DE60005803T2

DE60005803T2 - Verfahren und einrichtung für getriebeoptimierung und selbstdiagnosefunktion

Info

Publication number: DE60005803T2
Application number: DE60005803T
Authority: DE
Inventors: C. Alan CHACHICH; A. Jaime WOODROFFE; C. Howard CHOE
Original assignee: Textron Systems Corp
Current assignee: Textron Systems Corp
Priority date: 1999-03-13
Filing date: 2000-03-10
Publication date: 2004-07-29
Anticipated expiration: 2020-03-11
Also published as: EP1159551A2; EP1159551B1; AU3734600A; WO2000055001A3; WO2000055001A2; WO2000055001A8; DE60005803D1

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf Getriebegehäuse und genauer auf Verfahren und Geräte zum aktiven Steuern eines Getriebegehäuses und Verfahren für Eigendiagnosesensoren, die in Systemen zum Überwachen des Betriebs des Getriebegehäuses verwendet werden.
2. Stand der Technik
In dem sich stets verschärfenden Wettbewerb auf dem industriellen Gebiet muss industrielle Ausrüstung, wie etwa eine Rotationsmaschinenanlage, bei oder nahe voller Kapazität arbeiten und einen derartigen Betrieb für lange Zeitperioden aufrechterhalten. Mit diesem Typ einer Anforderung, die derartiger Ausrüstung auferlegt wird, wird periodische Wartung wichtig, um katastrophale Fehler zu vermeiden. Natürlich erfordert periodische präventive Wartung, dass die Ausrüstung für einen Service außer Betrieb genommen wird, was dadurch potenziell zu unnötiger Stillstandszeit führt. Wartungsingenieure wurden herausgefordert, richtige Zeitintervalle für geplante präventive Wartung festzusetzen, um eine derartige unnötige Stillstandszeit zu reduzieren.
Alternativ haben einige Wartungsingenieure den Schluss gezogen, dass die Ausrüstung bis zu einem katastrophalen Fehler arbeiten sollte. Dies rührt aus der Tatsache her, dass es in einigen Fällen besser sein kann, die Ausrüstung zu betreiben, bis sie versagt, als die Wartung und die resultierenden Strafkosten zum vorzeitigen Abschalten der Ausrüstung zu akzeptieren. An Stelle einer geplanten Wartung können einige Fehler auch durch einen trainierten Bediener herausgefunden werden. Da eine derartige Erfassung Gegenstand menschlicher Interpretation ist, können Durchlauf-/Fehlerkriterien zwischen Bedienern und auch von Tag zu Tag bei dem gleichen Bediener variieren. Andere Fehler können überhaupt nicht erfasst werden.
Es wurden Versuche unternommen, derartige Ausrüstung durch die Verwendung eines Messfühlers, der innerhalb der Ausrüstung selbst angeordnet ist, oder durch die Verwendung einer tragbaren Vorrichtung, die periodisch an einem oder mehr diskreten Standorten an der zu überwachenden Maschine befestigt wird, auf Defekte zu überwachen. Fortgeschrittenere Überwachungssysteme werden permanent installiert und führen eine im wesentlichen kontinuierliche Überwachung eines an der Maschine befestigten Signalgebers zusammen mit einer computerbasierten Analyse aller überwachten Daten aus.
Die meisten automatischen Überwachungssysteme tasten typischerweise Vibration oder Temperatur ab. Vibration wird durch die beweglichen Teile in der Rotationsmaschinenanlage wegen Ursachen, wie etwa Umwucht, Fehlausrichtung von Wellen, abgenutzte Lager, gebrochene Getriebezähne oder Fremdpartikel, die sich innerhalb der Maschine ablagern, erzeugt. Ein übermäßiges Maß an Vibration zeigt eine Fehlfunktion der Maschine an, was zu einem Maschinenausfall führen kann. Die Temperatur eines Lagers kann z.B. auch überwacht werden, um das Auftreten einer Überhitzung zu erfassen. In einigen Fällen kann der Ölpegel in der Maschine überwacht werden, automatisch durch die Verwendung eines Schwimmersystems oder manuell durch die Verwendung eines Messstabs oder eines Sichtglases, sodass die Wahrscheinlichkeit von Defekten oder einer Fehlfunktion der Vorrichtung wegen einem niedrigen Ölpegel reduziert werden kann. Andere automatische Mittel, um einen Ölpegel zu erfassen, inkludieren Strahlentechniken, die eine Zeit eines Flugs messen oder Frequenzmodulation von einem Ultraschall-, Mikrowellen- oder Licht-/Laserstrahl. Es wurden auch elektrische Verfahren eingesetzt, die Änderungen in Strom, Spannung, Kapazität oder Induktivität der Flüssigkeit erfassen, um den Flüssigkeitspegel zu bestimmen.
Konventionelle Getriebegehäuseüberwachungssysteme steuern per Definition den Betrieb des Getriebegehäuses nicht aktiv. Vielmehr ist das Überwachungssystem lediglich angepasst, gewisse Bedingungen abzutasten und den Status jener Bedingungen einem Bediener anzuzeigen. Eine aktive Steuerung des Getriebegehäuses kann in einigen Fällen wünschenswert sein, um Leistungsverhalten und Effizienz zu maximieren, anstatt das Getriebegehäuse außer Betrieb zu nehmen und es durch ein Getriebegehäuse einer gewünschten physikalischen Konfiguration zu ersetzen, das fähig ist, ein unterschiedliches Leistungsverhalten und/oder Maß an Effizienz zu erreichen.
Die Fähigkeit eines beliebigen konventionellen Überwachungssystems, Fehler zu erfassen oder potenzielle Fehler zu überwachen, wird durch die Integrität der Sensoren begrenzt. Konventionelle Überwachungssysteme beruhen im allgemeinen auf einer Annahme, dass die Sensoren richtig funktionieren, wenn eine Bestimmung bezüglich des Zustands der Vorrichtung, die überwacht wird, vorgenommen werden kann. Diese nicht unterstützte Annahme kann jedoch zu falschen Anzeigen führen, dass die Vorrichtung, die überwacht wird, kurz vor einer Fehlfunktion steht, was den negativen Effekt einer Verringerung des Vertrauens eines Bedieners in das Überwachungssystem hat. Sensoren mit Fehlfunktion können auch versagen, eine Fehlfunktion des Systems zu erfassen.
US 5107246 legt ein Verfahren zum Bestimmen eines Fehlers eines Temperatursensors für ein automatisches Getriebe in einem Gerät offen, umfassend einen ersten Temperatursensor zum Abtasten der Temperatur eines Kühlmittels, das einen Motor kühlt, und einen zweiten Temperatursensor zum Abtasten der Temperatur von Hydrauliköl in dem Getriebe, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Abtasten der Temperatur des Kühlmittels zum Kühlen eines Motors; Abtasten der Temperatur von Hydrauliköl in dem Getriebe; Vergleichen der Ausgabe des zweiten Temperatursensors mit einem ersten Fehlerbestimmungspegel und einem zweiten Fehlerbestimmungspegel; Bestimmen eines Fehlers des zweiten Temperatursensors, wenn die Ausgabe des zweiten Temperatursensors geringer als der erste Fehlerbestimmungspegel oder höher als der zweite Fehlerbestimmungspegel ist; und Vergleichen der Ausgabe des ersten Temperatursensors mit einem ersten vorbestimmten Pegel und einem zweiten vorbestimmten Pegel, der höher als der erste vorbestimmte Pegel ist; und Verhindern der Bestimmung eines Fehlers des zweiten Temperatursensors, wenn die Ausgabe des ersten Temperatursensors unter dem ersten vorbestimmten Pegel oder über dem zweiten vorbestimmten Pegel ist. Somit hängt die Zuverlässigkeit eines erfassten Fehlers eines Temperatursensor von der Zuverlässigkeit eines anderen Sensors ab. US 4550286 legt die Merkmale der Präambel von Anspruch 1 offen.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Merkmal der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren, um die Betriebscharakteristika eines Getriebegehäuses durch z.B. Vergleichen einer abgetasteten Bedingung mit entweder einem Schwellwert oder einer externen Bedingung des Getriebegehäuses, wie etwa dem Drehmoment, das an die Eingangs- oder Ausgangswelle angelegt wird. Die Betriebscharakteristika des Getriebegehäuses können durch Justieren einer Vielfalt von phy sikalischen Charakteristika des Getriebegehäuses gesteuert werden. Z.B. kann der Ölpegel durch Einspritzen von Öl in das Getriebegehäuse erhöht werden. Außerdem kann das Getriebegehäuse gekühlt oder erwärmt werden, falls die abgetastete Temperatur höher oder niedriger als der Schwellwert ist. Andere Verfahren zum Erhöhen des Leistungsverhaltens des Getriebegehäuses inkludieren Anwendung von Rausch- oder Vibrationsaufhebungstechniken und Anwendung verschiedener geeigneter Verfahren, um Steifheiten von Material zu ändern.
In einem anderen Aspekt der Erfindung kann das obige Verfahren durch ein Gerät oder ein System durchgeführt werden.
Ein anderes Merkmal der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren und ein Gerät zum Bestimmen, ob die Sensoren, die in einem Vorrichtungsüberwachungssystem verwendet werden, richtig funktionieren, bevor eine Bestimmung bezüglich eines Defekts in der Vorrichtung selbst erbracht wird. Als ein Ergebnis können Wartungskosten reduziert werden, während die Anzahl von falschen Anzeigen eines Fehlers begrenzt wird, wobei dadurch die Zuverlässigkeit des Überwachungssystems erhöht wird.
In einem besonderen Aspekt der Erfindung inkludiert das Verfahren die Schritte zum Empfangen eines Signals von einem Sensor und einem Sensorkanal, die einen Rauschschwellwert darstellen, Empfangen eines Signals von dem Sensor und dem Sensorkanal, wenn der Sensor eingeschaltet wird, um einen abgetasteten Wert zu erhalten, und Bestimmen, ob der Sensor in Betrieb ist, basierend darauf, ob der abgetastete Wert den Rauschschwellwert überschreitet.
