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用于识别和监控状态的方法和设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种状态识别和状态监控系统(100)，其用于至少短暂地，必要时周期性地，优选甚至永久地在值、信号或数据技术上检测和监控至少一个结构组件(K)或部件或者甚至该结构组件或部件的子元件、尤其是例如在风力机组中或上的至少一个轴承或转动连接件的状态参数；本发明还涉及一种附属的方法，其特征在于具有至少一个、优选多于两个安装或安设到结构组件(K)或部件上的接触传感器(3)，该接触传感器优选可以直接或间接地安装或安设在安设位置(A)上、尤其是该结构组件(K)的平坦或倒圆的表面(1)或轮廓处或上，例如可以借助螺纹连接/插接/熔焊/钎焊/粘接或夹紧安装或安设在风力机组中的轴承环附近，优选大滚动轴承的凸鼻环或承载环或保持环附近，替选地该接触传感器可以直接安装或安设在风力机组的叶片轴承、主轴承或塔轴承的至少一个内表面或外表面处或上。
【专利说明】用于识别和监控状态的方法和设备

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种状态识别和状态监控系统，其用于至少短暂地，必要时周期性地， 优选甚至永久地在值、信号或数据技术上检测和监控至少一个结构组件或部件，或者甚至 该结构组件或部件的子元件、尤其是例如在风力机组中或上的至少一个轴承或转动连接件 的状态参数，以及本发明还涉及一种附属的方法。本发明的特征在于具有至少一个安装或 安设在结构组件或部件上的接触传感器，该接触传感器优选可以直接或间接地安装或安设 在安设位置上、尤其是该结构组件的平坦或倒圆的表面或轮廓处或上，例如可以借助您接/ 插接/熔焊/钎焊/粘接或夹紧安装或安设在风力机组中的轴承环附近、优选大滚动轴承 的凸鼻环或承载环或保持环附近，替选地，该接触传感器可以直接安装或安设在风力机组 的叶片轴承、主轴承或塔轴承的至少一个内表面或外表面处或上。

【背景技术】
[0002] 现今的转动连接件和滚动轴承、例如风力机组中的大滚动轴承根据现有技术应该 始终以润滑剂（油或脂）进行润滑以例如减少摩擦，以便避免轴承卡住，并且因此实现轴承 和滚道系统部件的尽可能高的使用寿命。
[0003] 很多轴承和机组制造商提出了吸引人的技术解决方案，以便可以检测和监控润滑 不足和磨损问题，这些问题会导致轴承和转动连接件和其滚道系统部件提前出现故障。EP 2153077B1例如描述了用于借助通过电感式耦合器传递电能来识别和监控滚动轴承中的 损坏的设备。
[0004]EP2306006例如以如下方式具有用于风力涡轮机的状态监控系统，S卩，使用多个 能够监控风力涡轮机运行的加速传感器。监控时间看来是集中在整个机组中，而不是其部 分区域上。相反地，EP0529354涉及用于监控滚动轴承本身的设备，其中，传感器布置在滚 动体之间的滚动体结构空间内，其数据应该在电磁路径上传递。最后，EP0637734示出用 于测量作用到滚动轴承上的负载的监控系统，其中，该测量应该在借助使用线圈的电感路 径上进行，并且使用处于滚道系统内的传感器。
[0005] 其中仅少数检测和监控系统在技术上也是成熟的。其中大部分系统不完全适用于 实践中。因此，在轴承和转动连接件技术中，例如在使用在风能机组的滚动轴承中的情况 下，至今其中少数系统实际上得到普遍使用。
[0006] 然而，风能机组的很多制造商和运营商考虑的是，例如以如下方式解决润滑不足 和由此导致的磨损问题，即，确保新鲜的润滑剂的永久输送。WO2010/125000描述了用于风 能机组的轴承和液体容器（英语'fluidcanister(液体罐）")，该液体容器安装在外轴承 环的周边上，以便可以给轴承提供新鲜的润滑剂。最后，2002年的优先权文献EP1273814 例如也描述了用于改进滚动轴承、尤其是应用在风力涡轮机中的轴承的润滑的设备。在每 个构思中，多个分别填充有润滑剂的润滑剂箱部段式地安装在轴承环上，以便将润滑剂在 需要时注入轴承的滚道系统中。控制润滑剂的注入例如通过中心润滑机组（ZSA)进行。也 就是说，在这里找到了受控的润滑剂输送。从轴承或转动连接件中输出使用过的旧的润滑 剂多次通过排放的密封件进行。通常不发生"感应"，即传感检测轴承中的实际的润滑效果、 尤其是在具有后置的调节电路的电或电子路径上传感检测。轴承和滚道系统部件中的润滑 和磨损状态的良好监控的实现事实上是很重要的，这是因为监控和磨损传感器件本身必须 经常安设到滚道系统本身中。这种监控和磨损传感器件现在通常大部分由电子或机电部件 构成。
[0007] 然而，必须在滚道系统的不利的条件下存在的电子器件在实践中要满足对抵抗周 围环境影响（例如高的温度差）的稳定性、抵抗高压的耐久性的非常高的要求；对抵抗机械 负载（例如作用的拉力和压力以及扭力）的稳定性的高要求；以及最后对抵抗流体（油、润 滑剂）的稳定性的高要求。在实践中，在滚道系统中具有电子器件或电子部件的轴承和转 动连接件技术的发明具有这些电子器件或传感器件的提高的故障率。
[0008] 这些要求例如与对周围环境的例如可以在针对汽车电子器件的要求标识中找到 的要求相似。
[0009] 对此出现的困难是，在时间过程中随着轴承或转动连接件的耗损产生的可能的碎 肩或碎块可以"松散地"在滚道系统中运动，并且因此会干扰、污染或损坏滚道系统中的电 子器件。这样的干扰或损坏会导致处于滚道系统中的电子器件或传感器件的损坏。
[0010] 概括来说，现在难以提供一种根据轴承或转动连接件的使用寿命上设计的、处于 滚道系统内部的电子监控单元，其可以可靠地监控轴承和滚道系统部件的润滑和磨损状 态。仅在受控的润滑剂输送的意义中提供了润滑剂管理的其他发明经常不具有进一步的调 节和传感器机构，这些调节和传感器机构是必要的，以确保可靠的润滑和磨损状态监控。


