenommen und als analoges elektrisches Signal einer Digitalisierungseinheit zugeführt. Das so digitalisierte Vibrationssignal wird anschliessend mittels einer Fourier-Analyse (FFT) in seine Frequenzteile zerlegt. Das resultierende Frequenzspektrum dient der Analyse, ob ein Defekt im Lager vorliegt. Ein Lagerhersteller stellt die Frequenzen zur Verfügung, welche auf einen Lagerdefekt hinweisen. Ein Lagerdefekt kann diagnostiziert werden, wenn ein Spitzenwert oder Peak an der vom Lagerhersteller angegeben Frequenz zu finden ist. Die relevanten Lagerdefektfrequenzen sind on-line auf einer Herstellerwebsite des Lagerherstellers zu finden. Diese Lagerdefektfrequenzen können auch bei Kenntnis der Lagergeometrie, Durchmesser und Anzahl Wälzkörper für das Lager berechnet werden, aber diese Lagerherstellerinformationen liegen nicht immer vor. Unter einem Peak wird nachfolgend ein Spitzenwert, insbesondere ein lokaler Spitzenwert in einer Datenreihe verstanden. In the condition monitoring (condition monitoring) and the condition prediction (predictive maintenance) of rolling, roller or ball bearings, vibration signals are thus used. By means of an acceleration sensor, e.g. piezo or MEMS-based, which is ideally attached to a bearing, the vibration signals are recorded and fed as an analog electrical signal to a digitizing unit. The vibration signal digitized in this way is then broken down into its frequency parts by means of a Fourier analysis (FFT). The resulting frequency spectrum is used to analyze whether there is a defect in the bearing. A bearing manufacturer provides the frequencies that indicate a bearing defect. A bearing defect can be diagnosed if a peak is found at the frequency specified by the bearing manufacturer. The relevant bearing defect frequencies can be found online on a manufacturer website of the bearing manufacturer. These bearing defect frequencies can also be calculated for the bearing if the bearing geometry, diameter and number of rolling elements are known, but this bearing manufacturer information is not always available. In the following, a peak is understood to mean a peak value, in particular a local peak value in a data series.

[0011] Man unterscheidet üblicherweise zwischen vier Typen von Lagerdefektfrequenzen: Wälzkörper, Käfig, Innenlagerschale oder Aussenlagerschale, siehe hierzu auch Fig. 3. A distinction is usually made between four types of bearing defect frequencies: rolling elements, cages, inner bearing shells or outer bearing shells, see also FIG. 3 in this regard.

[0012] Lagerdefektfrequenz, ermittelt für die Aussenlagerschale BPFO = ballpass frequency, outer race Lagerdefektfrequenz, ermittelt für die Innenlagerschale BPFI = ballpass frequency, inner race Lagerdefektfrequenz des Lagerkäfigs FTF = fundamental train frequency, cage speed Lagerdefektfrequenz des Wälzkörpers BSF = Ball (roller) spin frequency wobei: n Anzahl der Kugeln, Rollen oder Wälzkörper des Lagers fr Drehfrequenz der Welle in [1/s] d Kugeldurchmesser [m] D mittlerer Kugelbahndurchmesser [m] ϕ Lagerkontaktwinkel [-] Bearing defect frequency, determined for the outer bearing shell BPFO = ballpass frequency, outer race bearing defect frequency, determined for the bottom bracket shell BPFI = ballpass frequency, inner race bearing defect frequency of the bearing cage FTF = fundamental train frequency, cage speed bearing defect frequency of the rolling element BSF = Ball (roller) spin frequency where: n number of balls, rollers or rolling elements of the bearing for rotational frequency of the shaft in [1 / s] d ball diameter [m] D mean ball track diameter [m] ϕ bearing contact angle [-]

[0013] Ein Experte kann anhand des Frequenzspektrums und der Lagerdefektfrequenzen visuell feststellen, ob ein Lagerdefekt vorliegt. Hierfür schaut er sich das Frequenzspektrum an, wie es beispielsweise in Fig. 1 gezeigt ist, und vergleicht die Position der Peaks im Frequenzspektrum mit den für jeden der oben genannten Defekte charakteristischen Lagerdefektfrequenzen. Wenn die Peaks an den Positionen einer der für den entsprechenden Defekt typischen Lagerdefektfrequenzen liegen, dann liegt vermutlich der entsprechende Defekt im Lager vor. An expert can use the frequency spectrum and the bearing defect frequencies to visually determine whether there is a bearing defect. To do this, he looks at the frequency spectrum, as shown for example in FIG. 1, and compares the position of the peaks in the frequency spectrum with the bearing defect frequencies characteristic of each of the above-mentioned defects. If the peaks are at the positions of one of the bearing defect frequencies typical for the corresponding defect, then the corresponding defect is presumably present in the bearing.

[0014] Bei der automatisierten Lagerdefektüberwachung führt ein Computerprogramm dieselbe Analyse durch, die ein Experte macht, aber ohne über dessen Interpretationsvermögen zu verfügen. Die aktuellen Lagerdefektfrequenzen müssen aus den vom Hersteller angegebenen Lagerdefektfrequenzen abgeleitet werden. Diese sind auf 60 RPM bzw. 1 Hz normiert, daher skaliert man diese mit der Drehzahl. Beim Aussenlagerschalendefekt ist dies BPFO' = BPFO * RPM/60. Weil beim Aussenlagerschalendefekt nur die harmonischen Frequenzen relevant sind, ergeben sich die relevanten Lagerdefektfrequenzen für einen Aussenlagerschalendefekt zu: BPFO', 2* BPFO' und 3* BPFO'. In the automated bearing defect monitoring, a computer program performs the same analysis that an expert does, but without his ability to interpret. The current bearing defect frequencies must be derived from the bearing defect frequencies specified by the manufacturer. These are normalized to 60 RPM or 1 Hz, so they are scaled with the speed. If the outer bearing shell is defective, this is BPFO '= BPFO * RPM / 60. Because only the harmonic frequencies are relevant for an outer bearing shell defect, the relevant bearing defect frequencies for an outer bearing shell defect are: BPFO ', 2 * BPFO' and 3 * BPFO '.

[0015] Das Computerprogramm vergleicht nun, ob signifikante Peaks im Frequenzspektrum an den vorgegebenen (relevanten) Lagerdefektfrequenzen vorhanden sind, oder misst die Stärke der Peaks oder gibt deren Schwinggeschwindigkeitswert aus. Je nach Signalstärke wird das Lager, z.B. für RMS Werte gemäss der Norm ISO-10816-3, dann als unbedenklich, auffällig, defekt oder kritisch, eingestuft. Analog zu dieser Bewertung wird vom Computerprogramm ein Bericht über den Zustand des Lagers bereitgestellt oder eine Empfehlung für einen Servicetechniker erstellt. The computer program now compares whether there are significant peaks in the frequency spectrum at the specified (relevant) bearing defect frequencies, or measures the strength of the peaks or outputs their vibration velocity value. Depending on the signal strength, the bearing is then classified as harmless, conspicuous, defective or critical, e.g. for RMS values according to the ISO-10816-3 standard. Analogous to this assessment, the computer program provides a report on the condition of the warehouse or makes a recommendation for a service technician.

[0016] Die Qualität einer automatisierten Lagerdefektüberwachung hängt demnach massgeblich von der Qualität der Herstellerangaben über die relevanten Lagerdefektfrequenzen ab. Dabei gibt es mehrere Fehlerquellen, welche die Genauigkeit oder Korrektheit dieser Lagerdefektfrequenzen beeinflussen oder gar beeinträchtigen können: Vom Lagerhersteller gelieferte Frequenzen sind falsch oder ungenau. Die aktuellen Lagereigenfrequenzen stimmen nicht mehr mit den Lagerdefektfrequenzen überein, beispielsweise aufgrund von Abnutzung oder Alterungsprozessen, welche die Lagergeometrie verändern. Ein ungenauer oder falscher Messwert einer Drehzahlmessung führt dazu, dass die gesuchten Lagerdefektfrequenzen an einem anderen Ort im Frequenzspektrum zu liegen kommen.The quality of an automated bearing defect monitoring therefore depends largely on the quality of the manufacturer's information on the relevant bearing defect frequencies. There are several sources of error that influence or even impair the accuracy or correctness of these bearing defect frequencies: Frequencies supplied by the bearing manufacturer are incorrect or inaccurate. The current natural frequencies of the bearings no longer match the frequencies of the bearing defects, for example due to wear and tear or aging processes that change the bearing geometry. An inaccurate or incorrect measured value of a speed measurement leads to the bearing defect frequencies being sought at a different location in the frequency spectrum.

[0017] Derartige Fehlerquellen können mittels der vorbekannten Computerprogramme nicht identifiziert werden, da diese Computerprogramme solche Abweichungen nicht automatisch erkennen und korrigieren, wohingegen ein geschulter Experte diese Abweichungen bei der visuellen Analyse erkennt. Such sources of error cannot be identified by means of the previously known computer programs, since these computer programs do not automatically recognize and correct such deviations, whereas a trained expert recognizes these deviations during visual analysis.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

[0018] Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu entwickeln, welches mit altersbedingten oder durch ungenaue Messwerte verursachten Frequenzabweichungen umgehen kann, sodass die Ausgabe fehlerhafter Messwerte bzw. Empfehlungen verhindert werden kann. It is the object of the invention to develop a method which can deal with age-related frequency deviations or frequency deviations caused by inaccurate measured values, so that the output of incorrect measured values or recommendations can be prevented.

[0019] Hiermit ist es möglich, Lagerdefekte für jedes beliebige Lager frühzeitig festzustellen, sodass ein Versagen des Lagers mit hoher Zuverlässigkeit vermieden werden kann. This makes it possible to determine bearing defects for any bearing at an early stage, so that failure of the bearing can be avoided with a high degree of reliability.

[0020] Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Überwachung oder Zustandsdiagnose eines Lagers bereitzustellen, welche ermöglicht, einen Defekt bereits zu erkennen, bevor es bei einer weiteren Belastung zu einem möglichen Versagen des Lagers kommen kann. A further object of the invention is to provide a device for monitoring or diagnosing the condition of a bearing, which makes it possible to detect a defect before a possible failure of the bearing can occur in the event of a further load.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

[0021] Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch ein Verfahren Diagnose eines Lagers gemäss Anspruch 1. Vorteilhafte Ausführungsbeispiele des Verfahrens sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 13. Eine bevorzugte Verwendung des Verfahrens ist Gegenstand des Anspruchs 14. The object of the invention is achieved by a method of diagnosing a bearing according to claim 1. Advantageous exemplary embodiments of the method are the subject matter of claims 2 to 13. A preferred use of the method is the subject matter of claim 14.

[0022] Wenn der Begriff „beispielsweise“ in der nachfolgenden Beschreibung verwendet wird, bezieht sich dieser Begriff auf Ausführungsbeispiele und/oder Ausführungsformen, was nicht notwendigerweise als eine bevorzugtere Anwendung der Lehre der Erfindung zu verstehen ist. In ähnlicher Weise sind die Begriffe „vorzugsweise“, „bevorzugt“ zu verstehen, indem sie sich auf ein Beispiel aus einer Menge von Ausführungsbeispielen und/oder Ausführungsformen beziehen, was nicht notwendigerweise als eine bevorzugte Anwendung der Lehre der Erfindung zu verstehen ist. Dementsprechend können sich die Begriffe „beispielsweise“, „vorzugsweise“ oder „bevorzugt“ auf eine Mehrzahl von Ausführungsbeispielen und/oder Ausführungsformen beziehen. If the term “for example” is used in the following description, this term relates to exemplary embodiments and / or embodiments, which is not necessarily to be understood as a more preferred application of the teaching of the invention. The terms “preferably”, “preferred” are to be understood in a similar manner by referring to an example from a set of exemplary embodiments and / or embodiments, which is not necessarily to be understood as a preferred application of the teaching of the invention. Accordingly, the terms “for example”, “preferably” or “preferred” can relate to a plurality of exemplary embodiments and / or embodiments.

[0023] Die nachfolgende detaillierte Beschreibung enthält verschiedene Ausführungsbeispiele für das erfindungsgemässe Verfahren sowie die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Überwachung oder Zustandsdiagnose eines Lagers. Die Beschreibung einer bestimmten Vorrichtung eines bestimmten Verfahrens ist nur als beispielhaft anzusehen. In der Beschreibung und den Ansprüchen werden die Begriffe „enthalten“, „umfassen“, „aufweisen“ als „enthalten, aber nicht beschränkt auf“ interpretiert. The following detailed description contains various exemplary embodiments for the method according to the invention and the device according to the invention for monitoring or diagnosing the condition of a bearing. The description of a specific device of a specific method is only to be regarded as an example. In the description and claims, the terms “contain”, “comprise”, “have” are interpreted as “including, but not limited to”.