In einer Ausführungsform kann das Signal von dem Sensor und dem Sensorkanal, die den Rauschschwellwert darstellen, durch Empfangen eines Signals von einem Sensor und einem Sensorka nal erhalten werden, wenn der Sensor abgeschaltet ist. Alternativ kann das Rauschschwellwertsignal im Speicher gespeichert werden.
In einer anderen Ausführungsform können Signale von einer Vielzahl von Sensoren und Sensorkanälen empfangen werden. Wenn mehr als ein Sensor mit einer Fehlfunktion bestimmt wird, kann eine statistische Analyse durchgeführt werden, um einen Sensor mit Fehlfunktion zu bestimmen. Beispiele derartiger Analysen können eine Analyse für einen mittleren Ausfallabstand oder eine statistische Trendanalyse sein.
In einer anderen Ausführungsform kann anstatt eine Bestimmung auf einen einzelnen abgetasteten Wert zu basieren, ein Mittelwert einer Vielzahl von Signalen generiert werden.
In einem anderen Aspekt der Erfindung kann das Verfahren durch eine Verarbeitungseinheit eines Eigendiagnosesystems durchgeführt werden.
In einem anderen Aspekt der Erfindung kann das Eigendiagnosesystem in einem Vorrichtungsüberwachungssystem inkludiert sein. Das Vorrichtungsüberwachungssystem kann eine Vielzahl von Sensoren inkludieren.
Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sehen bestimmte Vorteile vor und überwinden bestimmte Nachteile der konventionellen Techniken. Nicht alle Ausführungsformen der Erfindung teilen die gleichen Vorteile und jene, die es tun, können nicht alle unter den gleichen Umständen teilen. Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung, ebenso wie die Struktur und der Betrieb von verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, werden nachstehend mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen detailliert beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nun auf dem Weg eines Beispiels mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung, wie etwa eines Getriebegehäuses, für eine Verwendung mit der vorliegenden Erfindung ist;
2a ein Querschnitt ist, der entlang einer Linie 2-2 von 1 genommen wird, wenn das Getriebegehäuse nicht in Betrieb ist;
2b ein Querschnitt ist, der entlang einer Linie 2-2 von 1 genommen wird, wenn das Getriebegehäuse in Betrieb ist;
3 eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Sensorsteckers zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung ist;
4 eine Querschnittansicht ist, die entlang einer Linie 4-4 von 3 genommen wird;
5a eine vergrößerte Ansicht einer alternativen Ausführungsform des Bereichs ist, der durch Linie 5a von 4 umgeben ist;
5b eine vergrößerte Ansicht einer alternativen Ausführungsform des Bereichs ist, der durch Linie 5b von 4 umgeben ist;
6 eine vergrößerte Ansicht einer alternativen Ausführungsform des Bereichs ist, der durch Linie 6 von 4 umgeben ist;
7 eine vergrößerte Ansicht einer alternativen Ausführungsform des Bereichs ist, der durch Linie 7 von 4 umgeben ist;
8 eine schematische Darstellung eines Beispiels einer Verarbeitungseinheit zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung ist;
9 ein Flussdiagramm ist, das ein Beispiel einer Drucksensoranalyse zeigt;
10 ein Flussdiagramm ist, das ein Beispiel einer Sensordiagnose zeigt;
11 ein Beispiel einer tabellarischen Ausgabe der Diagnose ist, die in 10 durchgeführt wird;
12 ein Flussdiagramm ist, das ein Beispiel einer Vibrationssensoranalyse zeigt;
13 ein Frequenzreaktionsdiagramm ist, das ein Beispiel einer Ausgabe eines Vibrationssensors zeigt;
14 ein Flussdiagramm ist, das ein Beispiel einer Fehlalarmsteuerung für Vibration zeigt;
15 ein Flussdiagramm ist, das ein Beispiel einer Fehlalarmsteuerung für andere abgetastete Parameter zeigt;
16 ein Flussdiagramm ist, das ein Beispiel einer Schwellwerteinstellanalyse zeigt;
17 ein Flussdiagramm ist, das ein Beispiel einer Betriebsspielraumanalyse zeigt;
18 ein Flussdiagramm ist, das ein Beispiel einer Drehmomentschätzung zeigt;
19 eine Abtastwertkurve ist, die eine Beziehung zwischen einer Anzahl von diskreten Abtastwerten pro Umdrehung und einem Drehmoment zeigt; und
20 ein Flussdiagramm ist, das ein Beispiel einer aktiven Getriebegehäusesteuerung zeigt.
Detaillierte Beschreibung
Bezugnehmend nun auf 1, die eine perspektivische Ansicht eines Beispiels eines Getriebegehäuses zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung ist, und 2a und 2b, die Querschnittsansichten des Abschnitts des Getriebegehäuses, genommen entlang einer Linie 2-2 von 1 während Betriebsstillstand bzw. Betrieb des Getriebegehäuses, sind, wird ein Überwachungssystem 100 gezeigt, das an dem Getriebegehäuse 102 befestigt ist. Obwohl die hierin beschriebene Erfindung mit besonderem Bezug auf ein Getriebegehäuse erörtert wird, ist zu erkennen, dass eine beliebige Vorrichtung oder Maschine, von der gefordert wird überwacht zu werden, mit dem System der vorliegenden Erfindung überwacht werden kann.
Das Getriebegehäuse 102, das ein konventionelles Getriebegehäuse sein kann, inkludiert einen Behälter 104 zum Beherbergen einer Geschwindigkeitsreduktionsgetriebestufe (nicht gezeigt). Eine Eingangswelle 106 ist mit einer Seite der Getriebestufe verbunden und eine Ausgangswelle 108 ist mit der anderen Seite verbunden. Kühlrippen 110 sind an dem Behälter 104 des Getriebegehäuses 102 ausgebildet, um Konvektionskühlung zu ermöglichen. Es kann eine Vielzahl von Befestigungsblöcken 112 verwendet werden, um das Getriebegehäuse 102 auf eine geeignete Art und Weise zu sichern. Das Getriebegehäuse 102 kann auch ein Entlüftungselement 114 inkludieren, das durch eine Seitenwand des Behälters 104 ausgebildet ist, um zu verhindern, dass sich Druck innerhalb des Getriebegehäuses 102 aufbaut. Eine derartige Druckerhöhung kann letztlich zu einem unerwünschten Ölverlust durch die Wellendichtungen 118, 120 führen.
Konventionelle Getriebegehäuse inkludieren mindestens einen Ölabflussstöpsel, um Öl abzulassen, das darin enthalten ist, und viele Getriebegehäuse inkludieren mehr als einen Abflussstöpsel, da das Getriebegehäuse in einer beliebigen gewünschten Ausrichtung befestigt sein kann. Um das Öl aus dem Getriebegehäuse vollständig abzulassen, sollte somit der Abflussstöpsel unterhalb des Ölpegels sein.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung, wie am besten in 2a und 2b gezeigt, kann ein Sensorstecker 130 zur Befestigung an einem Ölabflussstöpsel 132 des Getriebegehäuses 102, der unterhalb des Oberflächenpegels 134 des Ölbehälters 136 in einer vorbestimmten Tiefe "H" ist, angepasst sein. Wie hierin nachstehend vollständig erläutert wird, befindet sich eine Vielzahl von Sensoren zum Abtasten von Betriebsbedingungen des Getriebegehäuses in dem Sensorstecker 130. Wenn das Getriebegehäuse nicht arbeitet (d.h. die Eingangswelle 106 keine Energie aufnimmt), ist der Ölpegel 134 in dem Getriebegehäuse im wesentlichen ein flache waagerechte Oberfläche und nimmt eine Höhe, die mit "H" bezeichnet wird, bezüglich des Sensorsteckers 130 an. Wenn der Eingangswelle jedoch Energie zugestellt wird, wie in 2b gezeigt, veranlasst die rotierende Getriebestufe innerhalb des Getriebegehäuses den Ölpegel 134, von einer waagerechten Oberfläche abzuweichen und die Form einer schrägen Oberfläche anzunehmen, was eine gekrümmte Oberfläche, wie gezeigt, eine flache, aber geneigte Oberfläche oder eine unregelmäßig gestörte Oberfläche sein kann. Der Betrag einer Abweichung kann eine Funktion der Charakteristika des Öls ebenso wie der Geschwindigkeit des Getriebegehäuses sein. Andere Parameter, wie etwa eine Temperatur, können auch den Betrag einer Abweichung hervorrufen. Als ein Ergebnis verringert sich die Höhe auf einen Pegel "H1" bezüglich des Sensorsteckers 130. Natürlich kann der Flüssigkeitspegel ansteigen, abhängig von der Richtung einer Rotation der Getriebestufe ebenso wie anderer Parameter, wie etwa innerer Beschränkungen etc. Es ist ausreichend zu sagen, dass sich die Höhe wahrscheinlich ändert, wenn das Getriebegehäuse angetrieben wird. Wie hierin verwendet, soll der Begriff "Betrag einer Abweichung" den Betrag einer Erhöhung oder Verringerung einer Höhe des Ölpegels in einem bestimmten Punkt auf der Flüssigkeitsoberfläche bezüglich der Höhe des Ölpegels bedeuten, wenn das Getriebegehäuse nicht in Betrieb ist.
Das Überwachungssystem 100 inkludiert auch eine Bearbeitungseinheit 140, die typischerweise als eine gedruckte Leiterplatte implementiert ist, die innerhalb eines Gehäuses 142 befestigt ist. Das Gehäuse 142 kann aus einem beliebigen geeigneten Material gebildet sein, um der Betriebsumgebung des Getriebegehäuses zu widerstehen. Die Bearbeitungseinheit 140 ist mit der Vielzahl von Sensoren innerhalb des Sensorsteckers 130 zum Empfangen von Signalen von dort und zum Analysieren der Signale elektrisch gekoppelt, um nützliche Information bezüglich der Bedingung des Getriebegehäuses vorzusehen, wie hierin nachstehend vollständig erläutert wird. Das Gehäuse 142 ist vorzugsweise direkt mit dem Sensorstecker 130 befestigt und enthält vollständig die elektrischen Führungen 144 der Vielzahl von Sensoren, die aus dem Sensorstecker hervorkommen, wobei dadurch die Notwendigkeit für einen externen geschützten Kabelbaum umgegangen wird. Ein Abschnitt des Sensorsteckers erstreckt sich in ein Loch 146, das in dem Gehäuse 142 ausgebildet ist, und hält das Gehäuse 142 von der Wand 116 des Getriebegehäuses um einen Abstand entfernt, derart, um einen konvektiven Luftstrom zwischen dem Gehäuse und den Kühlrippen des Getriebegehäuses 102 für eine angemessene Kühlung zu ermöglichen. Das Gehäuse 142 kann auch einen oder mehr Konnektoren 148 inkludieren (siehe 1), die mit der Bearbeitungseinheit 140 elektrisch gekoppelt sind, für eine Kommunikation mit einem Netz, in das eine oder mehr abgetastete Betriebsbedingungen zu einem Hostcomputer zu übermitteln sind. Jeder Sensor kann unabhängig mit dem Netz oder dem Hostcomputer durch eine dedizierte Kommunikationsverbindung für diesen Sensor kommunizieren. Der Bearbeitungseinheit 140 und den Sensoren kann Energie durch die Netzkonnektoren 148 zugeführt werden.