【发明内容】

[0011] 本发明的解决构思是由现有技术的上面提到的现存问题得到的发展前景。本发明 适用于解决激发本发明的提供状态识别和状态监控系统的任务，该状态识别和状态监控系 统能够短暂地、例如周期性地、优选甚至永久地检测和监控被监控的结构组件或部件的状 态参数，以便可以作出关于被监控的结构组件和部件的相应的当前状态的报告，这些被监 控的结构组件和部件可以是轴承或大滚动轴承或转动连接件或者甚至是其一部分。
[0012] 此外，通过状态识别和状态监控系统来解决任务的目标是：可以作出关于例如三 个运行参数："润滑效果"、"润滑剂状态"、"磨损状态"中的一个的前瞻性的报告。这些前瞻 性的报告应该以加权结果的形式表明对于在"润滑效果"或者说"润滑剂状态"或者说"磨 损状态"方面被监控的结构组件/部件来说，在可预见的时间内是否可以预料到或以一定的 概率预料到损坏、缺陷或完全失灵。
[0013] 此外，本发明的任务是，对于状态识别和状态监控系统来说重要的传感器、尤其是 随后详细描述的接触传感器、但优选还有随后描述的同级的（nebengeordnet)传感器应该 不处于滚道系统内部（这是因为在那里会提高传感器的易故障性或易受干扰性），而是可 以从外部安装或安设到待监控的结构组件上、例如分别安装或安设到待监控的结构组件和 部件的外表面上。代替术语"同级的传感器"，使用意思相同的术语"辅助传感器"或"同级 的传感器件"。
[0014] 在本发明的还将进一步改进的设计方式中，根据本发明的状态识别和状态监控系 统解决的任务是，可以识别出最多四十个不同的表征尤其是在轴承或转动连接件上即将发 生的构件或部件损坏的运行模式。
[0015] 如果这种运行模式以相应存在的概率可靠地被识别出，那么在本发明的特别的设 计方案中，该运行模式必然会被识别为非正常运行的状态。因此，在被监控的部件中以一定 的概率存在"错误"。针对每个错误，状态识别和状态监控系统可以存储至少一个"错误代 码"或"错误诊断码"。该"错误代码"或"错误诊断码"可以被进一步转递。
[0016] 本发明因此提供了一种用以在状态提前识别的意义中识别和监控（英语： "condition(based)monitoring,serviceanddiagnose((基于）条件的监控、维护和诊 断））轴承/滚动轴承和大滚动轴承以及针对转动连接件的状态的方法和设备。本发明的 优点有利于被监控的结构组件或部件，例如轴承、大滚动轴承或转动连接件的维护能力和 诊断能力。
[0017] 本发明同样提供了在软件技术的模块化和被监控的结构组件或部件的分析方面 的改进的特性，模块化和分析必要时可以紧接在状态识别和状态监控之后执行。软件技术 的模块化和分析例如可以在中心或控制计算机中进行，该中心或控制计算机优选在位置上 与各个被监控的结构组件或部件或者说所述被监控的结构组件或部件分离。
[0018] 在此，相对于上面描述的当前的现有技术中的迄今为止的构思，本发明走了一条 新的路径。在现有技术中示出将传感器件和电子器件安设到滚道系统中以在滚道系统内检 测测量值的各种各样的解决方案。出于上面描述的原因，这是不利的：对抵抗周围环境影响 (例如高的温度差）的稳定性、抵抗高压的耐久性的高要求；抵抗机械负载（例如作用的拉 力和压力以及扭力）的稳定性的高要求；以及最后抵抗流体的稳定性的高要求。
[0019] 在本发明的意义中随后解释的可从外部安装或安设的传感器或电子器件通常需 要满足比要安设到滚道系统中的传感器件或电子器件更小的稳定性方面的要求，并且因此 是更有利的。
[0020] 具有创造性的构想提供了系统解决方案，以便检测如下三个状态："润滑效果"或 者说"润滑剂状态"或者说"磨损状态"中的至少一个。当提供了一种能够通过周期性地、 优选永久地、尤其是在时间上连续地评估信号和测量值来实现对状态改变的检测和评估的 状态识别和状态监控系统时，根据本发明的解决方案是特别有利的，这些状态改变可以不 利地影响结构组件或部件的使用寿命。
[0021] 在实现至少短暂地或周期性地、但优选永久地接收实际值即1ST值或者说实际数 据即1ST数据的情况下，相应待监控的结构组件或部件、例如轴承或转动连接件通过根据 本发明的解决方案与此相应地被监控，这些实际值或实际数据连续且尽可能不间断地与存 储的额定值即SOLL值或额定数据即SOLL数据进行对比。在借助可以安置或安装在外部、 例如在上面描述的中心计算机中的知识数据库的情况下，例如被监控的轴承或被监控的转 动连接件的当前状态的判定在借助统计概率的情况下进行。
[0022] 术语"知识数据库"、"知识库"、"知识数据基体"在本说明书的范围内理解为相同 意思。知识数据库可以要么安放或存在于（极为先进的）IT和电子系统中，要么安放或存 在于上面描述的中心计算机中。在知识数据库（英语"KnowledgeBase(知识库）"）中，除 了所谓的阈值数据或阈值之外还存储有预限定的特性曲线和运行模式、所谓的知识数据或 知识值。
[0023] 术语"（极为先进的）IT和电子系统"在本说明书的范围内稍后还将阐述。
[0024] 从物理作用原理和产生不同类型的构件损坏（例如不同类型的轴承损坏）以及在 该构件或相邻的构件中（例如轴承中）的运行或滚动噪音的不同的改变的情况出发，通过 仔细接收或检测该构件、例如轴承的振动或振荡或噪音可以推断出构件/轴承的内部的相 应的当前状态。
[0025] 在根据本发明的意义中特别有利的是，借助安装在构件的外表面上的接触传感器 器件来接收振动或振荡或噪音，以便推断出构件内部的相应的当前状态。
[0026] 术语"接收"或"检测"在此与术语"测量"相同。在随后的描述中，术语"振动"或 "振荡"同样简称为"噪音"。在该意义中，术语"振动"、"振荡"和"噪音"理解为相同意思。