[0024] Unter dem Begriff „Verfahren zur Diagnose“ kann auch ein Verfahren zur Überwachung oder ein Verfahren zur Zustandsdiagnose des Lagers verstanden werden. Die nachstehenden Merkmale können somit auf jedes der genannten Verfahren zutreffen. The term “method for diagnosis” can also be understood to mean a method for monitoring or a method for condition diagnosis of the bearing. The following characteristics can therefore apply to any of the processes mentioned.

[0025] Ein Verfahren zur Diagnose eines Lagers einer Maschine umfasst eine Aufnahme von Vibrationsdaten durch einen am oder in der Nähe des Lagers angebrachten Vibrationssensor, wobei die Vibrationsdaten charakteristisch für das Betriebsverhalten des Lagers sind, Einspeisen der Vibrationsdaten in eine Digitalisierungseinheit zur Digitalisierung der Vibrationsdaten und Erstellen von digitalisierten Vibrationsdaten, Einspeisen der digitalisierten Vibrationsdaten in einen Prozessor, wobei im Prozessor eine Berechnung von Frequenzspektren aus den digitalisierten Vibrationsdaten erfolgt. Insbesondere kann der Prozessor eine FFT (Fast-Fourier Transformation) oder ein Hüllkurvenspektrum aus Spannungs-, Strom-, Beschleunigungs- oder Schwinggeschwindigkeitsmesswerten zur Berechnung des Frequenzspektrums ausführen. A method for diagnosing a bearing of a machine comprises a recording of vibration data by a vibration sensor attached to or in the vicinity of the bearing, the vibration data being characteristic of the operating behavior of the bearing, feeding the vibration data into a digitizing unit for digitizing the vibration data and Creating digitized vibration data, feeding the digitized vibration data into a processor, with frequency spectra being calculated from the digitized vibration data in the processor. In particular, the processor can perform an FFT (Fast Fourier Transformation) or an envelope spectrum from voltage, current, acceleration or vibration velocity measurement values to calculate the frequency spectrum.

[0026] Das Frequenzspektrum wird in eine Mehrzahl von Frequenzbereichen 1 bis N unterteilt, wobei jeder der Frequenzbereiche 1 bis N eine Mehrzahl von Frequenzlinien 1 bis K umfasst. The frequency spectrum is divided into a plurality of frequency ranges 1 to N, each of the frequency ranges 1 to N comprising a plurality of frequency lines 1 to K.

[0027] In Fig.1 ist ein Frequenzspektrum mit N=9 Frequenzbereichen gezeigt, der Grundfrequenz (4) und 2 Harmonischen (5) und (6) und Seitenbändern (8). Ausschnitt (7) in Fig.4 zeigt ±15 Frequenzlinien, d.h. K=31, um den Frequenzbereich (6), wobei der Frequenzunterschied zwischen zwei Frequenzlinien der Auflösung der FFT entspricht. Zu jeder der K Frequenzlinien wird ein Datenvektor mit N Elementen ermittelt, sodass zu den N Frequenzbereichen K Datenvektoren erhalten werden, wobei aus jedem der K Datenvektoren eine Signalstärke ermittelt wird, wobei aus den Signalstärken eine Kurve gebildet wird, die mittels eines Polynoms beschrieben werden kann und deren nicht-Linearität, ermittelt durch die Beurteilung der Höhe der einzelnen Polynomialkoeffizienten und deren Verhältnisse zueinander, Aussagen über den Lagerdefekt und dessen Grösse zulassen, sodass diese K Signalstärken Aussagen über den Lagerdefekt zulassen oder der Position des Lagers in der Maschine entsprechen und daher eindeutig dem entsprechenden Lager der Maschine zugeordnet werden können, sodass der Betriebszustand oder der Einbauort des Lagers in der Maschine zu jedem Zeitpunkt erfasst werden kann. Aus dem Datenvektor wird somit eine Kurve gebildet, wobei die Polynomialkoeffizienten verwendet werden, welche die nicht-Linearität der Kurve beschreiben und Rückschlüsse auf den Typ und den Schweregrad eines Lagerdefektes zulassen. In Figure 1, a frequency spectrum with N = 9 frequency ranges is shown, the fundamental frequency (4) and 2 harmonics (5) and (6) and sidebands (8). Section (7) in Fig. 4 shows ± 15 frequency lines, i.e. K = 31, around the frequency range (6), whereby the frequency difference between two frequency lines corresponds to the resolution of the FFT. A data vector with N elements is determined for each of the K frequency lines, so that K data vectors are obtained for the N frequency ranges, a signal strength being determined from each of the K data vectors, a curve being formed from the signal strengths which can be described by means of a polynomial and their non-linearity, determined by assessing the level of the individual polynomial coefficients and their relationships to one another, allow statements about the bearing defect and its size, so that these K signal strengths allow statements about the bearing defect or correspond to the position of the bearing in the machine and therefore unambiguously can be assigned to the corresponding bearing of the machine so that the operating status or the installation location of the bearing in the machine can be recorded at any time. A curve is thus formed from the data vector, the polynomial coefficients being used, which describe the non-linearity of the curve and allow conclusions to be drawn about the type and severity of a bearing defect.

[0028] Insbesondere entspricht die Kennlinie der Signalstärke dem Lagerdefekt. In particular, the characteristic curve of the signal strength corresponds to the bearing defect.

[0029] Moderne Prozessoren verarbeiten Daten effizient, wenn sie als Arrays (Reihe, Sequenz), sequentiell im Speicher, vorliegen. Ein Array (im Syntax von C, Pascal, Python etc.) kann eindimensional oder mehrdimensional sein. Unter einem Datenvektor wird in der vorliegenden Anmeldung ein eindimensionaler Array verstanden, wobei der Datenvektor eine Mehrzahl von (Amplituden)-Werten aus einem Fourier-Frequenzspektrum enthält. Ein mehrdimensionaler Array wird als Matrix bezeichnet. Ein Datenvektor muss mehrere Frequenzwerte beinhalten und nicht nur einen skalaren (Amplituden)-Wert. Zudem muss erfindungsgemäss eine Mehrzahl von Datenvektoren vorgesehen werden, d.h. N>1 und K>1, damit Amplitudenvariationen, hervorgerufen durch Rauschen oder impulsive Störfrequenzen, minimiert werden können. K kann hierbei maximal 1024 betragen. N kann maximal 256 betragen. Modern processors process data efficiently when they are present as arrays (row, sequence), sequentially in the memory. An array (in the syntax of C, Pascal, Python etc.) can be one-dimensional or multi-dimensional. In the present application, a data vector is understood to be a one-dimensional array, the data vector containing a plurality of (amplitude) values from a Fourier frequency spectrum. A multi-dimensional array is called a matrix. A data vector must contain several frequency values and not just one scalar (amplitude) value. In addition, according to the invention, a plurality of data vectors must be provided, i.e. N> 1 and K> 1, so that amplitude variations caused by noise or impulsive interference frequencies can be minimized. K can be a maximum of 1024. N can be a maximum of 256.

[0030] Es ist dem Fachmann bekannt, dass eine Zuordnung, wie oben erwähnt, am einfachsten mittels eines Vergleichs der Signalstärken möglich ist. Es ist dem Fachmann auch bekannt, dass der Betriebszustand oder der Einbauort des Lagers zu jedem Zeitpunkt erfasst werden kann. Je grösser die Signalstärke, desto wahrscheinlicher ist die Wahl der korrekten Zuordnung, in Analogie zum maximumlikelihood (ML) Verfahren, welches dem Fachmann an sich bekannt ist und an dieser Stelle beispielhaft für ähnliche Verfahren genannt werden soll. It is known to the person skilled in the art that an assignment, as mentioned above, is most easily possible by means of a comparison of the signal strengths. It is also known to the person skilled in the art that the operating state or the installation location of the bearing can be recorded at any point in time. The greater the signal strength, the more likely it is that the correct assignment will be selected, in analogy to the maximum likelihood (ML) method, which is known per se to the person skilled in the art and should be mentioned here as an example for similar methods.

[0031] Insbesondere kann ein Index in jedem Frequenzbereich bestimmt werden und ein zu diesem Index gehöriger Amplitudenwert ermittelt werden. Ein Index entspricht der Position eines Elements in einem Datenvektor mit K Elementen. Der Index der grössten der K Signalstärken kann als optimaler Index bezeichnet werden und kann Rückschlüsse auf die effektiven Positionen der Lagerdefektfrequenzen zulassen. In particular, an index can be determined in each frequency range and an amplitude value associated with this index can be determined. An index corresponds to the position of an element in a data vector with K elements. The index of the greatest of the K signal strengths can be referred to as the optimal index and can allow conclusions to be drawn about the effective positions of the bearing defect frequencies.

[0032] Der Vibrationssensor kann insbesondere als Beschleunigungssensor oder Geschwindigkeitssensor ausgebildet sein. The vibration sensor can in particular be designed as an acceleration sensor or speed sensor.

[0033] Das Frequenzspektrum wird somit in mehrere Frequenzbereiche eingeteilt. Ein Frequenzbereich ist ein Bereich im Spektrum, welcher sich um eine Grundfrequenz oder Harmonische oder ein Seitenband erstreckt. Der Frequenzbereich umfasst eine Mehrzahl von Frequenzlinien. Ein BPFO-Defekt hat beispielsweise drei Frequenzbereiche, ein BPFI-Defekt hat beispielsweise neun Frequenzbereiche. Die drei Frequenzbereiche des BPFO Defekts bestehen aus der Grundfrequenz und zwei Harmonischen. Die neun Frequenzbereiche des BPFI- Defekts bestehen aus der Grundfrequenz, zwei Harmonischen und je einem Seitenband. Ein Frequenzbereich kann beispielsweise 31 Frequenzlinien (±15 + 1) beinhalten. Beispielsweise entspricht für die Grundfrequenz die Frequenzlinie mit Index -15 bei der ersten Harmonischen der Frequenzlinie mit dem Index -30, weil die erste Harmonische eine doppelt so hohe Frequenz aufweist wie die Grundfrequenz. Ausgehend von Index -15 der ersten Grundfrequenz bzw. dessen Frequenzbereich, werden alle 9 Amplitudenwerte, einer pro Frequenzbereich im Fall des vorliegenden BPFI Beispiels, in einem Datenvektor zusammengefasst, z.B. gemäss Fig. 5 und Fig. 6 aufaddiert, und daraus ein Messwert gebildet. Daraus ergeben sich in diesem Beispiel 31 Messwerte. Wenn man dann alle 31 Messwerte auf diese Weise berechnet hat, erkennt man, welcher Messwert den höchsten Wert aufweist, sowie dessen zugehörige Position. Die Position entspricht hierbei dem Index der Frequenzlinie mit dem grössten Wert bezogen auf den Frequenzbereich. Diese Position kann als die optimale Position innerhalb eines jeden Frequenzbereiches angesehen werden. The frequency spectrum is thus divided into several frequency ranges. A frequency range is a range in the spectrum that extends around a fundamental frequency or harmonics or a sideband. The frequency range comprises a plurality of frequency lines. A BPFO defect has three frequency ranges, for example, a BPFI defect has nine frequency ranges, for example. The three frequency ranges of the BPFO defect consist of the fundamental frequency and two harmonics. The nine frequency ranges of the BPFI defect consist of the basic frequency, two harmonics and one sideband each. A frequency range can contain, for example, 31 frequency lines (± 15 + 1). For example, for the fundamental frequency, the frequency line with index -15 for the first harmonic corresponds to the frequency line with index -30, because the first harmonic has a frequency that is twice as high as the fundamental frequency. Starting from index -15 of the first fundamental frequency or its frequency range, all 9 amplitude values, one per frequency range in the case of the present BPFI example, are combined in a data vector, e.g. added up according to Fig. 5 and Fig. 6, and a measured value is formed from them. This results in 31 measured values in this example. If you have then calculated all 31 measured values in this way, you can see which measured value has the highest value and its corresponding position. The position corresponds to the index of the frequency line with the highest value in relation to the frequency range. This position can be viewed as the optimal position within any frequency range.