Alternativ kann das Überwachungssystem 100 als eine autonome Einheit funktionieren, in der die Bearbeitungseinheit die Betriebsbedingungen des Getriebegehäuses durch einen Indikator, z.B. Indikator 149, anzeigt. In einem besonderen Beispiel kann der Indikator 149 eine oder mehr lichtemittierende Dioden (light-emitting diodes, LEDs) oder eine Flüssigkeitskristallanzeige (liquid crystal display, LCD) inkludieren, um eine oder mehr Statusstufen des Getriebegehäuses anzuzeigen, wie etwa "ENERGIE EIN", "NORMAL", "VORSICHT" oder "WARNUNG". Alternativ kann der Indikator einen Bildschirm (CRT) inkludieren, der eine grafische Benutzerschnittstelle (graphical user interface, GUI) der LCD anzeigt, der die GUI anzeigen kann.
Obwohl nicht gezeigt, kann an Stelle einer Unterbringung der Bearbeitungseinheit in einem getrennten Gehäuse, das an dem Sensorstecker befestigt ist, die Bearbeitungseinheit innerhalb des Sensorsteckers selbst untergebracht sein. In diesem Beispiel würden die Kommunikationskonnektoren in dem Sensorstecker angeordnet sein.
Bezugnehmend nun auf 3, die eine perspektivische Ansicht des Sensorsteckers 130 ist, und 4, die eine Querschnittsansicht des Sensorsteckers 130 ist, genommen entlang einer Linie 4-4 von 3, inkludiert der Sensorstecker 130 einen Körper 160 mit einem oder mehr Sensoren, die darin zum Abtasten von Betriebsbedingungen des Getriebegehäuses untergebracht sind. In einem besonderen Beispiel beherbergt der Sensorstecker 130 einen Drucksensor 162, einen Temperatursensor 164 und einen Vibrations- (oder Rausch-) Sensor 166, obwohl zu erkennen ist, dass andere Sensoren hinzugefügt oder ersetzt werden können.
Der Körper 160 kann aus einem beliebigen oder mehr geeigneten temperaturresistenten robusten Materialien, wie etwa Plastik, Metall oder Keramik, in einer beliebigen geeigneten Form ausgebildet sein, vorausgesetzt, dass der Sensorstecker leicht an dem Getriebegehäuse befestigt werden kann. Der Sensorstecker kann auch unter Verwendung eines beliebigen geeigneten Prozesses, wie etwa Formung, mechanischer Bearbeitung oder Gießen hergestellt werden. Vorzugsweise wird der Körper 160 aus einem Plastikmaterial mit einer sich allgemein längs erstreckenden zylindrischen Form gebildet, die eine Längsachse 168 definiert. Der Sensorstecker inkludiert ein Sondenende 170 an einem Ende des Körpers 160, das zum Befestigen an dem Getriebegehäuse, speziell dem Ölabflussstöpsel 132, angepasst ist, wie zuvor erwähnt. Das Sondenende kann derart angepasst sein, dass es sich bündig mit der inneren Wand des Behälters befestigen lässt. Es kann auch ein Gewinde 172 an dem Körper des Sondenendes ausgebildet sein, um eine Befestigung an dem Getriebegehäuse zu erleichtern. Dieses Gewinde kann ein N.P.T.-Gewinde sein, um den Sensorstecker mit dem Behälter abzudichten, oder kann alternativ ein gerades Gewinde mit einem geeigneten Dichtungsmittel sein, wie etwa einem O-Ring oder dergleichen. In diesem besonderen Beispiel wird das Sondenende mit einem N.P.T.-Gewinde von 3/4 Zoll ge bildet, um zu dem des Ölabflussstöpsels zu passen. Eine Anpassung des Sensorsteckers zum Befestigen an dem Ölabflussstöpsel erleichtert auch einfach eine schnelle Entfernung und Reparatur oder einen Austausch von beliebigen oder allen der Sensoren, die in dem Sensorstecker untergebracht sind, oder des Sensorsteckers selbst ohne übermäßige Komplikation.
Der Körper 160 inkludiert auch ein Bohrloch 174 an dem anderen Ende des Körpers entgegengesetzt zu dem Sondenende 170 zum Enthalten von einem oder mehr Sensoren. Das Bohrloch 174 kann durch eine sich axial erstreckende Seitenwand 176 und eine Bodenwand 178 definiert werden, um die Sensoren abzuschirmen. Der Körper 160 inkludiert ferner einen Ansatz 180, der zwischen dem Sondenende 170 und dem Bohrloch 174 ausgebildet ist. Der Ansatz 180 kann angepasst sein, das Gehäuse 142 axial zu stützen, derart, dass das Bohrloch 174 durch das Loch 146 passen kann, das in dem Gehäuse ausgebildet ist, und sich in das Gehäuse 142 erstreckt (siehe 2a und 2b).
Das Bohrloch 174 kann eine Gewindesektion 182 inkludieren, die an der äußeren Oberfläche davon ausgebildet ist, um eine Mutter 184 aufzunehmen, um das Gehäuse 142 an dem Sensorstecker 130 zu sichern. Natürlich kann ein beliebiges geeignetes Mittel zum Befestigen des Gehäuses an dem Sensorstecker eingesetzt werden. Es kann auch eine Nut 186 zwischen dem Ansatz 180 und dem Bohrloch 174 ausgebildet sein, um entweder einen O-Ring oder ein anderes Dichtungsmittel aufzunehmen, derart, dass das Gehäuse 142 fest mit dem Sensorstecker 130 abgedichtet werden kann.
Wie zuvor erwähnt, kann der Sensorstecker 120 die Bearbeitungseinheit 140 unterbringen. In diesem Beispiel kann das Bohrloch 174 angepasst sein, die Bearbeitungseinheit 140 aufzunehmen.
Um eine Befestigung des Sensorsteckers 130 mit dem Getriebegehäuse 102 zu erleichtern, kann die äußere Oberfläche des Ansatzes 180 mit einer Installationswerkzeugoberfläche 188 ausgebildet sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die äußere Oberfläche mit Flachmaterial ausgebildet, das in der Form eines Quadrats oder Sechskants sein kann, um ein Eingreifen mit einem Schraubenschlüssel zu erleichtern. Es sollte erkannt werden, dass die Installationswerkzeugoberfläche als eine beliebige geeignete Oberfläche in einem beliebigen geeigneten Standort in oder an dem Körper 160 ausgebildet sein kann. Z.B. kann die Installationswerkzeugoberfläche aus dem Sondenende 170 oder an dem Bohrloch 174 ausgebildet sein. Falls an dem Bohrloch ausgebildet, kann die Installationswerkzeugoberfläche als eine beliebige geeignet geformte Buchse, wie etwa eine Sechskantbuchse, eine Keilbuchse, eine Quadratbuchse oder dergleichen ausgebildet sein. Der Sensorstecker 130 kann mit dem Getriebegehäuse auch durch die Verwendung eines Bondingmittels, wie etwa einer Schweißnaht, Lötmittel oder einem Epoxydharz zusätzlich oder an Stelle der Gewinde befestigt sein.
In Fortsetzung mit Bezug auf 4 kann der Sensorstecker 130 auch einen sich axial erstreckenden Druckport 190 inkludieren, der sich von dem Bohrloch 174 bis zu dem Sondenende 170 erstreckt. Der Drucksensor 162 steht mit dem Öl innerhalb des Getriebegehäuses in Verbindung. Somit steht der Drucksensor mit dem Druckport 190 in Verbindung. Ein Durchschnittsfachmann wird angesichts dieser Offenlegung erkennen, dass der Drucksensor 162 irgendwo entlang des Druckports 190 befestigt sein kann. Vorzugsweise ist der Drucksensor 162 innerhalb des Bohrlochs 174 mit einem beliebigen geeigneten Epoxydharz oder Befestigungsmittel befestigt, um den Drucksensor 162 mit dem Druckport 190 dichtend zu sichern.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Drucksensor 162 ein piezoresistiver Sensor, der einen Öldruck ("Kopf") in einem Bereich von ungefähr 0,8 kPa (0,12 psi) (für ein relativ kleines Getriebegehäuse) bis ungefähr 12,8 kPa (1,86 psi) (für ein relativ großes Getriebegehäuse) abtasten kann. Ferner sollte der Drucksensor in der Lage sein, einen Abfall im Öldruck entsprechend ungefähr 1 Zoll (0,2 kPa, 0,03 psi) zu erfassen, wenn das Getriebegehäuse mit einem Öl gefüllt ist, das eine spezifische Schwerkraft von 0,849 aufweist (wie etwa Mobil HC 634 Uptime Oil). Der Drucksensor sollte auch in der Lage sein, eine Druckerhöhung von 0,7 kPa (0,1 psi) oberhalb des Öldrucks mit einem gefüllten Ölvorratsbehälter abzutasten (was ein verstopftes Entlüftungsfilterelement anzeigt). Ein Beispiel eines derartigen Drucksensors, der die oben erwähnten Anforderungen erfüllen kann, ist Element Nummer CPC-C, hergestellt durch Data Instruments, Inc. of Sunnyvale, Kalifornien, USA. Der Drucksensor erfordert eine Erregung von 4 bis 16 Volt DC (Gleichspannung). Der Sensor erzeugt eine Differenzspannungsausgabe von 23 Millivolt für ein Pfund pro Quadratzoll mit einem Impuls von 15 Volt DC. Die Schnittstellenelektronik erfordert eine Differenzeingabe mit einer Spannungsverstärkung und einer Signalfrequenzabschaltung oberhalb 10 Hz. Es kann ein Tiefpassfilter verwendet werden, um Rauschspannungsimmunität zu erhöhen.