[0027] 针对轴承或转动连接件，这指的是借助安装或安设在轴承/转动连接件的外表面 上的接触传感器接收或测量轴承/转动连接件的运行/滚动噪音。这些轴承噪音以及必要 时还有辅助信号或同级的信号例如可以紧接着被放大、滤波和评估。根据本发明，对这些接 收到的轴承噪音以及必要时还有辅助信号的评估产生了很可靠的、在大多情况下但在技术 上可用的对构件或部件、例如轴承或转动连接件内部的当前状态的识别或推断。
[0028] 代替术语"同级的传感器件"，随后使用意思相同的术语"具有同级功能的传感器 件"。在说明书的范围内，在术语的意义上来说，可以借助同级的传感器件接收或者说检测 的信号理解为"辅助信号"。这种"辅助信号"或"同级的信号"例如可以是、但并不局限于 关于转速/位置/加速度/温度/压力/润滑剂状态的检测到的信号、检测到的值或检测 到的数据。在本发明的另一设计方案中，速度状态也可以是"同级的信号"。
[0029] 接触传感器件和辅助传感器件因此能够实现对被监控的结构组件或部件中的状 态的检测。
[0030] 根据本发明且同样可想到的是，同级的传感器件不仅可以接收或者说检测当前的 运行状态，即当前的瞬时值，而且也可以接收或者说检测在一定的时间间隔内平均的状态， 例如平均转速、平均加速度、平均温度、平均压力或平均润滑剂状态。
[0031] 根据本发明，作为轴承或转动连接件考虑所有历史上和根据现有技术常见的形式 和结构类型的转动连接件或滚动轴承或大滚动轴承以及力矩轴承，例如但并不局限于：单 列或多列的四点轴承、圆柱滚子轴承、组合轴承、交叉滚子轴承、锥形滚子轴承、线材轴承 (Drahtlager)、单列或多列的专门转动连接件（Sonderdrehverbindung)、球转动连接件、滚 子转动连接件、交叉滚子转动连接件、组合转动连接件（滚子/球）以及所有常见的存在于 或可安装在风能机组中的叶片轴承（英语"Pitchlager(变桨轴承）"）以及塔轴承或方位 轴承、主轴承或转子轴承等等。
[0032] 相应的轴承或相应的转动连接件用于轴向和/或径向接收力和力矩。本发明的另 一设计方案也能够实现使用深沟球轴承、调心球轴承、单斜球轴承或双斜球轴承、轴向深沟 球轴承、滚针轴承和调心滚子轴承、鼓形滚子轴承以及甚至圆环滚子轴承。
[0033] 显然，在本发明的意义中，公知的接触传感器（必要时结合附加的同级的传感器 件）也可以安装或安设在枢转驱动装置的转动连接件的外表面上。根据本发明且同样可行 的是，将接触传感器安装或安设在枢转驱动装置的壳体或轮廓或壳体的一部分上。
[0034] 对于术语"枢转驱动装置":在文献中同样被称为"枢转传动装置"的枢转驱动装置 (英语："swiveldrive(旋转驱动装置）"、"slewdrive(回转驱动装置）"或"pivoting drive(枢转驱动装置）"）与转动连接件（英语："slewring(回转环）"或"slewing ring(回转环）"）或与转动轴承或力矩轴承（英语'rotationalbearing(旋转轴承）" 或"torquebearing(扭力轴承）"）的不同在于，处于枢转驱动装置中的转动连接件或在那 里的轴承具有啮合元件，并且这些啮合元件与蜗杆轴直接接触。蜗杆轴可以通过液压电机 或电动机或通过泵进行转动运动中，由此该转动运动因此通过蜗杆轴齿部的咬合齿侧传递 到转动连接件或轴承的啮合元件上。显然地，接触传感器不仅适用于使用在蜗杆传动的枢 转传动装置中，而且还适用于使用在小齿轮传动的枢转传动装置中。同级的传感器件同样 不仅适用于使用在蜗杆传动的枢转传动装置中，而且还适用于使用在小齿轮传动的枢转传 动装置中。
[0035] 在本发明的意义中，接触传感器尤其安装或安设、例如固定地粘接在轴承或转动 连接件的外表面上。将接触传感器涂装或涂覆到其中一个或多个外表面上或者替选地将接 触传感器层压到相应的外表面的层序列中也是可行且可想到的，只要接触传感器的结构和 尺寸允许该安装或安设方式。这同样适用于同级的传感器件。
[0036] 在进一步的描述中，术语"接触传感器"和术语"接触传感器结构组件"是意思相 同的。
[0037] 进一步描述的"传感器毯（Sensormatte) "或"传感器网络"实现了与接触传感器 或者说接触传感器结构组件相同的任务。在本发明的意义中，这种"传感器毯"或这种"传 感器网络"也是"接触传感器件"。这样的接触传感器件、例如每个分立的接触传感器或者 说每个接触传感器结构组件可以用作比较普通的、仅能用物理方式检测信号或噪音的接收 器或检测器，而且还可以用作优选与逻辑或电子结构组件连接的、必要时甚至与附带的微 控制器连接的早期的智能传感器（英语："smartsensor(智慧型传感器）")，其中，这种智 能传感器可以借助集成的微处理器和控制机构以及运算机构，以及必要时集成在该微控制 器内的存储器结构组和接口结构组来处理和传递检测到的值、信号或数据（例如接收的噪 音）。这种智能传感器的所有刚刚提到的实施方式都在本发明的框架内。
[0038] 但至少，例如在最简单的且通常最廉价的实施方式中，根据本发明的接触传感器 或根据本发明的接触传感器件具有用于以物理方式接收或检测信号或噪音的一个或多个 器件。原则上，用于借助接触传感器件以物理方式接收或检测噪音的相应的器件可以划分 为三类。第一类：压电式接收器/检测器。第二类：电感式接收器/检测器。第三类：电容 式接收器/检测器。
[0039] 这同样适用于同级的传感器件：至少，例如在最普通的且最廉价的实施方式中，同 级的传感器具有用于以物理方式接收或检测同级的信号的一个或多个器件。同级的传感器 可以用作仅能用物理方式检测同级的信号的接收器或检测器，也可以用作例如借助集成的 微处理器和控制机构以及运算机构，以及必要时集成的存储器结构组和接口结构组的具有 附带的逻辑或电子结构组件的相对智能的传感器（类似于上面的描述）。这种智能的同级 的传感器的所有刚刚提到的实施方式都在本发明的框架内。