[0034] Wenn kein Lagerdefekt vorliegt, dann sind die über N Frequenzbereiche gemittelten K Messwerte in ihrem Wert ähnlich, weil es sich um Rauschen handelt und nicht um ein Signal welches durch eine Anregung bzw. Eigenfrequenz hervorgerufen wird. If there is no bearing defect, then the K measured values averaged over N frequency ranges are similar in value because it is noise and not a signal which is caused by an excitation or natural frequency.

[0035] Dann kann beispielsweise ein Polynom P-ten Grades basierend auf allen Messwerten berechnet werden. Der Lagerdefekt wir über die Betrachtung dieses Polynoms beurteilt. Hierzu wird das Polynom mit einer linearen Kennlinie verglichen. Wenn die Abweichung zwischen dem Polynom und der linearen Kennlinie einen Schwellwert überschreitet, wird diese Abweichung als Lager- oder Getriebedefekt interpretiert. Dieses Verfahren hat den grossen Vorteil, dass es robuster ist als der etablierte Vergleich von Amplitudenwerten mit Schwellwerten, und automatisiert werden kann, d.h. kein Schwingungsexperte die Messwerte begutachten muss. Then, for example, a polynomial of the P th degree can be calculated based on all measured values. The bearing defect is assessed by considering this polynomial. For this purpose, the polynomial is compared with a linear characteristic. If the deviation between the polynomial and the linear characteristic curve exceeds a threshold value, this deviation is interpreted as a bearing or gearbox defect. This method has the great advantage that it is more robust than the established comparison of amplitude values with threshold values and can be automated, i.e. no vibration expert has to assess the measured values.

[0036] Gemäss einem Ausführungsbeispiel kann ein Vergleich der Frequenzspektren des Lagers mit einer Mehrzahl von Fehlerfrequenzspektren beispielsweise unterschiedlicher Lagerhersteller erfolgen. Die Fehlerfrequenzspektren können in einer Datenbank gespeichert sein. Die Fehlerfrequenzspektren können unterschiedlichen Lagerdefekten eindeutig zugeordnet sein. According to one exemplary embodiment, the frequency spectra of the bearing can be compared with a plurality of error frequency spectra, for example from different bearing manufacturers. The error frequency spectra can be stored in a database. The error frequency spectra can be clearly assigned to different bearing defects.

[0037] Nach einem Ausführungsbeispiel wird ein erweitertes Messfenster für jede Frequenzlinie ermittelt, welches mehrere nebeneinander liegende Frequenzlinien berücksichtigt. Insbesondere kann das erweiterte Messfenster aus mehreren nebeneinander liegenden Frequenzlinien bestehen. Beim erweiterten Messfenster wird dann nicht nur eine Frequenzlinie pro Frequenzband im Datenvektor berücksichtigt, sondern 3, 5, 7 Frequenzlinien oder bis zu 5% der Frequenzlinien, bezogen auf eine gewählte höchste Frequenz im Frequenzspektrum. Die nebeneinander liegenden Frequenzlinien werden wie eine einzige Frequenzlinie betrachtet und angewendet. Dadurch erweitert sich jeder Frequenzbereich im selben Verhältnis wie sich die Breite des Messfensters erhöht. Durch die Verwendung eines erweiterten Messfensters vergrössert sich die Länge das Datenvektors mit K Elementen proportional zu der Anzahl der zusätzlich berücksichtigten Frequenzlinien. According to one embodiment, an expanded measurement window is determined for each frequency line, which takes into account several frequency lines lying next to one another. In particular, the expanded measurement window can consist of several frequency lines lying next to one another. With the extended measurement window, not only one frequency line per frequency band is taken into account in the data vector, but 3, 5, 7 frequency lines or up to 5% of the frequency lines, based on a selected highest frequency in the frequency spectrum. The adjacent frequency lines are viewed and applied as a single frequency line. As a result, each frequency range expands in the same proportion as the width of the measurement window increases. By using an extended measurement window, the length of the data vector with K elements increases proportionally to the number of additionally considered frequency lines.

[0038] Nach einem Ausführungsbeispiel wird zur Ermittlung der Signalstärken, wie beispielsweise in Fig. 2 und Fig. 5 dargestellt, ein Suchverfahren für Signalstärken verwendet. According to one embodiment, a search method for signal strengths is used to determine the signal strengths, as shown for example in FIGS. 2 and 5.

[0039] Die Signalstärken können ein oder mehrere Elemente aus der Gruppe der SNR, FNR (faultfrequency-to-noise ratio), Amplituden, Summe von Amplituden, Spitzenwerte, RMS-Messwerte, MA6*, FM4*, NB4, MA6, FM4, NA4, PAPR, Crest-factor, Energie-Ratio, Kurtosis umfassen. Beispielsweise kann aus den N Messwerten eine Signalstärke gebildet werden, z.B. SNR, wobei unter den K SNR Werten der Stärkste ausgewählt wird. Alternativ kann zur Verbesserung der Qualität der Positionsschätzung aus den N Messwerten das SNR und z.B. noch MA6 berechnet werden, und dann aus der doppelten Anzahl von Signalstärken (eine Hälfte SNR, andere Hälfte gemäss diesem Beispiel MA6) diese so kombinieren, um die Position der Lagerdefektfrequenz mit der höchsten Wahrscheinlichkeit zu bestimmen. The signal strengths can be one or more elements from the group of SNR, FNR (fault frequency-to-noise ratio), amplitudes, sum of amplitudes, peak values, RMS measured values, MA6 *, FM4 *, NB4, MA6, FM4, NA4, PAPR, crest factor, energy ratio, kurtosis include. For example, a signal strength can be formed from the N measured values, e.g. SNR, the strongest being selected from the K SNR values. Alternatively, to improve the quality of the position estimation, the SNR and, for example, MA6 can be calculated from the N measured values, and then combine them from twice the number of signal strengths (one half SNR, other half according to this example MA6) to determine the position of the bearing defect frequency with the highest probability to be determined.

[0040] Nach einem Ausführungsbeispiel kann die optimale Position in den Frequenzbereichen, das heisst ein optimaler Index, mittels eines Optimierungskriteriums ermittelt werden. Insbesondere kann das Optimierungskriterium eines oder mehrere der Elemente aus der Gruppe SNR, FNR, Amplituden, Summe aller Amplituden, Spitzenwerte, RMS Messwerte, MA6*, FM4*, NB4, MA6, FM4, NA4, PAPR, Crest-factor, Energie-Ratio, Kurtosis umfassen. Insbesondere kann eine Kombination oder Fusion von Signalstärken erfolgen. According to one embodiment, the optimal position in the frequency ranges, that is to say an optimal index, can be determined by means of an optimization criterion. In particular, the optimization criterion can be one or more of the elements from the group SNR, FNR, amplitudes, sum of all amplitudes, peak values, RMS measured values, MA6 *, FM4 *, NB4, MA6, FM4, NA4, PAPR, crest factor, energy ratio , Include kurtosis. In particular, a combination or fusion of signal strengths can take place.

[0041] Nach einem Ausführungsbeispiel können die Signalstärken, bzw. die maximalen Messwerte, für weitere Analysen verwendet werden, wobei weitere Daten, beispielsweise Daten einer Mehrzahl von Tagen, berücksichtigt werden können. According to one exemplary embodiment, the signal strengths or the maximum measured values can be used for further analyzes, with further data, for example data from a plurality of days, being able to be taken into account.

[0042] Insbesondere kann eine Mehrzahl von statistischen Berechnungen durchgeführt werden, deren Resultat eine Wahrscheinlichkeit für eine bestimmte Frequenz ergibt. In particular, a plurality of statistical calculations can be carried out, the result of which gives a probability for a specific frequency.

[0043] Gemäss einem Ausführungsbeispiel können die Messwerte der Frequenzbereiche mittels eines Klassifizierungsverfahrens analysiert werden, welches basierend auf der Verteilungsfunktion der kumulierten Summe eine Kurve ergibt, welche mittels eines Polynoms beschrieben und mit einer linearen Kurve verglichen werden kann, woraus ein Abweichungswert ermittelt werden kann. Insbesondere kann ein Klassifizierungsverfahren aus dem Bereich des maschinellen Lernens zum Einsatz kommen. Mittels des Klassifizierungsverfahrens kann der Typ des Lagerdefekts oder dessen Schweregrad ermittelt werden, beispielsweise ob ein Wälzkörper-, Käfig-, Innenlagerschalen-, Aussenlagerschalendefekt vorliegt, indem der Abweichungsgrad in Klassen unterteilt wird und jede Klasse einem Schweregrad entspricht. Mittels des Klassifizierungsverfahrens kann somit ermittelt werden, in welchem Stadium sich der Lagerdefekt befindet, das heisst, wie fortgeschritten der Defekt ist. Hierzu kann ein Polynom P-ten Grades oder eine Interpolationsfunktion oder eine Kurvenanpassungsfunktion berechnet werden, wobei je nach Grösse der Polynomialkoeffizienten auf die Linearität bzw. Nichtlinearität und somit auf die Stärke des vorhandenen Lagerdefekts rückgeschlossen werden kann. Hierzu kann beispielsweise ein Polynom P-ten Grades basierend auf allen Messwerten berechnet werden. Je nach Grösse der Polynomialkoeffizienten kann auf die Linearität bzw. Nichtlinearität und somit auf die Stärke, das heisst den Schweregrad, des vorhandenen Lagerdefekts rückgeschlossen werden. According to one embodiment, the measured values of the frequency ranges can be analyzed by means of a classification method which, based on the distribution function of the cumulative sum, results in a curve which can be described by means of a polynomial and compared with a linear curve, from which a deviation value can be determined. In particular, a classification method from the field of machine learning can be used. The classification method can be used to determine the type of bearing defect or its severity, for example whether there is a rolling element, cage, inner bearing shell or outer bearing shell defect by dividing the degree of deviation into classes and each class corresponding to a degree of severity. The classification method can thus be used to determine the stage at which the bearing defect is, that is to say how advanced the defect is. For this purpose, a polynomial of the P-th degree or an interpolation function or a curve fitting function can be calculated, whereby, depending on the size of the polynomial coefficients, conclusions can be drawn about the linearity or nonlinearity and thus the strength of the existing bearing defect. For this purpose, for example, a polynomial of the P th degree can be calculated based on all measured values. Depending on the size of the polynomial coefficients, conclusions can be drawn about the linearity or non-linearity and thus the strength, that is to say the degree of severity, of the existing bearing defect.

[0044] Zur Automatisierung der Analyse können die Daten durch Verfahren des maschinellen Lernens verarbeitet werden, beispielsweise mittels eines neuronalen Netzwerks, insbesondere eines tiefen neuronalen Netzwerks, wobei hier kein Polynom analysiert wird, sondern Netzwerkkoeffizienten. To automate the analysis, the data can be processed by machine learning methods, for example by means of a neural network, in particular a deep neural network, with no polynomial being analyzed here, but rather network coefficients.

[0045] Die aus den resultierenden Messwerten abgeleiteten Wahrscheinlichkeiten können einem Beurteilungsschema zugeordnet werden, aufgrund dessen das Lager beispielsweise als gut, auffällig, kritisch oder defekt eingestuft wird. The probabilities derived from the resulting measured values can be assigned to an assessment scheme on the basis of which the bearing is classified, for example, as good, conspicuous, critical or defective.

[0046] Ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele kann zur Bestimmung der Drehfrequenz (RPM) einer Maschine verwendet werden. A method according to one of the preceding exemplary embodiments can be used to determine the rotational frequency (RPM) of a machine.

[0047] Insbesondere kann das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele zur Bestimmung der Drehfrequenz (RPM) einer Maschine ohne Drehzahlsensor verwendet werden. In particular, the method according to one of the preceding exemplary embodiments can be used to determine the rotational frequency (RPM) of a machine without a rotational speed sensor.

[0048] Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele kann zur Ermittlung des Lagertyps oder des Lagerherstellers verwendet werden. Mit dem Verfahren lässt sich auch nachweisen, dass bei einer Wartung oder Reparatur ein falsches Lager verbaut worden ist, ohne die Maschine zerlegen zu müssen. The method according to one of the preceding exemplary embodiments can be used to determine the bearing type or the bearing manufacturer. The method can also be used to prove that the wrong bearing was installed during maintenance or repair without having to dismantle the machine.

[0049] Um die Peaks der Lagerdefektfrequenzen bestimmen zu können, können verschiedene Verfahren zur Diagnose, Überwachung oder Zustandsdiagnose eines Lagers zum Einsatz kommen, zum einen ein Diagnoseverfahren, welches sich eines erweiterten Messfensters bedient oder ein Diagnoseverfahren, welches ein Suchverfahren für Peaks umfasst (Peak-Searcher). In order to be able to determine the peaks of the bearing defect frequencies, various methods for diagnosing, monitoring or diagnosing the condition of a bearing can be used, on the one hand a diagnostic method which uses an extended measurement window or a diagnostic method which includes a search method for peaks (peak Searcher).