Obwohl nicht gezeigt, kann eine Membran zwischen dem Drucksensor und dem Druckport angebracht sein. Anstatt eine getrennte Membran vorzusehen, kann der Druckport auch als ein Blindloch mit einer dünnen Wandsektion ausgebildet sein, die den Übergang zwischen dem Druckport und dem Bohrloch definiert. Der Drucksensor kann dann direkt an dieser Wand befestigt sein. In Betrieb würde diese Wand als eine Membran wirken und würde auch als eine Dichtung zwischen dem Drucksensor und dem Druckport wirken. Natürlich ist zu erkennen, dass eine Herstellung einer dünnen Wand, die als eine Membran agiert, nur praktisch sein kann, wenn der Sensorstecker aus bestimmten Materialien gebildet wird.
In einer alternativen Ausführungsform, wie in 5a gezeigt, kann eine Membran 191, die aus einem geeigneten Material hergestellt ist, über dem Druckport an dem Sondenende platziert sein, sodass die Membran mit dem Öl in dem Getriebegehäuse in Verbindung sein kann, wenn der Sensorstecker an dem Getriebegehäuse angebracht ist. Es kann eine nichtkomprimierbare Flüssigkeit 193, wie etwa Öl, in dem Druckport zwischen der Membran 191 und dem Drucksensor 162 platziert sein. Da sich die Membran wegen dem Öldruck in dem Getriebegehäuse beugt, erhöht sich auf diese Art und Weise auch der Flüssigkeitsdruck in dem Druckport, wobei dadurch der Drucksensor getriggert wird. Diese Ausführungsform kann von Vorteil sein, da der Sensorstecker und der Drucksensor somit gegenüber Ölrückständen in dem Ölvorratsbehälter immun sein können, die sich in dem Ölvorratsbehälter des Getriebegehäuses aufbauen.
Wie zuvor erwähnt, kann innerhalb des Sensorsteckers 13 ein Temperatursensor 164 inkludiert sein, um die Temperatur innerhalb des Getriebegehäuses zu erfassen. Speziell kann der Temperatursensor 164 verwendet werden, um eine Temperatur abzutasten, die eine Überhitzung des Getriebegehäuses oder eine Überhitzung eines Lagers anzeigt. Es kann andere Temperaturinformation auf verschiedenen Wegen wie gewünscht verwendet werden, einige von denen hierin nachstehend beschrieben werden. In einer Ausführungsform kann die Temperaturinformation verwendet werden um zu bestimmen, ob das Getriebegehäuse innerhalb seines empfohlenen Temperaturbereichs arbeitet, wie durch den Hersteller das Getriebegehäuses bereitgestellt. In einer anderen Ausführungsform kann die Temperaturinformation verwendet werden, um eine Rate einer Änderung der Temperatur festzustellen, die verwendet werden kann, um verschiedene Betriebsbedingungen anzuzeigen oder vorherzusagen.
In diesem Beispiel inkludiert der Körper 160 des Sensorsteckers 130 einen Temperaturport 192, der sich von dem Bohrloch 174 zu dem Sondenende 170 erstreckt. In dem in 4 gezeigten Beispiel erstreckt sich der Temperaturport 192 durch den Körper 160, um einen thermisch leitenden Pfad zu dem Öl vorzusehen. In dem Sondenende des Temperaturports kann ein Temperaturportstecker 194 eingefügt sein, um sich teilweise in das Sondenende zu erstrecken, um dieses Ende des Temperaturports abzudichten. Vorzugsweise ist der Temperatursensor 164 innerhalb des Temperaturports 192 angeordnet und wird verwendet, um die Öltemperatur innerhalb des Getriebegehäuses zu erfassen. Es ist zu erkennen, dass der Temperaturportstecker schließlich in einem beliebigen geeigneten Standort entlang des Temperaturports ruhen kann, derart, um als eine Dichtung zwischen dem Ölvorratsbehälter des Getriebegehäuses und dem Temperatursensor zu agieren. In einer Ausführungsform ist der Sensorstecker mindestens 3 mm (1/8 Zoll) lang.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Temperaturportstecker 194 aus einem thermisch leitenden Material gebildet, sodass der Temperatursensor 164 die Temperatur des Öls und des Getriebegehäuses leicht bestimmen kann. Außerdem kann der Temperaturportstecker 194 in den Temperaturport durch Druck angepasst sein, um den Temperaturport abzudichten. Natürlich wird ein Durchschnittsfachmann angesichts der Offenlegung erkennen, dass ein anderes Befestigungsmittel verwendet werden kann, wie etwa z.B. die Verwendung eines Epoxidharzes oder von Gewinden. Alternativ kann eine beliebige geeignete Dichtung, wie etwa eine Epoxydharzdichtung, zwischen dem Ölvorratsbehälter des Getriebegehäuses und dem Temperatursensor ausgebildet sein.
In einer alternativen Ausführungsform, wie in 5b gezeigt, kann der Temperaturport 192 als ein Blindloch mit einer Endwand 196 an dem Sondenende 170 ausgebildet sein, wobei sich der Temperaturport 192 nicht vollständig durch den Körper 160 erstreckt. In diesem Beispiel kann jedoch das Ende des Temperaturports aus dem gleichen Material wie der Körper selbst ausgebildet sein. In einer Ausführungsform ist die Endwand mindestens 3 mm (1/8 Zoll) dick.
Anstatt die Öltemperatur abzutasten kann der Sensorstecker derart konfiguriert sein, dass der Temperatursensor positioniert ist, die Temperatur des Behälters des Getriebegehäuses abzutasten. In einem derartigen Beispiel kann, wie in 6 gezeigt, der Sensorstecker 130 einen sich radial erstreckenden Port 200 inkludieren, der sich von dem Temperaturport 192 durch die Gewindesektion 172 erstreckt. Der Temperatursensor 164 kann durch den sich radial erstreckenden Port 200 platziert sein, um die Behältertemperatur leicht abzutasten.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Temperatursensor 164 ein Halbleitersensor, der in der Lage ist, in einem Bereich zwischen ungefähr –40 °C bis 93 °C (–40 °F bis ungefähr 200 °F) mit einer Genauigkeit von +/– 2 °C (+/– 5 °F) und mit einer Reaktionszeit von weniger als ungefähr 5 Minuten zu arbeiten. Ein Beispiel eines derartigen Temperatursensors, der die oben erwähnten Anforderungen erfüllen kann, ist Element Nummer LM35CZ-ND, hergestellt durch National Semiconductor Corporation of Santa Clara, Kalifornien, USA. Dieser Sensor erfordert einen Impuls von 4 bis 30 V DC und erzeugt 10 Millivolt pro Grad Celsius. Es kann ein Verstärker verwendet werden, um die Spannung auf einen Bereich anzuheben, der dem Eingabebereich eines Analog-Digital-Wandlers entspricht. Wegen der relativ großen einbezogenen thermischen Massen kann das Signal von Interesse ein langsam variierender DC-Pegel mit einem Frequenzinhalt bis zu einigen Hertz sein. Das Sig nal kann durch einen Tiefpassfilter mit einer Abschaltfrequenz von ungefähr 10 Hertz gespeist werden, um den Einfluss von Rauschen (besonders 60 Hz) bei Temperaturmessungen zu minimieren.
Wie zuvor erwähnt, kann der Sensorstecker 130 einen Vibrationssensor 166 inkludieren, der (wie am besten in 4 gezeigt) einen beliebigen geeigneten Messwandler umfassen kann und entlang einer beliebigen geeigneten Oberfläche innerhalb des Bohrlochs 174 angeordnet sein kann, wie etwa der Bodenwand 178 oder der Seitenwand 176. Alternativ kann der Vibrationssensor 166 an einer äußeren Oberfläche des Körpers 160 befestigt sein. Vorzugsweise ist der Vibrationssensor an der Bodenwand 178 des Bohrlochs 174 befestigt. Eine Befestigung an diesem Standort hat die wünschenswerte Wirkung einer Abtastung einer horizontalen Vibration der Getriebegehäusewand 116, wenn der Sensorstecker 130 daran befestigt ist. Vorzugsweise ist der Vibrationssensor ein piezoelektrischer Beschleunigungsmesser und sollte in der Lage sein, eine Lagerfrequenz von ungefähr 300 Hz mit einer 6. harmonischen Frequenz von ungefähr 1800 Hz und einer Getriebefrequenz von ungefähr 500 Hz zu erfassen. Ein Beispiel eines derartigen Vibrationssensors, der die oben erwähnten Anforderungen erfüllen kann, ist Element Nummer A5100-01, hergestellt durch Oceana Sensor Technologies, Inc. of Virginia Beach, Virginia, USA. Der Sensor erfordert einen Spannungsimpuls von 18 bis 28 Volt DC mit einer konstanten Stromquelle von 2 bis 20 mA. Die Ausgabe des Sensors ist 0,1 Volt pro g einer Beschleunigung. Die Signalaufbereitung für den Beschleunigungsmesser verstärkt den Spannungspegel, damit der Analog-Digital-Wandler auf die Beschleunigungspegel reagiert, die in der Vibration eines Getriebegehäuses und seiner zugehörigen Komponenten gefunden wird. Der Beschleunigungsmesser hat eine Frequenzreaktion von 0,1 Hz bis zu 10000 Hz. Ein Tiefpassfilter mit einer Abschaltfrequenz von 10000 Hz kann verwendet werden, um belie biges Aliasing des Signals zu beseitigen, wenn das Signal bei einer Rate oberhalb der Nyquist-Frequenz von 20000 Hz digitalisiert wird. Es ist zu erkennen, dass ein Rauschsensor, wie etwa ein Mikrofon oder ein Ultraschallmesswandler, an Stelle des Beschleunigungsmessers verwendet werden kann.