[0040] 具有压电式接收器的接触传感器根据本发明以适宜的方式直接地，即以实体 (k6rperlich)安装或安设到待监控的结构组件或部件的表面或轮廓上。传感器内部的可以 面式地或点状地与表面或轮廓接触的膜优选与接触传感器内部连接。如果在被监控的结构 组件或部件内出现噪音、振荡、振动，那么这些噪音由接触传感器以如下方式接收：该振动 等同于膜的位置和/或延伸部中的多次的机械改变。这些机械改变例如传递到以实体固定 在膜上的压电元件上。根据压电效应，压电材料的机械改变优选在压电陶瓷的端部上产生 电位差。该电位差导致电压。该电压转被转递到接口上。
[0041] 在压电式接收器的另一设计方案中可以取消传感器内部的膜。
[0042] 而具有电感式接收器的接触传感器优选同样直接/以实体安装或安设到待监控 的结构组件或部件的表面上。参见上面所述。传感器内部的膜由于接收到的信号或噪音可 以进行振动。该振动等同于膜的位置和/或延伸部中的多次的机械改变。这些机械改变例 如传递到以实体固定在膜上的永磁体上，其中，相应的永磁体沉入线圈中，或者可以沿该线 圈，即相对于线圈运动。根据电感应，磁场中的位置的机械改变产生电位差。电位差导致电 压。电位差导致电压。该电压被传递到接口上。在电感式接收器的另一设计方案中可以取 消传感器内部的膜。
[0043] 在电感式接收器的另一设计方案中，线圈可以在永磁芯中运动，S卩，相对于永磁材 料运动，并且因此感应出电压。替选地，可以由电磁体形成两个磁极。于是，感应通过这两 个磁极彼此间的相对运动实现。在每种情况下，这种电感式接收器的作用原理都基于运动 的导体结合磁场运动的原理。电位差导致电压。该电压被转递到接口上。
[0044] 具有电容式接收器的接触传感器例如同样直接/以实体安装或安设到待监控的 结构组件或部件的表面上。传感器内部的膜由于接收的信号或噪音可以进行振动。该振动 等同于膜的位置和/或延伸部中的多次的机械改变。这些机械改变例如被传递到一个或多 个以实体固定在膜上的电极上。根据电子技术的定律，电场的机械改变产生电容量差，该电 容量差导致电位差。该电位差导致电压。该电压被转递到接口上。
[0045] 在电感式接收器的另一设计方案中，在此也可以取消传感器内部的膜。
[0046] 接下来，根据"振荡"或"振动"分析的作用原理的现有科学的物理原理在后续过 程中被简称为和表述为"噪音"分析：
[0047] 与静止的流体不同，除了法向应力之外，弹性固体也可以接收剪切应力。因此，在 完全不受限制的固体中，两个不同类型的固体声波可以作为纵波和横波传播。这些波彼此 独立地传播。在这两种情况下，声速在最大程度上不依赖于频率。声速受到密度、剪切模量 (在横波的情况下）和弹性模量（在纵波的情况下）的影响。
[0048] 在本发明的意义中，被监控的或待监控的结构组件和部件是固体、优选具有限定 的表面和轮廓的固体，例如具有平坦的接触面或轴向或径向的倒圆的外表面的固体。当噪 音在结构组件中进行传播时，出现了横波与纵波之间的耦合，由此产生了其他类型的机械 固体声波。最重要的波类型是弯曲波，其中，出现弯曲变形。这些波的声速明显小于纵波和 横波的声速并且依赖于频率（扩散）。但是，弯曲波大多传输明显更多的声能，并且是发射 空气声音的主要原因。
[0049] 在本发明的意义中，所有在上面所描述的波都被称为"噪音"。
[0050] 根据本发明的接触传感器或者宽泛的说处于机组中的接触传感器件原则上用作 针对这些"噪音"的接收器/检测器。
[0051] 状态识别和状态监控系统不仅能够评估通过接触传感器件接收/检测到的"噪 音"，而且还提供用于其他应用的经处理的信号/数据/值。在此尤其适用的是，由同级的 传感器件检测/接收到的参数也可以用EDV技术进行处理，以便获得关于被监控的机组的 运行的状态信息。针对风能机组，这些运行状态可以是：
[0052] 转子或驱动轴的转速、在方位调节的情况下的吊舱位置和/或被调节的（英语 "g印itchter(被调整）"）叶片的位置、液压机组的压力存储器中的压力、液压机组或润滑 剂机组的填充状态、风能机组的功率、当前的和平均的风速、润滑剂（例如油）或冷却剂的 温度、轴承的当前的和平均的温度、当前的和平均的外部温度等等。
[0053] 针对风能机组，在本发明的意义中，不仅将同级的传感器件安装在轴承或转动连 接件上是有意义的，而且还证实有利的是：将同级的传感器件附加地安装在发电机中或上、 主变速器中或上、吊舱中或上，在本发明的另一设计方案中，将同级的传感器件例如也作为 风速测量器安装在吊舱上。为了获得关于其他运行状态的信息，建议附加地接收/检测电 功率传送器中或上的温度，或测量主发电机中的或其他发电机模块中的绕组温度。
[0054] 根据本发明的状态识别和状态监控系统满足如下的特性规定：与常见的EDV和IT 系统、尤其是与极为先进的IT和电子系统的兼容性、高的自动化程度、利用市场上常见的 软件和运行系统的可改装性、基于WEB的特性、制定文档的能力和支持报表功能。
[0055] 根据本发明的IT和电子系统与至少一个、优选多个评估单元，例如机电或电子评 估单元连接或可以连接。在本发明的另一设计方案中，这些评估单元是IT和电子系统的一 部分。
[0056] 对称的状态识别和状态监控系统包括或包含至少一个这样的、必要时极为先进的 IT和电子系统和至少一个知识数据库以及其中至少一个上面描述的接触传感器、但优选是 由其中多个上面描述的接触传感器组成的网络以及其中至少一个上面描述的同级的传感 器或由同级的传感器件组成的联合机构。