[0050] Das vorliegende Verfahren kann auch zur Bestimmung der Drehfrequenz (RPM) einer Maschine verwendet werden, wobei auf einen kostspieligen Drehzahlsensor verzichtet werden kann. Des Weiteren kann auch die Drehfrequenz (RPM) einer Maschine mit Gleitlagern bestimmt werden, dabei kann auf teure Distanzmesssensoren verzichtet werden, für welche keine Wälzlagerdefektfrequenzen ermittelt werden können. Insbesondere ist somit kein Drehzahlsensor zur Bestimmung des Betriebszustandes jedes der Lager erforderlich. The present method can also be used to determine the rotational frequency (RPM) of a machine, in which case an expensive rotational speed sensor can be dispensed with. Furthermore, the rotational frequency (RPM) of a machine can be determined with plain bearings, thereby eliminating the need for expensive distance measuring sensors, for which no rolling bearing defect frequencies can be determined. In particular, no speed sensor is required to determine the operating state of each of the bearings.

[0051] Das vorliegende Verfahren eignet sich auch zur Ermittlung des Lagertyps und Lagerherstellers, wobei man sich die kleinen Unterschiede in den Lagerdefektfrequenzen zu Nutze macht. Alternativ lässt sich ermitteln, ob und gegebenenfalls welcher der vier typischen Lagerdefekte vorliegt. The present method is also suitable for determining the bearing type and bearing manufacturer, making use of the small differences in the bearing defect frequencies. Alternatively, it can be determined whether and, if so, which of the four typical bearing defects is present.

[0052] Das Verfahren eignet sich somit zur Kombination mit weiteren Überwachungsverfahren im Sinne von Erweiterungs- oder als Backup-Funktionen. Beispiele zur Verwendung des Verfahrens in der Maschinenindustrie sind Lager-, Getriebe-, Wellenbruch-, Achsbruch-, Unwucht-, Misalignment-, Loosenessüberwachung. Unter Misalignmentüberwachung wird in der vorliegenden Anmeldung eine Überwachung eines Ausrichtefehlers verstanden. Unter Loosenessüberwachung wird in der vorliegenden Anmeldung eine Lockerungsüberwachung, beispielsweise von Schrauben, verstanden. The method is therefore suitable for combination with other monitoring methods in the sense of expansion or as backup functions. Examples of the use of the method in the machine industry are bearing, gear, shaft breakage, axle breakage, unbalance, misalignment and looseness monitoring. In the present application, misalignment monitoring is understood to mean monitoring of an alignment error. In the present application, looseness monitoring is understood to mean monitoring of looseness, for example of screws.

Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

[0053] Nachfolgend werden die erfindungsgemässen Verfahren anhand einiger Ausführungsbeispiele dargestellt. Es zeigen Fig. 1 eine Darstellung eines Frequenzspektrums eines Lagers mit einem Defekt, die x-Achse beschreibt die Frequenz in Hertz und die y-Achse die Amplitude, z.B. in Volt, Fig. 2 ein Fliessschema des Datenflusses vom Lager bis zur Anzeige der Resultate des erfindungsgemässen Verfahrens zur Diagnose des oder der Lager, Fig. 3 eine Visualisierung der für die Ermittlung eines bestimmten Lagerdefekts erforderlichen Parameter, Fig. 4 ein Verfahren zur Ermittlung eines erweiterten Messfensters, Fig. 5 das Erstellen eines der K Datenvektoren mit N Elementen und ein Erstellen von Signalstärken in einer Berechnungseinheit, Fig. 6 eine Darstellung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, Fig. 7 eine Grafik der Amplitude in Abhängigkeit von der Frequenz.The methods according to the invention are illustrated below with the aid of a few exemplary embodiments. 1 shows a representation of a frequency spectrum of a bearing with a defect, the x-axis describes the frequency in Hertz and the y-axis describes the amplitude, for example in volts, and FIG. 2 shows a flow diagram of the data flow from the bearing to the display of the results of the method according to the invention for diagnosing the bearing or bearings, FIG. 3 a visualization of the parameters required for the determination of a certain bearing defect, Creation of signal strengths in a calculation unit, FIG. 6 a representation of the method according to one of the preceding exemplary embodiments, FIG. 7 a graph of the amplitude as a function of the frequency.

Detaillierte Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings

[0054] Wenn in den Figuren Elemente gestrichelt gezeichnet sind, handelt es sich um Optionen, welche alternativ oder zusätzlich zum durchgezogen gezeichneten Ausführungsbeispiel möglich sind. If elements are shown in dashed lines in the figures, these are options which are possible as an alternative or in addition to the embodiment shown in solid lines.

[0055] Fig. 1 zeigt eine Darstellung eines Frequenzspektrums 1 eines Lagers mit einem Defekt. In Fig. 1 ist das Beispiel eines Innenlagerschalendefekts gezeigt. Das Frequenzspektrum enthält eine Lagerdefektgrundfrequenz 4, eine erste Harmonische 5, eine zweite Harmonische 6, welche den für den Innenlagerschalendefekt charakteristischen Fehlerfrequenzen entsprechen. Die Lagerdefektgrundfrequenz 4, die erste Harmonische 5 und die zweite Harmonische 6 werden nachfolgend auch als Hauptfrequenzen bezeichnet. Jede Hauptfrequenz hat Seitenbänder 8, in Fig. 1 ist links und rechts je ein Seitenband dargestellt. Auf der Abszisse des Diagramms ist die Frequenz in Hz aufgetragen, auf der Ordinate die Amplitude in V. 1 shows an illustration of a frequency spectrum 1 of a bearing with a defect. In Fig. 1, the example of an inner bearing shell defect is shown. The frequency spectrum contains a bearing defect fundamental frequency 4, a first harmonic 5, a second harmonic 6, which correspond to the defect frequencies characteristic of the inner bearing shell defect. The bearing defect fundamental frequency 4, the first harmonic 5 and the second harmonic 6 are also referred to below as main frequencies. Each main frequency has sidebands 8; one sideband each is shown on the left and right in FIG. The frequency in Hz is plotted on the abscissa of the diagram, the amplitude in V on the ordinate.

[0056] Fig. 2 zeigt ein Fliessschema des Datenflusses vom Lager bis zur Anzeige der Resultate des erfindungsgemässen Diagnoseverfahrens für eine Messung i, wobei i die Laufnummer der Messung bzw. des Spektrums kennzeichnet. In der vorliegenden Darstellung werden ein erstes Lager 10 und ein zweites Lager 20 überwacht, die auf einer Welle angeordnet sind. Für die Erfassung von Vibrationen des ersten Lagers 10 und des zweiten Lagers 20 sind je ein Vibrationssensor 15, 25 am Lager oder in der Nähe des Lagers angebracht. Jeder der Vibrationssensoren 15, 25 dient somit der Aufnahme von Vibrationsdaten des entsprechenden Lagers 10, 20. Der Vibrationssensor 15, 25 ist in vorliegendem Ausführungsbeispiel als Beschleunigungssensor ausgebildet. Die Vibrationsdaten 16, 26 werden in eine Digitalisierungseinheit 40 zur Digitalisierung der Vibrationsdaten 16, 26 eingespeist. In der Digitalisierungseinheit 40 werden aus den Vibrationsdaten digitalisierte Vibrationsdaten 46 erstellt. Die digitalisierten Vibrationsdaten 46 werden in einen Prozessor 50 eingespeist. Der Prozessor 50 kann einen lokalen PC oder eine Cloudlösung umfassen. Im Prozessor 50 erfolgt eine Berechnung von Frequenzspektren 1 aus den digitalisierten Vibrationsdaten 46. Hierzu umfasst der Prozessor 50 eine Berechnungseinheit 51. Die Frequenzspektren des entsprechenden Lagers werden als Ergebnisdaten 61 an eine Vergleichseinheit 52 übermittelt. In der Berechnungseinheit wird jedes Frequenzspektrum in eine Mehrzahl von Frequenzbereichen unterteilt. Jeder der Frequenzbereiche umfasst eine Mehrzahl von Frequenzlinien. In jedem Frequenzbereich wird ein Index bestimmt und ein zu diesem Index gehöriger Amplitudenwert ermittelt. Der Index im Frequenzbereich referenziert die Position im Frequenzspektrum (FFT), einen Amplitudenwert, der bestimmt werden kann (siehe hierzu auch Seiten 9, 10). Einen Index, das heisst eine Position im Frequenzspektrum, berechnet man gemäss round(f/fa), wobei f die Frequenz ist, für welche man den Index sucht, und fa die Auflösung des Spektrums, z.B. 0.1 Hz, ist. 2 shows a flow diagram of the data flow from the warehouse to the display of the results of the diagnostic method according to the invention for a measurement i, where i denotes the sequence number of the measurement or of the spectrum. In the present illustration, a first bearing 10 and a second bearing 20, which are arranged on a shaft, are monitored. For the detection of vibrations of the first bearing 10 and the second bearing 20, a vibration sensor 15, 25 is attached to the bearing or in the vicinity of the bearing. Each of the vibration sensors 15, 25 thus serves to record vibration data from the corresponding bearing 10, 20. In the present exemplary embodiment, the vibration sensor 15, 25 is designed as an acceleration sensor. The vibration data 16, 26 are fed into a digitization unit 40 for digitizing the vibration data 16, 26. In the digitization unit 40, digitized vibration data 46 are created from the vibration data. The digitized vibration data 46 are fed into a processor 50. The processor 50 can comprise a local PC or a cloud solution. The processor 50 calculates frequency spectra 1 from the digitized vibration data 46. For this purpose, the processor 50 includes a calculation unit 51. The frequency spectra of the corresponding bearing are transmitted as result data 61 to a comparison unit 52. In the calculation unit, each frequency spectrum is divided into a plurality of frequency ranges. Each of the frequency ranges includes a plurality of frequency lines. An index is determined in each frequency range and an amplitude value associated with this index is determined. The index in the frequency domain references the position in the frequency spectrum (FFT), an amplitude value that can be determined (see also pages 9, 10). An index, i.e. a position in the frequency spectrum, is calculated according to round (f / fa), where f is the frequency for which you are looking for the index, and fa is the resolution of the spectrum, e.g. 0.1 Hz.

[0057] Der zu dem Index gehörige Amplitudenwert kann wie folgt in einem Datenvektor zusammengefasst werden: Der Amplituden-Wert xi,k,nder Frequenzlinien des n-ten Frequenzbereichs, des k-ten Messwerts, des i-ten Spektrums wird in einem ersten Schritt gesammelt. In einem zweiten Schritt wird der k-te Datenvektor erstellt x(i,k)=[xi,k,1, xi,k,2, ..., xi,k,N]. In einem dritten Schritt wird aus dem k-ten Datenvektor ein neuer Messwert bestimmt, die Signalstärke s(i,k), d.h. beispielsweise SNR, FNR Amplituden, Summe von Amplituden, Spitzenwerte, RMS-Messwerte, MA6*, FM4*, NB4, MA6, FM4, NA4, PAPR, Crest-factor, Energie-Ratio, Kurtosis berechnet. Wenn alle K Signalstärken vorhanden sind, kann in einem vierten Schritt ein neuer Datenvektor erstellt werden,y(i)= [s(i,1),s(i,2),... s(i,K)], sowie dessen grösster Wert in y(i) gefunden und dessen Position im Datenvektor gefunden werden, was in der Vergleichseinheit 52 durchgeführt wird. In einem fünften Schritt wird der Datenvektor y(i) an die Klassifizierungseinheit 53 geschickt. In einem sechsten Schritt wird in der Klassifizierungseinheit 53 der Datenvektor y(i) beispielsweise nach folgender Vorschrift analysiert: ist der Datenvektor y(i) linear oder das Resultat einer Funktion f(y(i)), liegt kein Lagerdefekt vor, andernfalls ist ein Lagerdefekt wahrscheinlich. In einem siebenten Schritt kann der Typ des Lagerdefekts bestimmt werden. Mit anderen Worten wird ein Messwert für den entsprechenden Frequenzbereich ermittelt, wobei eine Signalstärke aus allen Messwerten ermittelt wird. Die Signalstärke entspricht der Position des Lagers 10, 20 in der Maschine und kann daher eindeutig dem entsprechenden Lager 10, 20 der Maschine zugeordnet werden, sodass der Betriebszustand oder der Einbauort des Lagers 10, 20 in der Maschine zu jedem Zeitpunkt erfasst werden kann, wobei insbesondere die Kennlinie der Signalstärke dem Lagerdefekt entspricht. The amplitude value belonging to the index can be summarized in a data vector as follows: The amplitude value xi, k, n of the frequency lines of the nth frequency range, of the kth measured value, of the ith spectrum is determined in a first step collected. In a second step, the k-th data vector is created x (i, k) = [xi, k, 1, xi, k, 2, ..., xi, k, N]. In a third step, a new measured value is determined from the k-th data vector, the signal strength s (i, k), i.e. for example SNR, FNR amplitudes, sum of amplitudes, peak values, RMS measured values, MA6 *, FM4 *, NB4, MA6, FM4, NA4, PAPR, crest factor, energy ratio, kurtosis calculated. If all K signal strengths are available, a new data vector can be created in a fourth step, y (i) = [s (i, 1), s (i, 2), ... s (i, K)], as well whose largest value is found in y (i) and whose position is found in the data vector, which is carried out in the comparison unit 52. In a fifth step, the data vector y (i) is sent to the classification unit 53. In a sixth step, the data vector y (i) is analyzed in the classification unit 53, for example according to the following rule: if the data vector y (i) is linear or the result of a function f (y (i)), there is no bearing defect, otherwise there is a Bearing defect likely. In a seventh step, the type of bearing defect can be determined. In other words, a measured value is determined for the corresponding frequency range, a signal strength being determined from all measured values. The signal strength corresponds to the position of the bearing 10, 20 in the machine and can therefore be clearly assigned to the corresponding bearing 10, 20 of the machine, so that the operating state or the installation location of the bearing 10, 20 in the machine can be detected at any time, with in particular, the characteristic curve of the signal strength corresponds to the bearing defect.