Um die Sensoren innerhalb des Sensorsteckers zu schützen und zu sichern, kann ein Einbettungsmaterial, wie etwa Epoxydharz, innerhalb sowohl des Bohrlochs 174 als auch des Temperaturports 192 platziert sein, wie in 4 gezeigt. Es kann wünschenswert sein, dass der Drucksensor 162 sowohl dem Druck in dem Getriebegehäuse als auch dem Umgebungsdruck ausgesetzt ist. Um dieses Ergebnis zu erreichen kann, wenn ein Einbettungsmaterial verwendet wird, ein Umgebungsdruckport 204 in dem Einbettungsmaterial 202 ausgebildet sein. Dies kann durch ein beliebiges geeignetes Verfahren bewerkstelligt werden, wie etwa Bohren eines Lochs, nachdem das Einbettungsmaterial in dem Bohrloch platziert ist, oder alternativ Platzieren eines Rohres benachbart zu dem Drucksensor, während das Einbettungsmaterial in das Bohrloch gefüllt wird.
Um das Einbettungsmaterial 202 innerhalb des Bohrlochs effektiv zu halten, kann eine Halterung vorgesehen werden. In einem besonderen Beispiel wird die Halterung in dem Körper selbst ausgebildet. Wie z.B. in 7 gezeigt, ist die Seitenwand 176 des Bohrlochs 174 mit einer groben Oberfläche 204, wie etwa einer gerändelten Oberfläche, versehen. Somit kann das Einbettungsmaterial 202 an der Seitenwand 176 effektiv anhaften, wobei dadurch die Wahrscheinlichkeit verringert wird, dass sich das Einbettungsmaterial aus dem Bohrloch 174 entfernt. Alternativ kann, wie auch in 7 gezeigt, das äußere Ende 206 des Bohrlochs 174 mit einem sich radial nach innen erstreckenden Rand 208 ausgebildet sein. Sobald das Einbettungsmaterial 202 in dem Bohrloch 174 platziert ist, unter den Rand 208 fließt und verhärtet, kann es effektiv darin gehalten werden.
Obwohl nicht gezeigt, können andere Halterungen verwendet werden. Eine derartige Halterung kann in der Form einer Kappe sein, die über dem Bohrloch 174 auf Gewinden 182 gesichert ist. Alternativ kann die Halterung als ein Stecker ausgebildet sein, der mit der Seitenwand 176 eingreift. Ein Durchschnittsfachmann wird andere Halterungen erkennen, die zum Halten des Einbettungsmaterials in dem Bohrloch geeignet sind.
Nun 8 zugewandt, wird eine schematische Darstellung der Bearbeitungseinheit 140 des Systems 100, gekoppelt mit den Sensoren und dem Getriebegehäuse, gezeigt. Es ist zu erkennen, dass das System 100 in einer autonomen Einheit verkörpert sein kann, in welchem Fall das Systemprogramm in Bearbeitungseinheit 140 programmiert sein kann, wie in 8 gezeigt, oder in einem entfernten Hostcomputer (nicht gezeigt) verkörpert sein kann, in welchem Fall das Systemprogramm auf einer Festplatte oder einem anderen magnetischen oder optischen Medium programmiert sein kann. Natürlich kann die Bearbeitungseinheit mit einem Speichermedium, wie etwa einem magnetischen oder optischen Medium, kommunizieren, die mit dem Systemprogramm programmiert sein können. In dem gezeigten Beispiel inkludiert die Bearbeitungseinheit 140 eine CPU 220, ROM 222, RAM 224, ebenso wie einen I/O-Bus 226, der 111 I/O-Leitungen eines allgemeinen Zwecks aufweisen kann. Zusätzlich zu verschiedenen Computercodes, die das System ausmachen können, kann der ROM 222 auch eine Nachschlagtabelle 228 inkludieren. In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Tabelle 228 eine Temperatur als eine Funktion einer Dichte für ein gegebenes Öl, das in dem Getriebegehäuse enthalten ist, inkludieren, was für eine bestimmte Berechnung notwendig sein kann, wie hierin nachstehend erörtert wird.
Die Sensoren 162, 164, 166 sind mit der Bearbeitungseinheit 140 über I/O-Bus 226 gekoppelt. Die Sensorssignale können durch einen Filter, der ein Tiefpassfilter sein kann, zu einem Analog-Digital-Wandler 229 weitergeleitet werden, bevor sie durch die CPU 220 verarbeitet werden. Die CPU kann eine 16-Bit-Architektur mit einer Taktrate von 20 MHz haben. Die CPU kann auch mit einer Speichervorrichtung kommunizieren, um Historiendaten von abgetasteten und/oder bestimmten Betriebsbedingungen zu speichern. Ein Beispiel einer geeigneten CPU ist Element Nummer SAB-C167CR-LM, hergestellt durch Siemens Corporation Deutschland. Der Analog-Digital-Wandler hat eine Auflösung von 12 Bit. Die Bearbeitungseinheit kann eine CAN-Schnittstelle, zwei RS-232-Ports, einen Überwachungstimer und fünf Timer inkludieren. Es kann ein ROM-Speicher verwendet werden, um ausführbaren Code zu einem Speicher eines FLASH-Typs und einem Speicher eines EEPROM-Typs herunterzuladen, um Variablen zu speichern, die durch den ausführbaren Code genutzt werden. Der Speicher eines FLASH-Typs kann auch für eine langfristige Speicherung einer Datenhistorie verwendet werden. Der Analog-Digital-Wandler, der Bandpassfilter und beliebige andere notwendige Komponenten zwischen dem Sensor der CPU, zusammen mit den verbindenden Signalleitungen, definieren eine Sensorschaltung.
Wie zuvor erwähnt, kann die Bearbeitungseinheit mit einem Netz 230 durch Konnektoren 148 kommunizieren. In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Bearbeitungseinheit mit dem Hostcomputer über den seriellen RS-232-Port kommunizieren und kann autonom mit einfacher diskreter Logikausgabe zum Alarmieren und/oder zur analogen Kommunikation über eine Stromschleife von 4–20 mA arbeiten. Alternativ kann die Bearbeitungseinheit durch ein oder mehr Feldbusnetze kommunizieren, um moderne Produktionseinrichtungen mit installierten Feldbusnetzen unterzubringen. Beispiele eines derartigen Feldbus netzes sind das DeviceNet Netz, das durch die ODVA Organisation of Coral Springs, Florida, USA bereitgestellt wird, oder ein Profibus Netz, das durch die Siemens Corporation Karlsruhe, Deutschland bereitgestellt wird. Diese Feldbusse ermöglichen einen Datenaustausch zwischen intelligenten Vorrichtungen, die über eine Werksetage verteilt sind.
Es ist zu erkennen, dass die Bearbeitungseinheit eine Vielzahl von Funktionen durchführt, von denen einige Vergleiche zwischen abgetasteten Werten und Schwellwerten und Bestimmungen basierend darauf erfordern, ob die abgetasteten Werte die Schwellwerte überschritten oder gekreuzt haben. Wie hierin verwendet, werden die Begriffe "überschritten", "gekreuzt", "größer als" oder "kleiner als" oder ein beliebiger anderer Begriff verwendet, um einen relativen Wert zu beschreiben, austauschbar verwendet, um anzugeben, dass sich der abgetastete Wert über einen Schwellwert hinaus erhöht hat oder sich der abgetastete Wert unter einen Schwellwert verringert hat, abhängig von den Polaritäten des Schwellwerts und des abgetasteten Werts, die verglichen werden, und ob von dem abgetasteten Wert erwartet wird, sich zu erhöhen oder zu verringern.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Umgebungsluftsensor 231 mit der Bearbeitungseinheit gekoppelt und ist in dem Gehäuse 142 untergebracht, vorzugsweise an einem Standort, der von dem Getriebegehäuse 102 entfernt ist und vorzugsweise an der äußeren Gehäusewand, wie in 2a und 2b gezeigt. Ein Beispiel eines Umgebungstemperatursensors ist Element Nummer LM35CZ-ND, hergestellt durch National Semiconductor Corporation of Santa Clara, Kalifornien, USA. In einigen Ausführungsformen empfängt die Bearbeitungseinheit sowohl die Umgebungstemperatur von dem Umgebungstemperatursensor 231 als auch die Öltemperatur oder die Getriebegehäusebehältertemperatur von Temperatursensor 164, um eine Differenztempe ratur abzuleiten, die mit vorgeschriebenen Bereichen verglichen werden kann, wie durch den Hersteller des Getriebegehäuses bestimmt wird.
In einem anderen Aspekt der Erfindung kann die Bearbeitungseinheit 140 mit einer Menge von Instruktionen zum Ausführen von mindestens einigen der Schritte, die in 9 gezeigt werden, vorprogrammiert sein. Wenn das Getriebegehäuse keine Energie empfängt, wird anfangs in Schritt 300 der Öldruck abgetastet. Es ist auch zu erkennen, dass obwohl das Beispiel, das hierin beschrieben wird, einen Öldrucksensor offenlegt, der innerhalb eines Sensorsteckers untergebracht ist, gemäß diesem Aspekt der Erfindung der Öldrucksensor in einem beliebigen geeigneten Gehäuse oder überhaupt keinem Gehäuse platziert sein kann, vorausgesetzt, dass der Öldrucksensor einen statischen Öldruck ("Kopf") innerhalb des Getriebegehäuses abtasten kann. In Schritt 302 wird der Ölpegel basierend auf dem Öldruck bestimmt. Es kann eine Ölpegelüberwachung durchgeführt werden, um Ölverlust wegen einer Vielzahl von Gründen zu erfassen.
Der Ölpegel kann unter Verwendung der folgenden Gleichung bestimmt werden: P = ρgH + PA [1]wobei
P = abgetasteter Druck;
ρ = Dichte des Öls bei einer bestimmten Temperatur;
g = Gravitationskonstante;
H = Höhe von dem Pegel des Drucksensors zu der Oberfläche des Öls; und
P_A = Druck über dem Ölpegel (z.B. atmosphärischer Druck).