[0057] 所有传感器（接触传感器和同级的传感器件）可以借助电线路，也就是说例如借 助从轴承或转动连接件引出和通向轴承或转动连接件的电线路或总线线路与待检测或待 监控的部件或者说待检测或待监控的构件连接。但无线的通信技术是优选的。
[0058] 接触传感器的同样以线路连接的方式或优选无线地与配对单元通信的功能原理 基于上面锁门描述的接收/检测噪音的作用原理。接收/检测到的信号/数据/值通过稍 后的"噪音"分析来评估。在优选的设计方式中，所有刚刚提到的传感器通常位于紧邻待监 控的构件或待监控的部件的周围环境中。
[0059] 在这种接触传感器的输出端上的、例如在电感或电容式或压电式传感器的输出端 上的并且必要时可以通过附加的电测量设备进行控制和观察的电压，必要时在预先对信号 /数据/值进行放大或滤波的情况下，被转递至配对单元、优选评估单元上。放大或滤波的 过程步骤是可选的，并且在信息品质足够好的情况下可以取消。根据本发明，信号/数据/ 值的放大或滤波可以在评估单元和/或IT和电子系统中进行。
[0060] 在借助接触传感器件接收/检测上面提到的"噪音"时例如可以使用抗混叠滤波 器（Anti-Aliasing-Filter)。例如，在频率为10kHz的噪声的情况下应用20kHz的信号扫 描频率。对滤波的控制优选通过极为先进的IT和电子系统来执行。信号的滤波也可以在 所描述的评估单元内进行。
[0061] 对借助接触传感器件获得的构件噪音、例如轴承噪音以及必要时检测到的辅助信 号的评估能够发现表征的频率部分和声音振幅：例如轴承或转动连接件中的损坏不仅可以 影响齿啮合振动和其谐振的振幅，还会导致不同的调制振动。与没有损坏的轴承或没有损 坏的转动连接件的噪音频谱相比，接收/检测到的噪音频谱发生改变。该改变可以通过大 致三个进一步的用于放大和滤波的分析方法在频率范围内被识别出：
[0062] _振幅频谱分析
[0063] -倒频谱分析
[0064] -包络线分析
[0065] 以及
[0066] -频率选择的特征值的分析。
[0067] 三个进一步的分析方法在本发明的意义中理想地通过极为先进的IT和电子系统 或在其内部执行。
[0068] 同级的传感器的功能原理可以基于不同的或多个作用原理，例如基于温度测量和 /或压力测量和/或转速测量和/或加速度测量和/或速度测量和/或润滑剂状态测定，必 要时也可以基于例如从位置识别中公知的增量式传感器技术。
[0069] 例如在借助极为先进的IT和电子系统的情况下优选从接触传感器件的信号/数 据/值中，并且必要时附加地在考虑到同级的传感器件的信号/数据/值的情况下，下面十 个振动参数中的至少一些可以被读出，或者在其中一个必要时安装在外部的评估单元中被 换算或者说测定：
[0070] 声压、声压级、声频、声音偏移度、声加速度、声强、声功率、声能量密度、声流等。但 尤其令人感兴趣的是声速，该声速满足方程式C=x*f，或者说[声速]=[波长]乘[频 率]，并且强烈地依赖于材料或者说介质。
[0071] 替选地，例如在上面所描述的中心计算机中可以测定上面提到的振动参数。在本 发明的另一设计方案中也可以使用至少一个评估单元来执行该测定。如果在本发明的意义 中使用了上面所描述的智能传感器（英语"smartsensor(智慧型传感器）"），那么在本发 明的技术上非常成熟的实施方案中，上面提到的振动参数必要时也可以在智能传感器内或 智能传感器网络内计算出。
[0072] 所有检测/接收到的信号/数据/值在本发明的意义中仅借助同级的传感器件来 接收/检测，这些检测/接收到的信号/数据/值不与上面提到的振动参数，即辅助信号、 例如当前的或平均的温度和/或压力和/或转速和/或加速度和/或速度和/或润滑剂状 态等等直接物理关联。
[0073] 接触传感器与必要时安装在外部的评估单元之间的值、信号或数据技术连接还有 辅助传感器与评估单元之前的值、信号或数据技术连接基于当前常见的协议和通讯服务来 进行。
[0074] 在将所有有线连接的传感器件安装或安设到结构组件或部件上的情况下重要的 是，以有线连接的方式与后面的评估或电子单元连接的传感器优选安装在始终没有旋转的 或始终没有强烈运动的构件或部件上。这在实践中是必需的，以便避免线材被缠绕或扯断。
[0075] 在本发明的优选设计方式中，始终构造出所有传感器件与评估单元的无线（英语 "wireless(无线）"）连接：因此传递例如通过无线电路段（代替通过分立的线路或总线线 路）进行。在这种优选的情况下，传感器件（接触传感器件和同级的传感器件）有利地分 别具有各自的电压供给。在本发明的无线的设计方式中尤其有利的是，不存在上面所描述 的缠绕或扯断的问题。
[0076] 状态识别和状态监控系统的根据本发明的解决方案此外能够实现将检测到的 (电）信号/值/数据与待监控的结构组件或待监控的部件（例如风力机组中的轴承或转 动连接件）的固定的界限值进行比较。在此可以考虑到在结构组件或部件的动态运行期间 出现的测量波动、例如转速波动。
[0077] 根据本发明的IT和电子系统原则上能够至少支持，但理想的是本身执行如下三 个运算操作：
[0078]-检测到的频谱的FFT(英语"FastFourierTransformation(快速傅里叶变 换）"），
[0079]-检测到的频谱的包络线分析，
[0080] 以及
[0081]-相应的阶次分析。
[0082] 该阶次分析在此理解为将检测到的频谱描绘为阶次谱。
[0083] 如果根据本发明的解决方案例如用于检测和监控风能机组中的轴承和转动连接 件，那么状态识别和状态监控系统原则上在技术上能够监控如下构件或部件：
[0084]-主轴承（英语"mainbearing(主轴承）"），
[0085] -塔轴承或方位轴承，
[0086] -叶片轴承（英语"bladebearing(叶片轴承）"），