[0058] Nach einem Ausführungsbeispiel wird das i-te Frequenzspektrum mittels der Berechnungseinheit 51 in eine Mehrzahl von Frequenzbereichen unterteilt. Aus jedem Frequenzbereich wird sukzessive, von links nach rechts, das heisst von niedrigen zu höheren Frequenzen im Frequenzbereich, in einem Frequenzbereich 7 wie in Fig. 4 gezeigt, eine Frequenzlinie genommen, beispielsweise eine Anzahl von neun Frequenzlinien für den in Fig. 5 dargestellten BPFI Defekt. Die Berechnungseinheit 51 erstellt aus den Frequenzlinien, bzw. deren Amplitude und Phase, einen Datenvektor x(i,k)=[xi,k,1, x1,k,2, ..., xi,k,N] mit k=1,2,...K, welcher im Fall ohne erweitertem Messfenster eine Anzahl K von Datenvektoren aufweist. Die Berechnungseinheit 51 erstellt eine Anzahl Datenvektoren, die der Anzahl K an Frequenzlinien im Frequenzbereich der Grundfrequenz Fg entspricht, wobei Fg in der Mitte der K Frequenzlinien liegt. Diese Anzahl K beträgt für BPFI Lagerdefekt beispielsweise 31 oder 5% der Frequenzlinien bezogen auf Fmax. Fmax kann die höchste aller Lagerdefektfrequenzen oder eine empirisch bestimmte Frequenz sein. Die Anzahl der Frequenzbereiche hängt von der Art des zu untersuchenden Lagerdefektes und der gewählten Anzahl von Harmonischen und Seitenbändern ab. Die Berechnungseinheit 51 berechnet aus jedem Datenvektor eine Signalstärke. Die Signalstärke kann aus einer Vielzahl von möglichen Kenngrössen gewählt werden, die Signalstärke kann einen Skalarwert, einen RMS Messwert, einen SNR oder FNR Wert, den grössten Wert aller Elemente im Datenvektor, Amplituden, Summe von Amplituden, Spitzenwerte, MA6*, FM4*, NB4, MA6, FM4, NA4, PAPR, Crest-factor, Energie-Ratio, Kurtosis umfassen. Die resultierenden K Ergebnisdaten 61 werden der Vergleichseinheit 52 zugeführt. Die Vergleichseinheit 52 sammelt alle Ergebnisdaten, welche der iterative Berechnungsprozess, von links nach rechts, das heisst von niedrigen zu höheren Frequenzen im Frequenzbereich, liefert. Die Vergleichseinheit 52 bestimmt aus allen erhaltenen Ergebnisdaten den grössten Wert aller Signalstärken und gibt diesen Maximalwert und einen neuen Datenvektor, der alle K Maximalwerte oder K*N Messwerte enthält, an die Klassifizierungseinheit 53 weiter. Die Klassifizierungseinheit 53 bestimmt aus allen erhaltenen Ergebnisdaten, welcher Lagerdefekt mit höchster Wahrscheinlichkeit vorliegt, oder von welchem Lagerhersteller das Lager ist, dessen digitalisierte Vibrationsdaten verarbeitet wurden. Alternativ oder ergänzend können auch historische Ergebnisdaten hinzugezogen werden. According to one embodiment, the i-th frequency spectrum is subdivided into a plurality of frequency ranges by means of the calculation unit 51. A frequency line is successively taken from each frequency range, from left to right, i.e. from low to higher frequencies in the frequency range, in a frequency range 7 as shown in FIG. 4, for example a number of nine frequency lines for the BPFI shown in FIG Malfunction. The calculation unit 51 creates a data vector x (i, k) = [xi, k, 1, x1, k, 2, ..., xi, k, N] with k = from the frequency lines or their amplitude and phase 1,2, ... K, which in the case without an extended measurement window has a number K of data vectors. The calculation unit 51 creates a number of data vectors which corresponds to the number K of frequency lines in the frequency range of the fundamental frequency Fg, Fg being in the middle of the K frequency lines. For BPFI bearing defects, this number K is, for example, 31 or 5% of the frequency lines based on Fmax. Fmax can be the highest of all bearing defect frequencies or an empirically determined frequency. The number of frequency ranges depends on the type of bearing defect to be examined and the selected number of harmonics and sidebands. The calculation unit 51 calculates a signal strength from each data vector. The signal strength can be selected from a variety of possible parameters, the signal strength can be a scalar value, an RMS measured value, an SNR or FNR value, the largest value of all elements in the data vector, amplitudes, sum of amplitudes, peak values, MA6 *, FM4 *, Include NB4, MA6, FM4, NA4, PAPR, Crest-Factor, Energy Ratio, Kurtosis. The resulting K result data 61 are fed to the comparison unit 52. The comparison unit 52 collects all result data which the iterative calculation process delivers from left to right, that is to say from low to higher frequencies in the frequency range. The comparison unit 52 determines the greatest value of all signal strengths from all the result data obtained and forwards this maximum value and a new data vector containing all K maximum values or K * N measured values to the classification unit 53. From all the result data obtained, the classification unit 53 determines which bearing defect is most likely to be present or which bearing manufacturer is the bearing whose digitized vibration data have been processed. Alternatively or in addition, historical results data can also be used.

[0059] Das in der Klassifizierungseinheit 53 derart aufbereitete Resultat 63 kann in einer Visualisierungseinheit 54 visualisiert werden. Die Visualisierungseinheit 54 kann beispielsweise als Display oder als Speichermedium für den Datenvektor oder Tensor ausgebildet sein. The result 63 processed in this way in the classification unit 53 can be visualized in a visualization unit 54. The visualization unit 54 can be designed, for example, as a display or as a storage medium for the data vector or tensor.

[0060] Die Klassifizierungseinheit verarbeitet den Datenvektor y(i), indem f(y(i)) auf Linearität geprüft wird: hierzu hat der Fachmann diverse Möglichkeiten. Wenn die Werte in y(i) einer uniformen Verteilung ähnlich sind, was der Fall ist, wenn kein Lagerdefekt vorliegt, weil die Spektralwerte angenähert weissem Rauschen entsprechen, dann sind die Werte in y(i) ziemlich gleich gross (d.h. flach). Wenn ein Lagerdefekt vorliegt, dann sind typischerweise 1-5 Werte in y(i) massiv grösser und man erhält eine glockenähnliche Kurve wenn man y(i) aufzeichnet. Da diese zwei Fälle einfach zu unterscheiden sind, auch grafisch, ist es für den Fachmann auf einfache Weise möglich, defekte und gute Lager zu unterscheiden. Zur automatisierten Analyse werden die Werte on y(i) als kumulierte Summe dargestellt. Wenn die Werte in y(i) gleich gross sind, ergibt sich eine lineare Linie Kurve sonst eine S-Kurve. Es kann eine Differenz zwischen einer linearen (Theorie) und der effektiven Kurve, basierend auf y(i), ermittelt werden. Die effektive Kurve beschreibt man mittels eines Polynoms P-ten Grades. Aus der Differenz zwischen dem 1. Polynom und jenen höherer Ordnung lässt sich ein Mass für die Stärke der Ausprägung eines Lagerdefektes ermitteln. Die Klassifizierungseinheit 51 berechnet einen solchen Wert, welcher mit Erfahrungswerten, d.h. Schwellwerten, verglichen wird, und gegebenenfalls eine Warnung oder Alarm auslöst. Der Benutzer kann dann in der Visualisierungseinheit 54 den Schweregrad des Defektes vertieft beurteilen und passende Massnahmen ergreifen. The classification unit processes the data vector y (i) by checking f (y (i)) for linearity: the person skilled in the art has various options for this. If the values in y (i) are similar to a uniform distribution, which is the case if there is no bearing defect because the spectral values correspond approximately to white noise, then the values in y (i) are pretty much the same size (i.e. flat). If there is a bearing defect, then typically 1-5 values in y (i) are massively larger and you get a bell-like curve when you record y (i). Since these two cases are easy to distinguish, also graphically, it is easy for a person skilled in the art to differentiate between defective and good bearings. For automated analysis, the values on y (i) are shown as a cumulative sum. If the values in y (i) are the same, the result is a linear line curve, otherwise an S-curve. A difference between a linear (theory) and the effective curve based on y (i) can be determined. The effective curve is described using a polynomial of the P-th degree. The difference between the 1st polynomial and the higher order polynomial can be used to determine the severity of the manifestation of a bearing defect. The classification unit 51 calculates such a value, which is compared with empirical values, i.e. threshold values, and possibly triggers a warning or alarm. The user can then assess the severity of the defect in more detail in the visualization unit 54 and take appropriate measures.

[0061] Fig. 3 zeigt die für die Ermittlung eines bestimmten Lagerdefekts erforderlichen Parameter. Ein Lager 10 ist auf einer Welle 5 angeordnet. Das Lager 10 ist im linksseitigen Teil der Fig. 3 in einer Seitenansicht sichtbar. Das Lager 10 ist auf der rechten Seite der Fig. 3 in der Aufsicht vergrössert dargestellt. Ein Teil der Kugeln 13 des exemplarisch dargestellten Kugellagers ist weggelassen, um die Darstellung nicht zu überladen. Anstelle der Kugeln 13 können auch andere Wälzkörper vorgesehen sein, was zeichnerisch nicht dargestellt ist. Die Kugeln 13 sind zwischen einem Innenring 11 und einem Aussenring 12 angeordnet. Für die Berechnung einer Lagerdefektfrequenz, ermittelt für die Aussenlagerschale (BPFO), die Innenlagerschale (BPFI), für den Lagerkäfig (FTF) oder den Wälzkörper (BSF) werden der Kugeldurchmesser d, bzw. der Wälzkörperdurchmesser, sowie der mittlere Kugelbahndurchmesser D, bzw. der mittlere Wälzkörperbahndurchmesser, benötigt, die in Fig. 3 dargestellt sind. 3 shows the parameters required to determine a specific bearing defect. A bearing 10 is arranged on a shaft 5. The bearing 10 is visible in the left-hand part of FIG. 3 in a side view. The bearing 10 is shown enlarged on the right-hand side of FIG. 3 in a top view. Some of the balls 13 of the ball bearing shown by way of example have been omitted in order not to overload the illustration. Instead of the balls 13, other rolling elements can also be provided, which is not shown in the drawing. The balls 13 are arranged between an inner ring 11 and an outer ring 12. The ball diameter d or the rolling element diameter and the mean ball race diameter D or the mean rolling element path diameter, which are shown in FIG. 3.