Somit H = (P – PA)/(ρg) [2]
Mit der bekannten Öltemperatur kann entweder durch eine abgetastete Temperatur von dem Temperatursensor 164, durch eine abgeleitete Temperatur oder durch eine angenommene Temperatur, die im Speicher gespeichert ist (d.h. Umgebungstemperatur) unter Verwendung der Temperaturdichtetabelle 228, die im ROM 222 gespeichert ist, die Dichte leicht bestimmt werden. Bei Vorgabe, dass die Dichte und Gravitationskonstante bekannt sind, dass der Druck (P) abgetastet wird und dass der Druck über dem Ölpegel (P_A) als der atmosphärische angenommen werden kann, kann die Höhe des Flüssigkeitspegels unter Verwendung von z.B. Gleichung [2] leicht kalkuliert werden. Al-ternativ kann eine Tabelle vom Ölpegel als eine Funktion vom Öldruck im ROM 222 gespeichert werden. Es kann auch eine Anzahl von Nachschlagtabellen vorgesehen werden, jede basierend auf einer anderen Öldichte.
Es sollte erkannt werden, dass der Drucksensor 162, der in dem hierin beschriebenen Beispiel verwendet wird, ein Differenzialdrucksensor ist, da der Sensor einen atmosphärischen Druck durch Umgebungsdruckport 204 abtastet. Somit tastet Drucksensor 162 tatsächlich (P-P_A) ab und eine direkte Messung oder Annahme von P_A ist nicht erforderlich. Natürlich kann ein Absolutdrucksensor verwendet werden, in welchem Fall ein atmosphärischer Druck mit einem anderen Drucksensor abgetastet oder ein angenommener atmosphärischer Druck (P_A) im ROM 222 gespeichert werden kann. Die Bearbeitungseinheit kalkuliert dann (P-P_A). Der bestimmte Ölpegel kann durch z.B. Indikator 149 angezeigt werden. Auch kann der Ölpegel im Speicher gespeichert werden, um eine Historie des Ölpegels vorzusehen. Somit kann eine Rate einer Änderung im Ölpegel angezeigt und für eine vorhersagende Analyse verwendet wer den, z.B. durch Anzeigen, wann das Öl hinzuzufügen oder zu wechseln ist. Außerdem kann ein Abfall im Öldruck (d.h. ein Abfall oder ein Fehlen eines Signals von dem Drucksensor) anzeigen, dass sich Ölrückstände in dem Druckport 190 aufbauen.
Anstatt den tatsächlichen Ölpegel anzuzeigen, kann die Bearbeitungseinheit anzeigen, ob der Ölpegel unter einem bestimmten Pegel ist. Somit wird in Schritt 304 der kalkulierte Ölpegel, der in Schritt 302 erhalten wird, mit einem gespeicherten Schwellwertpegel verglichen. Falls sich der kalkulierte Ölpegel von dem Schwellwert unterscheidet, zeigt die Bearbeitungseinheit 140 dann in Schritt 306 ein Signal eines falschen Ölpegels an. Es ist zu erkennen, dass das Verfahren der vorliegenden Erfindung, das hierin beschrieben wird, einen niedrigen Ölpegel oder einen hohen Ölpegel erfassen kann. Außerdem ist zu erkennen, dass der Schwellwertpegel einen gewissen Betrag an Toleranz oder Bandbreite inkludieren kann, in dem ein richtiger Ölpegel angezeigt werden kann. Ein Durchschnittsfachmann wird angesichts dieser Offenlegung erkennen, dass an Stelle einer rigorosen Durchführung der Kalkulation des tatsächlichen Ölpegels der abgetastete Druck (P) direkt mit einem gewünschten Schwellwertdruck (P_D) verglichen werden kann, der basierend auf einem gewünschten Schwellwertölpegel (H_D) kalkuliert werden kann.
Falls der Ölpegel korrekt ist, kann in Schritt 308 die Bearbeitungseinheit signalisieren, dass das Getriebegehäuse zum Betrieb bereit ist. In einer bevorzugten Ausführungsform reicht jedoch das Fehlen einer Warnung als eine Anzeige aus, dass das Getriebegehäuse betrieben werden kann. Während eines Betriebs, wie in Schritt 310 angezeigt, setzt die Bearbeitungseinheit 140 durch den Sensor 162 eine Überwachung vom Öldruck fort. Auch kann die Bearbeitungseinheit eine Überwachung anderer Parameter, wie etwa einer Temperatur, durch Sensor 164 und einer Vibration durch Sensor 166 fortsetzen.
Unter Verwendung von entweder Gleichung [1] oder Gleichung [2] oder einer Nachschlagtabelle wird der Ölpegel in Schritt 312 erneut bestimmt.
In Schritt 314 wird der Ölpegel mit einem Schwellwert verglichen. Da das Getriebegehäuse in Betrieb ist und, wie zuvor erwähnt, der Betrag einer Abweichung des Ölpegels eine Funktion von einem oder mehr Betriebszuständen des Getriebegehäuses sein kann, wie etwa z.B. Geschwindigkeit oder Temperatur, kann der Schwellwertpegel auf einen oder mehr neue Schwellwerte abgestimmt werden. Jeder neue Schwellwert stellt z.B. einen gewünschten Ölpegel in einer bestimmten Geschwindigkeit und/oder Temperatur dar. Diese neuen Schwellwerte können als diskrete Werte dargestellt werden oder als eine kontinuierliche Funktion dargestellt werden, und können entsprechend in dem Speicher der Bearbeitungseinheit gespeichert werden (d.h. als eine Nachschlagtabelle oder als eine Gleichung). Natürlich kann jeder neue Schwellwert einen gewissen Betrag an Toleranz oder Bandbreite inkludieren. Falls sich der bestimmte Ölpegel von dem Schwellwert unterscheidet, dann generiert die Bearbeitungseinheit 140 in Schritt 316 eine Anzeige eines falschen Ölpegels.
Es ist zu erkennen, dass ein beliebiges geeignetes Verfahren, um die Geschwindigkeit des Getriebegehäuses zu bestimmen, verwendet werden kann, um den Betrag einer Abweichung vom Ölpegel zu bestimmen, wenn das Getriebegehäuse in Gebrauch ist. Ein derartiges Beispiel ist durch die Verwendung eines Geschwindigkeitssensors 900 (siehe 1), um eine beliebige Rotationskomponente innerhalb des Getriebegehäuses abzutasten. Alternativ kann die Geschwindigkeit aus der Information extrapoliert werden, die von dem Vibrationssensor abgeleitet wird.
Es wurde jedoch herausgefunden, dass es nicht notwendig sein kann, den zweiten Schwellwert basierend auf der Geschwindigkeit des Getriebegehäuses zu justieren. Während eines Betriebs des Getriebegehäuses bei seiner Nennkapazität kann der Betrag einer Abweichung vom Ölpegel unbeträchtlich sein, insbesondere in relativ großen Getriebegehäusen. Somit kann die Toleranz oder Bandbreite eines akzeptablen Ölpegels groß genug sein, um den relativ kleinen Betrag einer Abweichung im Ölpegel unterzubringen.
Die Bearbeitungseinheit 140, die in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann auch erfassen, ob das Entlüftungselement 114 (siehe 1) verstopft ist. Wenn das Entlüftungselement verstopft ist, erhöht sich unerwünscht der Druck in dem Getriebegehäuse über dem Öl, was zu einem Ölverlust nach der Wellendichtung führen kann. Die Druckerhöhung kann hauptsächlich wegen der Temperaturerhöhung in dem Getriebegehäuse geschehen, die während eines Betriebs auftreten kann.
Mit Bezug auf 9 fortsetzend bestimmt somit die Bearbeitungseinheit 140 in Schritt 318 den Druck über dem Öl durch Abtasten des Öldrucks (P) und Subtrahieren des gewünschten Drucks (P_D) (was der Öldruck ist, wenn der Ölpegel auf dem Schwellwert ist), um einen kalkulierten Druck (P_C) zu erhalten. Dieser kalkulierte Druck (P_C) wird in Schritt 320 mit dem atmosphärischen Druck (P_A) verglichen um zu bestimmen, ob der abgetastete Druck zu hoch ist. Falls der kalkulierte Druck (P_C) größer als der atmosphärische Druck (P_A) ist, dann zeigt die Bearbeitungseinheit 140 in Schritt 322 an, dass das Entlüftungselement 114 verstopft ist.
Es sollte erkannt werden, dass da der Drucksensor 162, der in dem hierin beschriebenen Beispiel verwendet wird, ein Differenzialdrucksensor ist, anstatt einer Subtraktion des atmosphärischen Drucks (P_A) ein direkter Vergleich zwischen dem abgetasteten Druck (P) und dem gewünschten Druck (P_D) vorgenommen werden kann. Falls der abgetastete Druck (P) größer als der gewünschte Druck (P_D) ist, kann ein verstopftes Entlüftungselement angezeigt werden. In einem anderen Aspekt der Erfindung kann die Bearbeitungseinheit 140 anzeigen, wann das Öl in dem Getriebegehäuse gewechselt werden muss. Dies kann durch Bestimmen der Zeitdauer bewerkstelligt werden, für die das Getriebegehäuse seit dem vorherigen Ölwechsel gearbeitet hat.
Gemäß noch einem anderen Aspekt der Erfindung kann es in einigen Fällen wünschenswert sein zu bestimmen, ob ein Sensor gestört ist. Anderenfalls ist es möglich, dass eine falsche Anzeige einer Getriebegehäusefehlfunktion vorgenommen werden kann, oder das System versagen kann, eine Fehlfunktion zu erfassen. Um zu bestimmen, ob die Sensoren richtig arbeiten, führt das System 100 durch die Bearbeitungseinheit 140 z.B. einen Eigendiagnosetest durch, wie in den Schritten beispielhaft dargestellt wird, die in 10 gezeigt werden. Während eines Betriebszustandes, wenn die Sensoren abgeschaltet sind, aber die Bearbeitungseinheit eingeschaltet ist, wird anfangs in Schritt 400 ein Signalrauschpegelschwellwert (ρ) durch die Bearbeitungseinheit empfangen und im Speicher gespeichert. Der Signalrauschpegelschwellwert (ρ) stellt das Sensorrauschen selbst ebenso wie das Sensorkanalrauschen dar, was das Rauschen zwischen dem Sensor und der CPU darstellt. Anstatt den Signalrauschpegelschwellwert (ρ) zu empfangen, kann der Signalrauschpegelschwellwert (ρ) voreingestellt und im Speicher gespeichert werden. Dies kann möglich sein, da der Sensorrauschpegelschwellwert für die Sensoren bekannt sein kann und das Sensorkanalrauschen während einer Herstellung der Bearbeitungseinheit bestimmt werden kann.