[0087]-但必要时还有可能存在的变速器轴承或发电机轴承。
[0088] 因此，风能机组的提到的部件通过根据本发明的状态识别和状态监控系统处于至 少短暂的、优选周期性的、在理想情况下甚至永久的通过状态识别和状态监控系统的监控 下。在这些待监控的轴承上例如安装或安设有多个接触传感器，例如每个轴承至少一个、可 能总共甚至两个至十个接触传感器，用以接收/检测噪音信号/值/数据、所谓的实际值或 实际数据。
[0089] 在特殊的设计方式中，在每个轴承中有总共四个接触传感器例如以粘接方式，以 熔焊方式或以钎焊方式，以层压入、拧入或插入或夹入漆层序列中的方式，或者简单地借助 安装、装配或保持板材或保持设备安装在轴向的外表面和轴向与其平行地错开的下外表面 上。
[0090] 在本发明的意义中，"外表面"在此并不是非要理解为轴承的径向最外侧上的表 面，而是：在本发明的意义中，在随后的过程中毫无疑问地仅作为或被称为"表面"的"外表 面"是待监控的结构组件或部件以实体限定出的每个平坦的或倒圆的"轮廓"。在该意义中， 将待监控的结构组件或部件的固体相对其他实体限定的每个实体面都理解为"外表面"或 "表面"或"轮廓"。因此，轴承或转动连接件的径向内置的圆形表面或所有在轴向上方和下 方限定结构组件或部件的表面例如也始终理解为"表面"或"外表面"或"轮廓"。
[0091] 轴承噪音的借助接触传感器短暂地、周期性地或永久地接收/检测的实际值或实 际数据始终、在理想情况下甚至连续地与轴承噪音的额定值或额定数据进行比较。额定值 或额定数据可以保存或存储在（极为先进的）IT和电子系统或上面所描述的控制或中心计 算机、但优选至少一个评估单元中。在本发明的意义中且可想到的是数据的冗余存储。然 而在本发明的最有利的设计方案中，额定值或额定数据直接地、必要时冗余地保存在智能 接触传感器的存储器中。
[0092] 在本发明的另一设计方案中尤其可想到的是，极为先进的IT和电子系统和控制 或中心计算机形成一个单元。
[0093] 只要并且每当轴承噪音的接收或检测到的实际值或实际数据与轴承噪音的额定 值或额定数据之间存在的差超过一定的阈值，即上面提到的固定的界限值时，在借助根据 本发明的知识数据库的情况下进行一个或多个关于被监控的轴承的当前的噪音状态的判 定。
[0094] 当前的噪音状态、也就是当前接收/检测到的轴承噪音的所有相应的实际值或实 际数据短暂地或周期性地或永久地存储在至少一个IT和电子系统中，从而在那里可以绘 制出关于各自当前的噪音状态以及过去/之前的噪音状态的状态模型。
[0095] 这同样适用于同级的传感器件：运行状态的借助同级的传感器件短暂地、周期性 地或永久地接收/检测到的实际值或实际数据始终、在理想情况下甚至连续地与运行状态 的额定值或额定数据进行比较。额定值或额定数据可以保存或存储在至少一个极为先进的 IT和电子系统或上面描述的控制或中心计算机、但优选评估单元中。在本发明的意义中且 可想到的是数据的冗余存储。
[0096] 但在本发明的最有利的设计方案中，额定值或额定数据直接地、必要时冗余地保 存在智能接触传感器的存储器中。
[0097] 只要并且每当关于温度和/或压力和/或转速和/或加速度和/或速度和/或润 滑剂状态的实际值或实际数据与相应的额定值或额定数据之间存在的差超过一定的阈值， 即相应的固定的界限值时，在借助根据本发明的知识数据库的情况下进行一个或多个关于 被监控的轴承的当前的噪音状态的判定。
[0098] 当前的运行状态、也就是当前接收/检测到的运行状态的所有相应的实际值或实 际数据短暂地或周期性地或永久地存储在至少一个IT和电子系统中，从而在那里可以绘 制出关于相应当前的噪音状态以及过去/之前的噪音状态的状态模型。
[0099] 知识数据库、替选地极为先进的IT和电子系统或甚至中心或控制计算机、但优选 至少一个评估单元、在本发明的进一步的设计方案中甚至是智能传感器本身始终执行接收 /检测到的实际数据或实际值与被存储的额定数据或额定值的对照、所谓的比较或比对。
[0100] 实际即1ST与额定即SOLL的对照用于形成信号、数据或值差。该差形成例如以内 部的运算操作进行。这种被比较或比对的值或数据、也就是所形成的值或数据差可以理解 为比较或比对数据或"差数据"，并且在本说明书的范围内被称为DIFF值或DIFF数据。
[0101] 该差形成例如满足如下关系：

【权利要求】
1. 一种状态识别和状态监控系统（100)，所述状态识别和状态监控系统用于至少短暂 地，必要时周期性地，优选甚至永久地在值、信号或数据技术上检测和监控至少一个结构组 件（K)或部件的状态参数、例如在风力机组中或上的轴承或转动连接件的状态参数，所述 状态识别和状态监控系统具有： -安装或安设到该结构组件（K)或部件上的至少一个、优选多于两个的接触传感器 ⑶， -优选所述接触传感器能直接或间接地安装或安设在安设位置（A)上或中，所述安设 位置例如位于结构组件（K)的平坦或倒圆的表面（1)或轮廓上， -适宜地能借助螺纹连接/插接/熔焊/钎焊/粘接或夹紧例如安装或安设在大滚动 轴承的凸鼻环或承载环或保持环上， -替选地，所述接触传感器能直接地安装或安设在风力机组的叶片轴承、主轴承或塔轴 承的至少一个径向或轴向的内表面或外表面（1)处或上， -其中，为了转递信号/数据/值（4;5;14)，所述至少一个接触传感器（3)在值、信号 或数据技术上直接或间接与至少一个评估单元（E)或评估模块、尤其是与电子评估单元连 接或者能够连接， -其中，可选地，为了转递信号/数据/值（4 ;5;14)的目的，不是接触传感器（3)的至 少一个同级的传感器（20)也在值、信号或数据技术上直接或间接与该评估单元（E)连接或 者能够连接。