[0062] Die Datenvektoren beinhalten keine willkürliche Werte, denn die Datenvektoren beinhalten die Resultierenden einer Spektralanalyse (Amplitudenwerte), deren Position (Index-Bereich) deterministisch ermittelt ist, basierend auf der Position eines Lagerdefektes gemäss den Berechnungen auf Seite 4 für PBFI, BPFO etc, oder gemäss den obigen Ausführungen. Somit kann eine Fachperson den Datenvektor erstellen und dieser ist nicht willkürlich. The data vectors do not contain any arbitrary values, because the data vectors contain the resultant of a spectral analysis (amplitude values), the position (index range) of which is determined deterministically, based on the position of a bearing defect according to the calculations on page 4 for PBFI, BPFO etc. , or according to the statements above. Thus, a person skilled in the art can create the data vector and it is not arbitrary.

[0063] Der Einbauort eines Lagers kann nicht bestimmt werden, wenn in einer Maschine ausschliesslich gleiche Lagertypen vom selben Hersteller verbaut sind, was in der Praxis selten auftritt und nur bei kleinen Motoren der Fall ist. US 2014/0214363 A1 stellt eine alternative Methode vor, womit die Idee, Lageridentifikation und Einbauort, bestimmt werden kann. Das Verfahren in dieser Anmeldung nutzt gleichfalls die lagerspezifischen Defektfrequenzen, berechnet gemäss den Formeln auf Seite 4, aber das Verfahren unterscheidet sich fundamental von US 2014/0214363 A1. In der US 2014/0214363 A1 werden zur Lageridentifikation nur die Grundfrequenzen herangezogen, Amplitudenwerte an den Lagerdefektfrequenzen aufsummiert und keine Massnahmen gegen Störsignale vorgeschlagen. Und wenn kein Lagerdefekt vorliegt, was in US 2014/0214363 A1 nicht untersucht und beurteilt wird, kann eine sichere Lageridentifikation nicht stattfinden, weil das Spektrum keine herausragenden Peaks an den Lagerdefektfrequenzen ausweist. The installation location of a bearing cannot be determined if only the same bearing types from the same manufacturer are installed in a machine, which rarely occurs in practice and is only the case with small motors. US 2014/0214363 A1 presents an alternative method with which the idea of bearing identification and installation location can be determined. The method in this application also uses the bearing-specific defect frequencies, calculated according to the formulas on page 4, but the method differs fundamentally from US 2014/0214363 A1. In US 2014/0214363 A1, only the basic frequencies are used for bearing identification, amplitude values are summed up at the bearing defect frequencies and no measures are proposed against interfering signals. And if there is no bearing defect, which is not examined and assessed in US 2014/0214363 A1, reliable bearing identification cannot take place because the spectrum does not show any prominent peaks at the bearing defect frequencies.

[0064] Fig. 4 zeigt ein weiteres Beispiel eines Verfahrens zur Überwachung oder Zustandsdiagnose eines Lagers, für welches in der Berechnungseinheit 51 ein erweitertes Messfenster Anwendung findet. Für das vorliegende erweiterte Messfenster finden nach diesem Ausführungsbeispiel M Spektrallinien Verwendung. z.B. kann M=3 (±1 um eine Spektrallinie) sein. Dabei wird nicht nur ein Messwert pro Frequenzbereich berücksichtigt, sondern M Messwerte, und die M Amplituden der M Frequenzlinien eines Frequenzbereichs werden zusammengefasst, z.B. gemittelt oder aufsummiert. In diesem Beispiel erweitert sich der Frequenzbereich nicht und behält seine Breite K. Üblicherweise wird der grösste Messwert innerhalb des Messfensters verwendet, beispielsweise die maximale Amplitude oder der RMS Wert der Daten im Messfenster, siehe auch US20140214363 A1. 4 shows a further example of a method for monitoring or diagnosing the condition of a bearing, for which an extended measurement window is used in the calculation unit 51. According to this exemplary embodiment, M spectral lines are used for the present expanded measurement window. e.g. M = 3 (± 1 around a spectral line). Not only one measured value per frequency range is taken into account, but M measured values and the M amplitudes of the M frequency lines of a frequency range are summarized, e.g. averaged or added up. In this example, the frequency range does not expand and retains its width K. Usually, the largest measured value within the measurement window is used, for example the maximum amplitude or the RMS value of the data in the measurement window, see also US20140214363 A1.

[0065] Das Verfahren zur Überwachung oder Zustandsdiagnose eines Lagers nach einem Ausführungsbeispiel umfasst somit ein erweitertes Messfenster, mittels welchem nicht nur die Signalstärke, also der Peak, einer einzelnen bestimmten Frequenz ermittelt wird oder deren Harmonische, d.h. fdo', 2*fdo', 3*fdo' und gegebenenfalls eine Anzahl von Seitenbändern, sondern das Umfeld einer jeden Lagerdefektfrequenz berücksichtigt wird, was in Fig. 4 gezeigt ist. Fdo' steht dabei insbesondere stellvertretend für BPFO', BPFI', FTF', BSF'. The method for monitoring or diagnosing the condition of a bearing according to an exemplary embodiment thus comprises an expanded measurement window by means of which not only the signal strength, i.e. the peak, of an individual specific frequency is determined or its harmonics, ie fdo ', 2 * fdo', 3 * fdo 'and possibly a number of sidebands, but rather the environment of each bearing defect frequency is taken into account, which is shown in FIG. 4. Fdo 'is particularly representative of BPFO', BPFI ', FTF', BSF '.

[0066] Ein Spektrum gemäss dem in Fig. 4 dargestellten Beispiel weist eine Frequenzauflösung von 0.25 Hz auf. Die Drehzahl der Maschine beträgt 750 RPM, d.h. die Drehfrequenz beträgt 12.5 Hz, und man erwartet einen max. Frequenzfehler von ±5% (±0.625Hz). Dann berücksichtigt man links und rechts von der eigentlichen Lagerdefektfrequenz bis zu weitere 3 Frequenzlinien, d.h. ± 3. In diesem Beispiel würde das erweiterte Messfenster jeden Frequenzbereich um einen Faktor M=7 erweitern. Wenn man aber die M Amplituden pro Berechnungsschritt zusammenfasst, um eine Signalstärke zu berechnen, dann muss man den Frequenzbereich nicht erweitern. A spectrum according to the example shown in FIG. 4 has a frequency resolution of 0.25 Hz. The speed of the machine is 750 RPM, i.e. the rotational frequency is 12.5 Hz, and a maximum frequency error of ± 5% (± 0.625Hz) is expected. Then one considers left and right of the actual bearing defect frequency up to a further 3 frequency lines, i.e. ± 3. In this example, the extended measurement window would expand each frequency range by a factor of M = 7. If, however, the M amplitudes per calculation step are combined in order to calculate a signal strength, then the frequency range does not have to be expanded.

[0067] Fig. 4 zeigt das FFT Spektrum 3, welches eine Lagerdefektgrundfrequenz 4 umfasst, die nachfolgend mit Fg1 bezeichnet wird. Des Weiteren umfasst das FFT Spektrum 3 eine erste Harmonische 5 und eine zweite Harmonische 6 sowie je eine Seitenbandfrequenz. Das FFT Spektrum 3 kann insbesondere als ein Hüllkurvenspektrum, ein Amplitudenspektrum oder ein Dichtespektrum ausgebildet sein. Für die zweite Harmonische 6 ist ein Frequenzbereich 7 um die Frequenzlinie 6 (FFT-bin) vergrössert dargestellt, der einen Bereich um die zweite Harmonische 6 mit ± 15 FFT Frequenzlinien zeigt. Alle relevanten Frequenzlinien im Hüllkurvenspektrum, welche mit gestrichelten Linien dargestellt sind, zeigen die Lagerdefektfrequenzen. Diese Lagerdefektfrequenzen sind für einen bestimmten Lagertyp vom Lagerhersteller vorgegeben. Um diese Frequenzlinien wird ein Fenster definiert, beispielsweise mit ± 15 FFT Frequenzlinien oder ± 5 % von Fmax, um die genaue Frequenz, das heisst die Lage, des Peaks im Spektrum zu finden. Fmax ist hierbei die höchste aller möglichen Defektfrequenzen oder kann empirisch oder durch die Drehfrequenz bestimmt werden. 4 shows the FFT spectrum 3, which includes a bearing defect fundamental frequency 4, which is referred to below as Fg1. Furthermore, the FFT spectrum 3 comprises a first harmonic 5 and a second harmonic 6 as well as a sideband frequency each. The FFT spectrum 3 can in particular be designed as an envelope curve spectrum, an amplitude spectrum or a density spectrum. For the second harmonic 6, a frequency range 7 is shown enlarged by the frequency line 6 (FFT-bin), which shows a range around the second harmonic 6 with ± 15 FFT frequency lines. All relevant frequency lines in the envelope spectrum, which are shown with dashed lines, show the bearing defect frequencies. These bearing defect frequencies are specified by the bearing manufacturer for a specific bearing type. A window is defined around these frequency lines, for example with ± 15 FFT frequency lines or ± 5% of Fmax, in order to find the exact frequency, i.e. the position of the peak in the spectrum. Fmax is the highest of all possible defect frequencies or can be determined empirically or by the rotational frequency.

[0068] Fig. 5 zeigt ein Suchverfahren für Signalstärken. Insbesondere können die Signalstärken als Peaks ausgebildet sein. Die Vergleichseinheit 52 umfasst gemäss diesem Ausführungsbeispiel eine Sucheinheit. Mittels der Sucheinheit kann ein Suchverfahren zur Ermittlung der grössten Signalstärke basierend auf den von der Berechnungseinheit 51 gelieferten Messwerten erfolgen. Ein Verfahren zur Überwachung oder Zustandsdiagnose eines Lagers nach diesem Ausführungsbeispiel umfasst insbesondere ein Suchverfahren für Peaks (Peak-Searcher). Fig. 5 shows a search method for signal strengths. In particular, the signal strengths can be in the form of peaks. According to this exemplary embodiment, the comparison unit 52 comprises a search unit. The search unit can be used to carry out a search method for determining the greatest signal strength based on the measured values supplied by the calculation unit 51. A method for monitoring or diagnosing the condition of a bearing according to this exemplary embodiment comprises, in particular, a search method for peaks (peak searcher).

[0069] Gemäss dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel wird aus neun Frequenzbereichen in Fig. 5 eine Signalstärke in der Berechnungseinheit 51 ermittelt. Schrittweise wird die Signalstärke pro FFT Frequenzlinie über alle Frequenzbereiche berechnet. Gemäss dem vorliegenden Ausführungsbeispiel resultiert dies in 31 Messwerten, die einem Frequenzbereich mit ± 15 FFT Frequenzlinien entsprechen. Die gleiche prozentuale Toleranz umfasst bei niedrigeren Frequenzen weniger FFT Frequenzlinien. Somit beschreiben Fg1 mit dem FFT Frequenzlinien -5, 2*Fg1, das heisst die zweite Harmonische, mit dem FFT Frequenzlinien -10, 3*Fg1 mit dem FFT Frequenzlinien -15 jeweils die gleiche prozentuale Abweichung von Fg1, 2*Fg1, 3*Fg1. Mittels Interpolation, Kombination oder Summierung mehrerer Frequenzlinien können alle Frequenzlinien auf die Anzahl von 31 Messwerten gebracht und somit die multiplikative Natur der Frequenzabweichung berücksichtigt werden. Die Position des grössten der 31 Messwerte entspricht höchstwahrscheinlich der korrekten Abweichung der Lagerdefektfrequenz in Bezug auf die theoretische Lagerdefektfrequenz, beispielsweise eine vom Hersteller vorgegebene Fg. According to the exemplary embodiment shown in FIG. 4, a signal strength is determined in the calculation unit 51 from nine frequency ranges in FIG. The signal strength per FFT frequency line is calculated step by step over all frequency ranges. According to the present exemplary embodiment, this results in 31 measured values, which correspond to a frequency range with ± 15 FFT frequency lines. The same percentage tolerance includes fewer FFT frequency lines at lower frequencies. Thus, Fg1 with the FFT frequency lines -5, 2 * Fg1, i.e. the second harmonic, with the FFT frequency lines -10, 3 * Fg1 with the FFT frequency lines -15 each describe the same percentage deviation from Fg1, 2 * Fg1, 3 * Fg1. By means of interpolation, combination or summation of several frequency lines, all frequency lines can be brought to the number of 31 measured values and thus the multiplicative nature of the frequency deviation can be taken into account. The position of the largest of the 31 measured values most likely corresponds to the correct deviation of the bearing defect frequency in relation to the theoretical bearing defect frequency, for example a Fg specified by the manufacturer.