In Schritt 402 werden in einem anderen Betriebszustand die Sensoren eingeschaltet und der Betrieb des Getriebegehäuses wird überwacht. Die Sensorsignale können kontinuierlich überwacht werden oder können periodisch abgetastet werden, um ein abgetastetes Signal (μ) zu erzeugen. In Schritt 404 wird das abgetastete Signal (μ) mit dem jeweiligen Rauschpegel (ρ) verglichen, der in Schritt 400 generiert wird. Unter Verwendung der folgenden Menge von Regeln kann ein Sensorstatuswert (H) generiert werden. HT = 0, wenn μT ≤ ρT [3] HT = 1, wenn μT > ρT [4]wobei
H_T = Temperatursensorstatus;
μ_T = abgetastete Temperatur;
ρ_T = Temperatursignalrauschen;
0 = Sensor ist gestört; und
1 = Sensor funktioniert. HP = 0, wenn μP ≤ μP [5] HP = 1, wenn μP > ρP [6]wobei
H_P = Drucksensorstatus;
μ_P = abgetasteter Druck;
ρ_P = Drucksignalrauschen;
0 = Sensor ist gestört; und
1 = Sensor funktioniert. HV = 0, wenn μV ≤ ρV [7] HV = 1, wenn μV > ρV [8]wobei
H_V = Vibrationssensorstatus;
μ_V = abgetastete Vibration;
ρ_V = Vibrationssignalrauschen;
0 = Sensor ist gestört; und
1 = Sensor funktioniert.
In Schritt 406 wird eine Bestimmung bezüglich dessen vorgenommen, ob ein beliebiger Sensor fehlerhaft ist, und falls ja, welcher. Dies kann z.B. durch Vergleichen eines Sensorstatuswerts von einem Sensor mit dem Sensorstatuswert eines anderen Sensors, um einen gestörten Sensor zu bestimmen, bewerkstelligt werden.
Die möglichen Kombinationen von Sensorstatuswerten sind in 11 dargestellt. Falls somit z.B. der Temperatursensorstatus (H_T) einen Wert von 0 aufweist, der anzeigt, dass die abgetastete Temperatur kleiner als der Rauschpegel ist (d.h. der Temperatursensor ist gestört), und der Drucksensorstatus (H_P) einen Wert von 1 aufweist, der anzeigt, dass der abgetastete Druck größer als ein Rauschpegel ist (d.h. der Drucksensor funktioniert richtig), und der Vibrationssensor (Hu) auch einen Wert von 1 aufweist, der anzeigt, dass die abgetastete Vibration größer als ein Rauschpegel ist (d.h. der Vibrationssensor funktioniert richtig), dann kann die Bearbeitungseinheit bestimmen, dass der Temperatursensor fehlerhaft ist, da er einen Sensorstatuswert zurückgegeben hat, der sich von dem Sensorstatuswert der beiden anderen Sensoren unterscheidet. Natürlich kann die Matrix von 11 größer oder kleiner sein, abhängig von der Anzahl von verwendeten Sensoren.
Falls ähnlich H_T = 1 und H_V = 1, aber H_P = 0 sind, dann kann angenommen werden, dass der Drucksensor fehlerhaft ist. Die gleiche Analyse trifft in Bezug auf den Vibrationssensor zu. Falls somit H_T = 1 und H_P = 1, aber H_V = 0 sind, dann wird der Vibrationssensor als fehlerhaft erachtet. Falls natürlich H_T = 1, H_P = 1 und H_V = 1 sind, dann kann eine Anzeige eines normalen Betriebs vorgesehen werden, oder es wird vorzugsweise keine Anzeige vorgesehen. Auch falls H_T = 0, H_P = 0 und H_V = 0 sind, kann die Bearbeitungseinheit dann mit einem hohen Maß an Sicherheit bestimmen, dass die Sensoren richtig funktionieren, aber die Sensoren abgeschaltet sind. Das Maß an Sicherheit steigt an, da die Wahrscheinlichkeit gering ist, dass alle drei Sensoren gleichzeitig gestört sind.
Es gibt drei Situationen, wo es schwierig wird zu erfassen, falls überhaupt, welcher Sensor gestört sein kann. Dies tritt auf, wenn zwei der Sensorstatuswerte (H) jeder einen Wert von 0 anzeigt und der andere einen Wert von 1 anzeigt. In dieser Situation kann die Bearbeitungseinheit 14 eine statistische Analyse verwenden um zu bestimmen, ob einer oder beide der angezeigten Sensoren gestört sind oder nicht. Ein Beispiel einer derartigen statistischen Analyse kann eine Analyse eines mittleren Ausfallabstands für einen bestimmten Sensor inkludieren. Falls somit z.B. H_V = 0 und H_T = 0, aber H_P = 1 sind, dann werden der mittlere Ausfallabstand des Temperatursensors und der mittlere Ausfallabstand des Vibrationssensors getrennt bestimmt, und jeder wird mit seiner laufenden Zeit verglichen. Falls einer der beiden Sensoren über einen mittleren Ausfallabstand hinaus gearbeitet hat, dann kann eine Anzeige eines Sensorfehlers von diesem bestimmten Sensor vorgenommen werden. Ein anderes Beispiel einer statistischen Analyse kann eine statistische Trendanalyse sein, in der der Fehler eines Sensors auf Historiendaten basieren kann, die in dem Speicher der Bearbeitungseinheit akkumuliert sind. Natürlich können andere geeignete Analyseverfahren verwendet werden.
Es sollte erkannt werden, dass der abgetastete Parameter (μ), ob es die Temperatur, der Druck oder die Vibration ist, auf einem Mittelwert einer Vielzahl von Abtastwerten basieren kann. In einer bevorzugten Ausführungsform werden 100 oder mehr Abtastwerte aufgezeichnet, um einen Mittelwert für (μ) zu bestimmen. Es sollte auch erkannt werden, dass die Rauschpegelschwellwerte (ρ) einen Bereich von Werten inkludieren können, die einen akzeptablen Bereich von normalen Betriebsbedingungen anzeigen.
Die Bearbeitungseinheit kann auch bestimmen, ob ein beliebiger der Sensoren in einer Bedingung eines Leerlaufs oder eines Kurzschlusses ist. Falls sich der Sensor in einem Kurzschluss befindet, kann das abgetastete Signal (μ) auf einem Maximalwert sein, was anzeigen würde, dass die abgetastete Bedingung uncharakteristisch hoch ist. Die Wahrscheinlichkeit eines derartigen Auftretens ist typischerweise gering, somit ist es vernünftig zu schließen, dass der Sensor in einem Kurzschluss ist. Falls ähnlich das abgetastete Signal (μ) auf einem Minimalwert ist, dann kann der Sensor in einem Leerlauf erachtet werden, da der abgetastete Wert uncharakteristisch niedrig sein würde. Natürlich kann das Gegenteil zutreffen (ein Kurzschluss kann einen Minimalwert für das abgetastete Signal (μ) vorsehen und ein Leerlauf kann einen Maximalwert für das abgetastete Signal (μ) vorsehen), abhängig von der Polarität der Sensoren, wie installiert, oder der Konfiguration der Bearbeitungseinheit.
Sobald bestimmt ist, dass einer oder mehr Sensoren versagt haben, können diese Sensoren leicht und schnell ausgetauscht werden. Alternativ kann der gesamte Sensorstecker durch einen neuen Sensorstecker mit einer neuen Menge von Sensoren ersetzt werden.
Die Bearbeitungseinheit 140 kann mit einer Menge von Instruktionen zum Analysieren der Vibrationssignale von dem Vibrationssensor 166 vorprogrammiert sein. Gemäß einem Aspekt ist das hierin offengelegte Vibrationsanalyseverfahren zum Bestimmen des Gesamtzustands oder der Bedingung des Getriebegehäuses fähig. Gemäß einem anderen Aspekt ist das hierin offengelegte Vibrationsanalyseverfahren zum Bestimmen von Fehlern diskreter Komponenten fähig, die innerhalb des Getriebegehäuses auftreten. Bezugnehmend nun auf 12–14 und insbesondere auf 12 empfängt die Bearbeitungseinheit 140 in Schritt 500 das Vibrationssignal (μ_V) von dem Vibrationssensor 166, das die Vibration des Getriebegehäuses darstellt. Das abgetastete Signal (μ_V) ist in der Zeitdomäne und kann als (μV(t)) bezeichnet werden, welches innerhalb der Zeitdomäne analysiert werden kann, wie hierin nachstehend erörtert wird. Als Nächstes führt die Bearbeitungseinheit 140 in Schritt 502 eine Fourier-Transformation, die eine schnelle Fourier-Transformation sein kann, in dem nicht-verzerrten (debiased) und nicht-verzerrten-berichtigten Vibrationssignal, um ein Vibrationsspektrum in der Frequenzdomäne zu erhalten, wie folgt durch: YVh(f) = Re{YVh(f)} + fIm{YVh(f)} = FT{μVd(t)} and FT{|μVd(t)|} [9]wobei
FT = Fourier-Transformation
Y_vh(f) = die Fourier-Transformation von μ_V(t) und komplexwertig ist
μ_Vd(t) = ein nicht-verzerrtes oder Vibrationssignal mit entfernten DC in der Zeit ist, und
|μ_Vd(t)| = ein nicht-verzerrtes-berichtigtes Vibrationssignal in der Zeit ist.
Für die Spektrumsgenerierung wird die Größe von Y_vh(f) durch
generiert. Die Frequenzachse wird evaluiert, wie etwa:
wobei
S_adc = Analog-Digital-Wandler-Abtastrate in Hertz;
N_spr2 = eine Anzahl von Abtastwerten, die in einem Puffer gehalten werden, und
m = eine Indexzahl, die einen diskreten Standort auf der Frequenzachse darstellt.
Gleichung [11] zeigt an, dass es in dem Spektrum in Bezug auf eine Null-Frequenz (DC-Komponente) negative und positive Frequenzen gibt. Da das Vibrationssignal reell-wertig ist und das Spektrum bezüglich der Null-(DC) Frequenz symmetrisch ist, können nur die Daten des positiven Frequenzspektrums für eine beliebige weitere Analyse verwendet werden.