2. 根据权利要求1所述的状态识别和状态监控系统（100)，其特征在于， 信号/数据/值（4 ;5 ; 14)必要时在预先的放大或滤波（60 ;F/V)的情况下能在值、信 号或数据技术上由至少一个IT和电子系统（50)接收，替选地由多个IT和电子系统接收。
3. 根据上述权利要求中任一项所述的状态识别和状态监控系统（100)，其特征在于， 信号/数据/值（4 ;5 ; 14)的传送要么通过线路连接（L)、例如通过分立的线路（L)进 行，要么通过基于IEEE 802标准的局域网进行，但优选无线地（LW)进行。
4. 根据上述权利要求中任一项所述的状态识别和状态监控系统（100)，其特征在于， 信号/数据/值（4 ;5 ;14)的传送基于WLAN或蓝牙标准、替选地通过现场总线系统 进行，必要时在使用针对Profi总线系统、CAN总线系统、MOST总线系统、LIN总线系统、 FlexRay总线系统或Ethernet总线系统的发射和接收单元的情况下进行。
5. 根据上述权利要求中任一项所述的状态识别和状态监控系统（100)，其特征在于， 至少一个接触传感器（3)构造为压电式传感器、替选地构造为电感式传感器、替选地 也构造为电容式传感器，其中，必要时附加地，至少一个另外的同级的传感器（20)能直接 或间接地安装或安设在安设位置（B)上或中，或者该结构组件（K)或部件的表面（1)或轮 廓处或上，其中，多个安设位置（A;B)能在空间上重叠。
6. 根据上述权利要求中任一项所述的状态识别和状态监控系统（100)，其特征在于， 至少一个接触传感器（3)或同级的传感器（20)构造为具有至少一个存储器（18)的智 能传感器，优选所述至少一个接触传感器或所述同级的传感器在共同的壳体（21 ;26)中与 微控制器（6)连接。
7. 根据上述权利要求中任一项所述的状态识别和状态监控系统（100)，其特征在于， 所述至少一个接触传感器（3)和/或所述同级的传感器（20)具有如下结构组或部件 中的至少三个：微处理器（15)、控制机构（16)、运算机构（17)、接口（22 ;23 ; 19 ;24)、电压 供给器（12)、膜（7)、电极⑶或压电元件（9)或电感元件（11)或电阻（13)或永磁体/铁 (10)，以及必要时还具有系统总线（25)，优选其中，所述接触传感器（3)中的至少一个以膜 (7)点状地接触或面式地贴靠在结构组件（K)或部件的表面（1)或轮廓上。
8. 根据上述权利要求中任一项所述的状态识别和状态监控系统（100)，其特征在于， 所述至少一个接触传感器（3)和/或同级的传感器（20)被壳体（21 ;26)包围，所述壳 体在针对该传感器（3 ;20)的安设位置（A ;B)中直接或间接地安装或安设到结构组件（K) 或部件上，必要时借助保持设备、例如安装、装配或保持板材。
9. 根据上述权利要求中任一项所述的状态识别和状态监控系统（100)，其特征在于， -所述至少一个IT和电子系统（50)具有或包含知识数据库（WB)， -替选地与外部的知识数据库（WB)在值、信号或数据技术上连接或能够连接。 -其中，该知识数据库（WB)含有经验数据，例如阈值或界限值或所谓的THRESHOLD数据 或 THRESHOLD 值， -优选也/或者含有必要时描绘出多个阈值或界限值的序列或函数的特性曲线和运行 模式或所谓的知识数据或知识值， -其中理想地，一些特殊的知识数据或知识值表示或表明例如分别被称为SAMPLE_tit 的"已知为损坏部件或构件的运行模式"的序列或函数， -其中，所述至少一个IT和电子系统（50)在值、信号或数据技术上还与中心或控制计 算机（80)连接或能够连接，必要时所述中心或控制计算机在空间上与结构组件（K)或部件 分离地安装，例如离大约大于5米远地安装，优选离很多千米远地安装。
10. -种用于至少短暂地或周期性地，优选甚至永久地检测和监控至少一个结构组件 (K)或部件的、例如在风力机组中或上的轴承或转动连接件的状态参数的方法，所述方法具 有： 将至少一个接触传感器（3)、必要时附加地至少一个同级的传感器（20)的信号/数据 /值（4 ;5 ;14)直接或间接传送到至少一个评估单元（E)或IT和电子系统（50)上、替选地 多个（极为先进的）IT和电子系统的联合机构上。
11. 一种根据权利要求10所述的用于至少短暂地或周期性地，优选甚至永久地检测和 监控至少一个结构组件（K)或部件的状态参数的方法，其特征在于， 直接或间接传送信号/数据/值（4;5;14)以线路连接的方式进行，例如通过分立的 线路（L)或通过至少一个基于IEEE 802标准的网络进行，优选或替选地也无线地（LW)、 例如基于WLAN或蓝牙标准进行，或通过系统总线或现场总线系统进行，必要时在使用针对 Profi总线系统、或CAN总线系统、或MOST总线系统、或LIN总线系统、或FlexRay总线系统 或Ethernet总线系统的发射和接收单元的情况下进行。
12. -种根据权利要求10或权利要求11所述的用于至少短暂地或周期性地，优选甚至 永久地检测和监控至少一个结构组件（K)或部件的状态参数的方法，其特征在于， 在一个方法步骤中，优选为了形成差，例如根据如下运算操作来比较额定数据与实际 数据： DIFFi= 1ST i-SOLLi，或者说 ^DIFFi= SOLL i-ISTi。
13. -种根据权利要求10至12中任一项所述的用于至少短暂地或周期性地，优选甚至 永久地检测和监控至少一个结构组件（K)或部件的状态参数的方法，其特征在于， 在另一方法步骤中，优选为了监控阈值或界限值的目的，例如根据如下运算操作来比 较差值与上阈值或界限值： THRESHOLDi I < IDIFFiI == TRUE， 其中，必要时替选或附加地例如根据如下运算操作来比较差值与下阈值或界限值： THRESHOLDi I > IDIFFiI == TRUE。