[0070] Das Suchverfahren für Peaks (Peak-Searcher) ermittelt auf diese Weise die höchstwahrscheinlich korrekten Lagerdefektfrequenzen oder die Drehfrequenz einer Welle basierend auf einem Optimierungskriterium. Das Optimierungskriterium kann eines der Elemente SNR, FNR, Amplitudenwert, Amplituden, Summe der Amplituden, Spitzenwert, RMS Messwert, MA6*, FM4*, NB4, MA6, FM4, NA4, PAPR, Crest-factor, Energie-Ratio, Kurtosis umfassen. SNR wird in diesem Zusammenhang als Abkürzung für das Signal-Rauschverhältnis (signal-to-noise ratio) verwendet. FNR wird in diesem Zusammenhang als Abkürzung für das Fehlerfrequenz-Rauschverhältnis (faultfrequency-to-noise ratio) verwendet. In this way, the search method for peaks (peak searcher) determines the most likely correct bearing defect frequencies or the rotational frequency of a shaft based on an optimization criterion. The optimization criterion can include one of the elements SNR, FNR, amplitude value, amplitudes, sum of amplitudes, peak value, RMS measured value, MA6 *, FM4 *, NB4, MA6, FM4, NA4, PAPR, crest factor, energy ratio, kurtosis. In this context, SNR is used as an abbreviation for the signal-to-noise ratio. FNR is used in this context as an abbreviation for the fault frequency-to-noise ratio.

[0071] Die Signalstärke Ps wird gemäss nachstehender Beziehung ermittelt. Hierbei ist i die Laufnummer der Messung (z.B. Tag i), N ist die Anzahl Frequenzbereiche bzw. aller Defektfrequenzen inklusive Harmonischen und Seitenbändern eines Lagerdefekttyps, wie beispielsweises BPFI oder BPFO, M ist die Breite des erweiterten Messfensters, und k=1..K ist die Anzahl von Frequenzlinien in jedem Frequenzbereich um die N Defektfrequenzen: The signal strength Ps is determined according to the following relationship. Here i is the serial number of the measurement (e.g. day i), N is the number of frequency ranges or all defect frequencies including harmonics and sidebands of a bearing defect type, such as BPFI or BPFO, M is the width of the extended measurement window, and k = 1..K is the number of frequency lines in each frequency range around the N defect frequencies:

[0072] Die multiplikative Natur der Frequenzabweichung und der absolute Index im Spektrum sind in der Formel nicht berücksichtigt. Alternativ kann Ps(i,k) auch aus der Varianz der relevanten N bzw. N*M Frequenzlinien gebildet werden. Die Rauschleistung wird wie folgt ermittelt. Es wird das halbe FFT Spektrum, F(i), mit einer Bandbreite von fs/2 verwendet. Im i-ten Spektrum F(i) werden dann alle N bzw. N*M Frequenzlinien genullt: F(i) → F'(i,k). The multiplicative nature of the frequency deviation and the absolute index in the spectrum are not taken into account in the formula. Alternatively, Ps (i, k) can also be formed from the variance of the relevant N or N * M frequency lines. The noise power is determined as follows. Half of the FFT spectrum, F (i), with a bandwidth of fs / 2 is used. In the i-th spectrum F (i), all N or N * M frequency lines are then zeroed: F (i) → F '(i, k).

[0073] Die Rauschleistung Pn ergibt sich dann als The noise power Pn then results as

[0074] Das FNR für das Spektrum i wird dann gemäss einem Ausführungsbeispiel zu berechnet. The FNR for the spectrum i is then calculated according to an exemplary embodiment.

[0075] M kann insbesondere im Bereich von maximal +/- 10 % von Fmax liegen. In particular, M can be in the range of a maximum of +/- 10% of Fmax.

[0076] Die Messung der Peaks bzw. von Psder Lagerdefektfrequenzen erfolgt dann ohne Berücksichtigung weiterer, möglicherweise falscher oder störender, Werte im Frequenzspektrum, wie in Fig. 5 gezeigt ist. Hierzu wird eine Mehrzahl von Frequenzlinien bestimmt. Im in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Signalstärke aus neun Frequenzbereichen ermittelt. The measurement of the peaks or Ps of the bearing defect frequencies then takes place without taking into account further, possibly incorrect or disruptive, values in the frequency spectrum, as is shown in FIG. For this purpose, a plurality of frequency lines is determined. In the exemplary embodiment shown in FIG. 5, the signal strength is determined from nine frequency ranges.

[0077] Mittels der erweiterten Messfenster können noch weitere Frequenzlinien zur Berechnung der Signalstärke berücksichtigt werden, beispielweise die Frequenzlinien links und rechts (±1) einer jeden Frequenzlinie. Using the expanded measurement window, further frequency lines can be taken into account for calculating the signal strength, for example the frequency lines on the left and right (± 1) of each frequency line.

[0078] Die resultierenden Messwerte der Lagerdefektfrequenzen können mittels eines Klassifizierungsverfahrens analysiert werden, welches nachgehend auch als Lagerdefektklassifizierungsverfahren bezeichnet werden soll (BDC, bearing defect classifier). Die resultierenden Messwerte können für weitere Analysen verwendet werden, wobei weitere Daten, beispielsweise Daten einer Mehrzahl von Tagen, berücksichtigt werden. Die Lagerdefekte können somit mit hoher Wahrscheinlichkeit identifiziert werden und klassiert werden. Mittels des BDC können eine Mehrzahl von statistischen Berechnungen durchgeführt werden, deren erweitertes Resultat eine Wahrscheinlichkeit für eine bestimmte Frequenz ergibt. Wenn man einen bestimmten Frequenzbereich ±Fps berücksichtigt, welcher K Frequenzlinien entspricht, erhält man lineare oder nicht-lineare Kennlinien. Ist die Kennlinie linear oder nahezu linear, ist das Vorliegen eines Lagerdefekts unwahrscheinlich. Mittels des Klassifizierungsverfahrens kann der Typ des Lagerdefekts oder dessen Schweregrad ermittelt werden, beispielsweise ob ein Wälzkörper-, Käfig-, Innenlagerschalen-, Aussenlagerschalendefekt vorliegt. Zusätzlich kann ermittelt werden, in welchem Stadium sich dieser Lagerdefekt befindet, das heisst wie fortgeschritten der Lagerdefekt ist. Hierzu kann beispielsweise ein Polynom P-ten Grades berechnet werden oder eine andere Methode aus dem Bereich der Interpolation oder Kurvenanpassung (curve fitting) zur Berechnung herangezogen werden. Je nach Grösse der P-Koeffizienten kann auf die Linearität bzw. Nichtlinearität und somit auf die Stärke des vorhandenen Lagerdefekts rückgeschlossen werden. Zur Automatisierung der Analyse können die Daten durch Verfahren des maschinellen Lernens verarbeitet werden, beispielsweise mittels eines neuronalen Netzwerks. Die Lesbarkeit der Analyse bzw. deren Interpretation kann weiter verbessert werden, indem die Resultate grafisch dargestellt werden, beispielsweise als zweidimensionales Schaubild, analog eines Spektrogramms. The resulting measured values of the bearing defect frequencies can be analyzed by means of a classification method, which in the following will also be referred to as the bearing defect classification method (BDC, bearing defect classifier). The resulting measured values can be used for further analyzes, further data, for example data from a plurality of days, being taken into account. The bearing defects can thus be identified and classified with a high degree of probability. A plurality of statistical calculations can be carried out by means of the BDC, the extended result of which gives a probability for a specific frequency. If a certain frequency range ± Fps is taken into account, which corresponds to K frequency lines, linear or non-linear characteristics are obtained. If the characteristic is linear or almost linear, the existence of a bearing defect is unlikely. The classification method can be used to determine the type of bearing defect or its severity, for example whether there is a rolling element, cage, inner bearing shell or outer bearing shell defect. In addition, it can be determined at what stage this bearing defect is, that is, how advanced the bearing defect is. For this purpose, for example, a polynomial of the P th degree can be calculated or another method from the field of interpolation or curve fitting can be used for the calculation. Depending on the size of the P coefficients, conclusions can be drawn about the linearity or non-linearity and thus the strength of the existing bearing defect. To automate the analysis, the data can be processed using machine learning methods, for example using a neural network. The legibility of the analysis or its interpretation can be further improved by displaying the results graphically, for example as a two-dimensional diagram, analogous to a spectrogram.

[0079] Die aus den resultierenden Messwerten abgeleiteten Wahrscheinlichkeiten können einem Beurteilungsschema zugeordnet werden. Beispielsweise können die Wahrscheinlichkeiten dem Kunden oder Experten derart mitgeteilt werden, dass den statistischen Werten oder den Polynomialkoeffizienten ein Beurteilungsschema zugewiesen wird. Beispielsweise kann ein Lager als gut, auffällig, kritisch oder defekt eingestuft werden. Jeder dieser Beurteilungen kann eine Handlungsempfehlung zugeordnet werden. Die Handlungsempfehlung kann eine grafische Darstellung, beispielsweise eine Ampeldarstellung umfassen oder kann in Textform verfasst sein. The probabilities derived from the resulting measured values can be assigned to an assessment scheme. For example, the probabilities can be communicated to the customer or expert in such a way that an assessment scheme is assigned to the statistical values or the polynomial coefficients. For example, a warehouse can be classified as good, conspicuous, critical or defective. A recommendation for action can be assigned to each of these assessments. The recommendation for action can include a graphic representation, for example a traffic light display, or it can be written in text form.

[0080] Fig. 6 zeigt eine Darstellung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele. Wie vorgehend beschrieben, werden beispielhaft N=9 Frequenzbereiche 7 ausgewertet. In einem ersten Schritt wird der Amplitudenwert xk,ndes k-ten Messwerts der Frequenzlinien des n-ten Frequenzbereichs gesammelt. In einem zweiten Schritt wird der k-te Datenvektor erstellt, gemäss x(k) = [xk,n, xk,2, ... xk,N] 6 shows an illustration of the method according to one of the preceding exemplary embodiments. As described above, N = 9 frequency ranges 7 are evaluated by way of example. In a first step, the amplitude value xk, n of the k-th measured value of the frequency lines of the n-th frequency range is collected. In a second step, the k-th data vector is created according to x (k) = [xk, n, xk, 2, ... xk, N]

[0081] In einem dritten Schritt wird aus dem k-ten Datenvektor ein neuer Messwert, der nachfolgend als Signalstärke bezeichnet wird, bestimmt, das heisst, SNR, FNR, Spitzenwerte, RMS-Messwerte, MA6*, FM4*, NB4, MA6, FM4, NA4, PAPR, Crest-factor, Energie-Ratio oder Kurtosis berechnet. In a third step, a new measured value, which is referred to below as signal strength, is determined from the k-th data vector, that is, SNR, FNR, peak values, RMS measured values, MA6 *, FM4 *, NB4, MA6, FM4, NA4, PAPR, crest factor, energy ratio or kurtosis are calculated.

[0082] Sobald alle K Signalstärken vorhanden sind, beispielsweise wie vorgehend beschrieben, 31 Signalstärken, kann gemäss der untenstehenden Berechnungsvorschrift in einem vierten Schritt in der Berechnungseinheit 51 ein neuer Datenvektor erstellt werden: y(i) = [x(1), x(2), ... x(31)] somit kann der grösste Wert in y(i) und dessen Position im Vektor gefunden werden. As soon as all K signal strengths are available, for example, as described above, 31 signal strengths, a new data vector can be created in a fourth step in the calculation unit 51 in accordance with the calculation rule below: y (i) = [x (1), x (2), ... x (31)] thus the largest value in y (i) and its position in the vector can be found.

[0083] In einem fünften Schritt wird der Datenvektor y(i) an die Klassifizierungseinheit geschickt. In einem sechsten Schritt wird der Datenvektor y(i) analysiert, wobei eine lineare Verteilung der kumulierten Summe ein Anzeichen hierfür ist, dass kein Lagerdefekt vorliegt, andernfalls ein Lagerdefekt wahrscheinlich ist. In a fifth step, the data vector y (i) is sent to the classification unit. In a sixth step, the data vector y (i) is analyzed, a linear distribution of the cumulative sum indicating that there is no bearing defect, otherwise a bearing defect is probable.

[0084] In einem siebenten Schritt wird der Typ des Lagerdefekts bestimmt, beispielsweise BPFI, BSF. In a seventh step, the type of bearing defect is determined, for example BPFI, BSF.

[0085] Fig. 7 zeigt eine Grafik des Frequenzspektrums F(i), welches die Amplitude in Abhängigkeit von der Frequenz zeigt. Die Amplitude wird auf der Ordinate aufgetragen, die Frequenz auf der Abszisse. Im Frequenzspektrum sind exemplarisch drei der Frequenzbereiche 7 abgebildet, der Frequenzbereich (1), der Frequenzbereich (2) sowie der Frequenzbereich (N). Des Weiteren sind exemplarisch die Lagerdefektfrequenzen Fg1, Fg2, FgN in den entsprechenden Frequenzbereichen (1, 2,...,N) eingezeichnet. Mit Fg1 ist die in Zusammenhang mit Fig. 4 bereits beschriebene Lagerdefektgrundfrequenz 4 bezeichnet. Mit Fg2 und FgN sind die Harmonische der Lagerdefektfrequenz 4 oder die Seitenbandmittenfrequenz der Lagerdefektfrequenz bezeichnet. 7 shows a graph of the frequency spectrum F (i), which shows the amplitude as a function of the frequency. The amplitude is plotted on the ordinate, the frequency on the abscissa. In the frequency spectrum, three of the frequency ranges 7 are shown as examples, the frequency range (1), the frequency range (2) and the frequency range (N). Furthermore, the bearing defect frequencies Fg1, Fg2, FgN in the corresponding frequency ranges (1, 2, ..., N) are shown as examples. The bearing defect fundamental frequency 4 already described in connection with FIG. 4 is denoted by Fg1. The harmonics of the bearing defect frequency 4 or the sideband center frequency of the bearing defect frequency are denoted by Fg2 and FgN.

[0086] Für den Fachmann ist offensichtlich, dass viele weitere Varianten zusätzlich zu den beschriebenen Ausführungsbeispielen möglich sind, ohne vom erfinderischen Konzept abzuweichen. Der Gegenstand der Erfindung wird somit durch die vorangehende Beschreibung nicht eingeschränkt und ist durch den Schutzbereich bestimmt, der durch die Ansprüche festgelegt ist. Für die Interpretation der Ansprüche oder der Beschreibung ist die breitest mögliche Lesart der Ansprüche massgeblich. Insbesondere sollen die Begriffe „enthalten“ oder „beinhalten“ derart interpretiert werden, dass sie sich auf Elemente, Komponenten oder Schritte in einer nichtausschliesslichen Bedeutung beziehen, wodurch angedeutet werden soll, dass die Elemente, Komponenten oder Schritte vorhanden sein können oder genutzt werden können, dass sie mit anderen Elementen, Komponenten oder Schritten kombiniert werden können, die nicht explizit erwähnt sind. Wenn die Ansprüche sich auf ein Element oder eine Komponente aus einer Gruppe beziehen, die aus A, B, C bis N Elementen oder Komponenten bestehen kann, soll diese Formulierung derart interpretiert werden, dass nur ein einziges Element dieser Gruppe erforderlich ist, und nicht eine Kombination von A und N, B und N oder irgendeiner anderen Kombination von zwei oder mehr Elementen oder Komponenten dieser Gruppe. It is obvious to a person skilled in the art that many further variants are possible in addition to the exemplary embodiments described without deviating from the inventive concept. The subject matter of the invention is therefore not restricted by the preceding description and is determined by the scope of protection which is defined by the claims. The broadest possible reading of the claims is decisive for the interpretation of the claims or the description. In particular, the terms "contain" or "contain" are to be interpreted in such a way that they refer to elements, components or steps in a non-exclusive sense, which is intended to indicate that the elements, components or steps can be present or can be used, that they can be combined with other elements, components or steps that are not explicitly mentioned. When the claims relate to an element or component from a group which may consist of A, B, C to N elements or components, this formulation should be interpreted in such a way that only a single element of that group is required, and not one Combination of A and N, B and N, or any other combination of two or more elements or components of this group.

Claims (14)

1. Verfahren zur Diagnose eines Lagers (10, 20) einer Maschine umfassend eine Aufnahme von Vibrationsdaten (16, 26) durch einen am oder in der Nähe des Lagers angebrachten Vibrationssensor (15, 25), wobei die Vibrationsdaten (16, 26) charakteristisch für das Betriebsverhalten des Lagers (10, 20) sind, Einspeisen der Vibrationsdaten (16, 26) in eine Digitalisierungseinheit (40) zur Digitalisierung der Vibrationsdaten (16, 26) und Erstellen von digitalisierten Vibrationsdaten (46), Einspeisen der digitalisierten Vibrationsdaten (46) in einen Prozessor (50), wobei im Prozessor (50) eine Berechnung eines Frequenzspektrums (1) aus den digitalisierten Vibrationsdaten (46) erfolgt, wobei das Frequenzspektrum (1) in eine Mehrzahl von Frequenzbereichen 1 bis N unterteilt wird, wobei jeder der Frequenzbereiche 1 bis N eine Mehrzahl von Frequenzlinien 1 bis K umfasst, wobei zu jeder der K Frequenzlinien ein Datenvektor mit N Elementen ermittelt wird, sodass zu den N Frequenzbereichen K Datenvektoren erhalten werden, wobei aus jedem der K Datenvektoren eine Signalstärke ermittelt wird, wobei aus den Signalstärken eine Kurve gebildet wird, die mittels eines Polynoms beschrieben werden kann und deren nicht-Linearität, ermittelt durch die Beurteilung der Höhe der einzelnen Polynomialkoeffizienten und deren Verhältnisse zueinander, Aussagen über den Lagerdefekt und dessen Grösse zulassen, sodass diese K Signalstärken Aussagen über den Lagerdefekt zulassen oder der Position des Lagers (10, 20) in der Maschine entsprechen und daher eindeutig dem entsprechenden Lager (10, 20) der Maschine zugeordnet werden können, sodass der Betriebszustand oder der Einbauort des Lagers (10, 20) in der Maschine zu jedem Zeitpunkt erfasst werden kann.A method for diagnosing a bearing (10, 20) of a machine, comprising recording vibration data (16, 26) by a vibration sensor (15, 25) attached to or in the vicinity of the bearing, the vibration data (16, 26) being characteristic for the operating behavior of the bearing (10, 20), feeding the vibration data (16, 26) into a digitization unit (40) for digitizing the vibration data (16, 26) and creating digitized vibration data (46), feeding in the digitized vibration data (46 ) in a processor (50), the processor (50) calculating a frequency spectrum (1) from the digitized vibration data (46), the frequency spectrum (1) being subdivided into a plurality of frequency ranges 1 to N, each of the Frequency ranges 1 to N comprises a plurality of frequency lines 1 to K, a data vector with N elements being determined for each of the K frequency lines, so that K data vectors for the N frequency ranges Ren can be obtained, whereby a signal strength is determined from each of the K data vectors, whereby a curve is formed from the signal strengths, which can be described by means of a polynomial and its non-linearity, determined by assessing the height of the individual polynomial coefficients and their relationships to one another Allow statements about the bearing defect and its size so that these K signal strengths permit statements about the bearing defect or correspond to the position of the bearing (10, 20) in the machine and can therefore be clearly assigned to the corresponding bearing (10, 20) of the machine, so that the operating state or the installation location of the bearing (10, 20) in the machine can be recorded at any time. 2. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein erweitertes Messfenster für jede Frequenzlinie verwendet wird, welches mehrere nebeneinander liegende Frequenzlinien berücksichtigt.2. The method according to claim 1, wherein an expanded measurement window is used for each frequency line which takes into account a plurality of frequency lines lying next to one another. 3. Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei zur Ermittlung Signalstärken ein Suchverfahren für Signalstärken verwendet wird.3. The method according to any one of claims 1 or 2, wherein a search method for signal strengths is used to determine signal strengths. 4. Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Signalstärken ein Element aus der Gruppe der SNR, FNR, Amplituden, Summe von Amplituden, Spitzenwerte, RMS-Messwerte, MA6*, FM4*, NB4, MA6, FM4, NA4, PAPR, Crest-factor, Energie-Ratio, Kurtosis umfassen.4. The method according to any one of the preceding claims, wherein the signal strengths an element from the group of SNR, FNR, amplitudes, sum of amplitudes, peak values, RMS measured values, MA6 *, FM4 *, NB4, MA6, FM4, NA4, PAPR , Crest factor, energy ratio, kurtosis include. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mittels einem Optimierungskriterium ein optimaler Index ermittelt wird, wobei das Optimierungskriterium ein Element aus der Gruppe der SNR, FNR, Amplituden, Summe von Amplituden, Spitzenwerte, RMS Messwerte, MA6*, FM4*, NB4, MA6, FM4, NA4, PAPR, Crest-factor, Energie-Ratio, Kurtosis umfasst.5. The method according to any one of the preceding claims, wherein an optimal index is determined by means of an optimization criterion, the optimization criterion being an element from the group of SNR, FNR, amplitudes, sum of amplitudes, peak values, RMS measured values, MA6 *, FM4 *, NB4 , MA6, FM4, NA4, PAPR, Crest-factor, Energy-Ratio, Kurtosis includes. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Signalstärke für weitere Analysen verwendet wird, wobei weitere Daten, beispielsweise Daten einer Mehrzahl von Tagen, berücksichtigt werden können.6. The method according to any one of the preceding claims, wherein the signal strength is used for further analyzes, further data, for example data from a plurality of days, can be taken into account. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messwerte der Frequenzbereiche mittels eines Klassifizierungsverfahrens analysiert werden, welches basierend auf der Verteilungsfunktion der kumulierten Summe eine Kurve ergibt, welche mittels eines Polynoms beschrieben und mit einer linearen Kurve verglichen werden kann, woraus ein Abweichungswert ermittelt werden kann.7. The method according to any one of the preceding claims, wherein the measured values of the frequency ranges are analyzed by means of a classification method which, based on the distribution function of the cumulative sum, results in a curve which can be described by means of a polynomial and compared with a linear curve, from which a deviation value is determined can be. 8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei mittels des Klassifizierungsverfahrens der Typ des Lagerdefekts oder dessen Schweregrad ermittelt wird, indem der Abweichungsgrad in Klassen unterteilt wird und jede Klasse einem bestimmten Schweregrad entspricht.8. The method according to claim 7, wherein the type of bearing defect or its severity is determined by means of the classification method by dividing the degree of deviation into classes and each class corresponds to a specific degree of severity. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei mittels des Klassifizierungsverfahrens ermittelt wird, in welchem Stadium sich der Lagerdefekt befindet, wobei ein Polynom P-ten Grades oder einer Interpolationsfunktion oder einer Kurvenanpassungsfunktion berechnet wird, wobei je nach Grösse der Polynomialkoeffizienten auf die Linearität bzw. Nichtlinearität und somit auf die Stärke des vorhandenen Lagerdefekts rückgeschlossen werden kann.9. The method according to any one of claims 7 or 8, wherein the classification method is used to determine the stage in which the bearing defect is, wherein a polynomial P-th degree or an interpolation function or a curve fitting function is calculated, depending on the size of the polynomial coefficient on the Linearity or non-linearity and thus the strength of the existing bearing defect can be inferred. 10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Automatisierung der Analyse die Daten durch Verfahren des maschinellen Lernens verarbeitet werden, beispielsweise mittels eines neuronalen Netzwerks, insbesondere mittels eines tiefen neuronalen Netzwerks.10. The method according to any one of the preceding claims, wherein to automate the analysis, the data are processed by machine learning methods, for example by means of a neural network, in particular by means of a deep neural network. 11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Mehrzahl von statistischen Berechnungen durchgeführt wird, deren Resultat eine Wahrscheinlichkeit für eine bestimmte Fehlerfrequenz ergibt.11. The method according to any one of the preceding claims, wherein a plurality of statistical calculations is carried out, the result of which gives a probability for a specific error frequency. 12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei aus den Messwerten abgeleitete Wahrscheinlichkeiten einem Beurteilungsschema zugeordnet werden, aufgrund dessen das Lager als gut, auffällig, kritisch oder defekt eingestuft werden kann.12. The method according to any one of the preceding claims, wherein probabilities derived from the measured values are assigned to an assessment scheme, on the basis of which the bearing can be classified as good, conspicuous, critical or defective. 13. Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei kein Drehzahlsensor zur Bestimmung des Betriebszustandes jedes der Lager erforderlich ist.13. The method according to any one of the preceding claims, wherein no speed sensor is required to determine the operating state of each of the bearings. 14. Verwendung des Verfahrens zur Bestimmung der Drehfrequenz (RPM) einer Maschine oder zur Ermittlung des Lagertyps und Lagerherstellers.14. Use of the method to determine the rotational frequency (RPM) of a machine or to determine the bearing type and bearing manufacturer.
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