14. 一种根据权利要求10至13中任一项所述的用于至少短暂地或周期性地，优选甚至 永久地检测和监控至少一个结构组件（K)或部件的状态参数的方法，其特征在于， 在另一方法步骤中，优选为了标记或标明识别出的超过各自允许的界限值的目的，为 此设置的计数器（k)例如根据如下运算操被增加： 如果 ITHRESHOLDiI < IDIFFiI = = TRUE，那么 k = k+Ι，或者 例如附加或替选地，在低于界限值的情况下，在使用为此设置的另一计数器（m)的情 况下类似地适用的是： 如果 IDIFFiI < ITHRESHOLDiI == TRUE，那么 m = m+l。
15. -种根据前述权利要求中任一项所述的用于至少短暂地或周期性地，优选甚至永 久地检测和监控至少一个结构组件（K)或部件的状态参数的方法，其特征在于， 在一个方法步骤中，优选为了能够在即将发生的构件（K)或部件损坏的情况下提前进 行维修或维护措施，发送例如形式为MESSAGE/DATA_ALERT信息的至少一个警告数据信息， 所述信息能够被发出至中心或控制计算机（80)和/或所述至少一个IT和电子系统（50) 上。
16. -种根据前述权利要求中任一项所述的用于至少短暂地或周期性地，优选甚至永 久地检测和监控至少一个结构组件（K)或部件的状态参数的方法，其特征在于， 只要识别出的超过允许的界限值的数量（Σ |k|)达到临界的数量（n_feit)，那么就发送 至少一个警告数据信息，例如根据如下运算操作： 如果 Σ |k| >n_feit，那么发送 MESSAGE/DATA_ALERT， 例如附加或替选地，对于低于界限值，在使用为此设置的另一计数器（m)的情况下类 似地适用的是： 如果 Σ |m| >p_feit，那么发送 MESSAGE/DATA_ALERT。
17. -种根据前述权利要求中任一项所述的用于至少短暂地或周期性地，优选甚至永 久地检测和监控至少一个结构组件（K)或部件的状态参数的方法，其特征在于， 附加或替选地，只要超过界限值的时间发生顺序或时间发生次序相应于至少一个"已 知为损坏部件或构件的运行模式"，那么就发送单独的警告数据信息，例如根据如下运算操 作： 如果 F {I THRESHOLDi I} = = SAMPLE_kHt，那么发送 MESSAGE/DATA_ALERT。
18. -种根据前述权利要求中任一项所述的用于至少短暂地或周期性地，优选甚至永 久地检测和监控至少一个结构组件（K)或部件的状态参数的方法，其特征在于， 能识别出至少一个、但适宜地最多四十个"已知为损坏部件或构件的运行模式"，其中， 该"已知为损坏部件或构件的运行模式"例如存储在知识库（WB)中，替选地存储在IT和电 子系统（50)中。
19. 一种根据前述权利要求中任一项所述的用于至少短暂地或周期性地，优选甚至永 久地检测和监控至少一个结构组件（K)或部件的状态参数的方法，其特征在于具有该能识 别出的"已知为损坏部件或构件的运行模式"： SAMPLE_titl= f (轴承磨损）， SAMPLE_tit2= f(轴承严重磨损）， SAMPLE_krit3= f (轴承中有碎肩）， SAMPLE_tit4= f(轴承中的润滑剂太少）， SAMPLE_tit5= f (滚道系统中形成了裂缝）， SAMPLE_tit6= f (滚道系统中形成了严重的裂缝）， SAMPLE_tm= f (滚道系统中形成了点蚀）， SAMPLE_tit8= f(轴承卡住或轴承锁死）， SAMPLE_tit9= f (棱边破裂）， SAMPLE_titl(l= f (轴承变形）， SAMPLE_titll= f(轴承严重变形）， SAMPLE_titl2= f (滚动体损坏）， SAMPLE_titl3= f (滚动体缺失）， SAMPLE_titl4= f (润滑剂过老化）， SAMPLE_titl5= f (润滑剂严重过老化）， SAMPLE_titl6= f (润滑剂中的铁含量升高）， SAMPLE_kritl7= f(螺栓预应力减小）， SAMPLE_kritl8= f(螺栓预应力严重损耗）， SAMPLE_titl9= f (滚道系统弹性变形）， SAMPLE^it2ci= f (轴承中有水）， SAMPLE_tit21= f (形成了小坑或凹槽）， SAMPLE_tit22= f (保持架磨损）， SAMPLE_tit23= f (保持架断裂）， SAMPLE_tit24= f (间隔块断裂）， SAMPLE_tit25= f (密封件泄漏）， SAMPLE_tit26= f (密封件卡入滚道系统中）， SAMPLE_tit27= f(预示齿部断裂）， SAMPLE_tit28= f (齿部断裂）， SAMPLE_tit29= f (轴承的磨损断裂）， SAMPLE_tit3(l= f (由于突然的叶片调整导致的轴承故障）， SAMPLE_tit31= f (由于雷击导致的轴承故障）， SAMPLE_tit32= f (轴承中的部段破裂）， SAMPLE_tit33= f(保持架中的部段破裂）， SAMPLE_krit34= f(叶片部分撕裂）， SAMPLE_tit35= f(叶片完全撕裂）， SAMPLE_krit36= f(主输出轴损坏）， SAMPLE_tit37= f (主输出轴断裂）， SAMPLE_krit38= f (轴承中的润滑剂压力升高）， SAMPLE_krit39= f (轴承中的润滑剂压力减小）， SAMPLE_krit40= f(螺栓预应力全部损耗）。
【文档编号】G01M13/04GK104520578SQ201380042252
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2013年7月9日 优先权日:2012年8月9日
【发明者】福尔克尔·迪茨 申请人:Imo控股有限责任公司