Nach Evaluierung von Y_vh-abs(f) kann eine Anzahl von Parametern, die für eine übermäßige Vibration überwacht werden können, bestimmt werden. Diese Parameter können die Spektralkomponente bei Null-Frequenz (DC), mittlere Spektralenergie innerhalb eines Bandes und die maximale spektrale Spitze innerhalb jedes Bandes inkludieren. Die Generierung von Bändern wird hierin nachstehend vollständiger beschrieben.
In Schritt 506 wird die Spektralkomponente bei Null-Frequenz generiert und ist gleich dem Bereich unter dem Vibrationssignal in der Zeitdomäne. Die Spektralkomponente bei Null-Frequenz kann als
dargestellt werden.
Eine übermäßige Vibration wird eine große Spektralkomponente bei Null-Frequenz erzeugen. Es sollte erkannt werden, dass dieser Parameter nach Durchführung der schnellen Fourier-Transformation des Vibrationssignals an Stelle einer tatsächlichen Integration des Signals leicht verfügbar ist. Dieser Parameter kann als V_h-dc(k) bezeichnet werden, wobei (k) der Pufferstandort in der Bearbeitungseinheit ist und den Bereich unter der Kurve oder die Größe bei Null-Frequenz darstellt.
In Schritt 508 wird die Spektralkomponente V_h-dc(k) mit einem oder mehr Schwellwerten (T_OZ) verglichen um zu bestimmen, ob übermäßige Vibration auftritt. In Schritt 510 kann ein Alarm ausgegeben werden, falls übermäßige Vibration auftritt. Wie mit Bezug auf 14 vollständiger beschrieben wird, kann die Bearbeitungseinheit 140 eine Analyse des Alarmsignals in einer Bemühung durchführen, das Auftreten von Fehlalarmen zu reduzieren.
Mit Bezug auf 12 fortsetzend wird in Schritt 514 das Spektrum in N_bin Bänder unterteilt, wobei N_bin eine Potenz von 2 ist, sodass das Spektrum gleichmäßig linear unterteilt werden kann. 13 zeigt ein Beispiel des unterteilten Spektrums, wenn die Abtastrate (S_adc) = 25000 Hz, die Anzahl von Bändern (N_bin) = 8 und die Anzahl von Datenpunkten (N_spr2) = 1024 sind. Die mittlere Spektralenergie und die maximale Spitze in jedem Band werden durch die Bearbeitungseinheit bestimmt und mit getrennten Schwellwerten verglichen. Auf diese Art und Weise kann die Bearbeitungseinheit erfassen, ob eine Spitzenamplitude und Vibrationsenergie von bestimmten Frequenzen vorhanden sind, was einen Defekt oder potenziellen Defekt einer Komponente in dem Getriebegehäuse an zeigt, da jede Komponente diskrete Vibrationscharakteristika in bestimmten Frequenzen aufweisen kann. Defekte oder potenzielle Defekte von diskreten Komponenten können unabhängig analysiert werden, ohne den Einfluss von umgebenden Komponenten. Falls das Frequenzspektrum analysiert wird, ohne in Bänder unterteilt zu sein, können anderenfalls dann die Vibrationscharakteristika von diskreten Komponenten gedämpft werden.
Wie hierin nachstehend weiter erörtert wird, kann der Schwellwert innerhalb jedes Bandes gelernt oder eingerichtet werden, wenn das Getriebegehäuse in Dienst genommen wird, an Stelle von voreingestellt und im Speicher gespeichert zu sein. Dieses Merkmal, zusammen mit dem Merkmal zum Unterteilen des Spektrums in Bänder, erlaubt die Erfassung von Defekten oder potenziellen Defekten, die bei unbekannten oder nicht vorhergesagten Frequenzen auftreten (d.h. Komponenten, die normalerweise nicht erkannt werden, als eine Wahrscheinlichkeit eines Erfahrens von Defekten aufzuweisen oder eine Kombination von Komponenten oder eine Kombination des Getriebegehäuses und umgebender Ausrüstung, die unbekannte oder nicht vorhergesagte Frequenzen erzeugen). D.h. falls das Spektrum gefiltert ist, wie es der Fall in einigen konventionellen Überwachungssystemen sein kann, verbleiben nur vorhergesagte Frequenzen. Somit wird eine bestimmte Frequenz einer gewissen Komponente in Kombination mit anderen Komponenten oder umgebender Ausrüstung, die außerhalb der vorhergesagten Frequenz liegen kann, nicht erkannt und wird deshalb nicht analysiert.
In Schritt 516 wird ein Parameter, der die mittlere Spektralenergie in jedem Band darstellt, unter Verwendung von z.B. der folgenden Gleichung generiert:
wobei
N_sb = N_spr2/N_bin
V_erg-sb(k,l) = die mittlere Energie in dem l^ten Band in dem k^ten Puffersignal ist.
In Schritt 518 wird die mittlere Spektralenergie (V_erg-sb(k,l)) in jedem Band mit einem oder mehr Schwellwerten (T_ergZ.Nbin) verglichen. Es kann eine bestimmte Stufe eines Alarms (d.h. NORMAL, VORSICHT oder WARNUNG etc.) erteilt werden, abhängig davon, welcher von dem einen oder mehr Schwellwerten überschritten oder gekreuzt wird. Alternativ kann, wie in Schritten 520–522 gezeigt, eine zweite Schicht von Vergleichen vor Erteilung eines Alarms vorgenommen werden. In diesem Beispiel wird in Schritt 520 ein Wert für jede Schwellwertkreuzung zugeordnet. Falls ein erster Schwellwert gekreuzt wird, dann kann dieser Schwellwertkreuzung ein erster Wert zugeordnet werden; falls ein zweiter Schwellwert gekreuzt wird, dann kann ein zweiter Wert zugeordnet werden usw., abhängig von der Anzahl von verwendeten Schwellwerten. Die numerischen Werte für jedes Band werden gemeinsam summiert. In Schritt 522 werden die summierten Werte dann mit Energieschwellwerten (T_eZ) verglichen. Abhängig davon, welcher Schwellwert (T_eZ) überschritten wird, kann eine entsprechende Stufe eines Alarms (d.h. NORMAL, VORSICHT oder WARNUNG etc.) angezeigt werden. Alternativ kann, wie mit Bezug auf 14 vollständiger beschrieben wird, die Bearbeitungseinheit 140 eine Analyse in dem Alarmsignal in einer Bemühung durchführen, das Auftreten von Fehlalarmen zu reduzieren.
Angenommen z.B., dass es drei Schwellwertpegel für jedes Band gibt und vier Bänder gibt. Eine Kreuzung des ersten Schwellwerts T_ergl.N kann einen Wert von 0 haben, eine Kreuzung des zweiten Schwellwerts T_erg2.N kann einen Wert von 0,5 haben und die Kreuzung eines dritten Schwellwerts T_erg3.N kann einen Wert von 1 haben. Angenommen, dass die mittlere Spektralenergie (V_erg-sb(k,l)) für das erste Band den zweiten Schwellwert T_erg2 gekreuzt hat, was zu einem numerischen Wert von 0,5 führt, die mittlere Spektralenergie (V_erg-sb(k,2)) für das zweite Band den dritten Schwellwert gekreuzt hat, was zu einem numerischen Wert von 1 führt, die mittlere Spektralenergie (V_erg-sb(k,3)) für das dritte Band auch den dritten Schwellwert gekreuzt hat, was zu einem numerischen Wert von 1 führt, und die mittlere Spektralenergie (V_erg-sb(k,4)) für das vierte Band den ersten Schwellwert gekreuzt hat, was zu einem numerischen Wert von 0 führt, dann ist der summierte Wert 2,5. Dieser summierte Wert wird mit einem Energieschwellwert (T_eZ) verglichen. Abhängig davon, welcher Schwellwert (T_eZ) überschritten wird, kann eine entsprechende Stufe eines Alarms angezeigt werden. Angenommen, das ein Wert von 0 NORMAL ist, ein Wert von 2 VORSICHT ist und ein Wert von 4 WARNUNG ist, kann somit in diesem Beispiel die Bearbeitungseinheit 140 eine VORSICHT anzeigen, obwohl während der ersten Stufe von Vergleichen eine höhere Stufe (d.h. WARNUNG) angezeigt worden sein kann. Diese zweite Stufe von Vergleichen kann verwendet werden, um einen Alarm für jeden Parameter vorzusehen, der zu einem Diagnose-/Ratgeber-/Entscheidungs-(D/A/D) System weitergeleitet werden kann, wie hierin nachstehend erläutert wird.
Mit Bezug auf 12 fortsetzend wird in Schritt 528 ein Parameter, der die spektrale Spitze in jedem Band darstellt, unter Verwendung z.B. der folgenden Gleichung generiert:
wobei
N_sb = N_spr2/N_bin
V_p-sb(k,l) = das Spitzenspektrum in dem l^ten Band in dem k^ten Puffersignal ist.
Wie oben mit Bezug auf Schritte 518–526 erörtert, wird das Spitzenspektrum mit einem Schwellwert der ersten Stufe verglichen und kann mit einem Schwellwert der zweiten Stufe verglichen werden. Somit wird in Schritt 530 die spektrale Spitze V_p-sb(k,l) in jedem Band mit einem oder mehr Schwellwerten (T_peakZ,Nbin) verglichen. Es kann eine bestimmte Stufe eines Alarms (d.h. NORMAL, VORSICHT oder WARNUNG etc.) abhängig davon ausgegeben werden, welcher von dem einen oder mehr Schwellwerten überschritten oder gekreuzt wurde.
Wie erwähnt, kann eine zweite Schicht von Vergleichen vorgenommen werden, bevor ein Alarm ausgegeben wird. Somit wird in Schritt 532 ein Wert für jede Schwellwertkreuzung zugeordnet. Falls ein erster Schwellwert gekreuzt wird, wird dann ein erster Wert dieser Schwellwertkreuzung zugeordnet; falls ein zweiter Schwellwert gekreuzt wird, kann dann ein zweiter Wert zugeordnet werden usw., abhängig von der Anzahl von verwendeten Schwellwerten. Die numerischen Werte für jedes Band werden gemeinsam summiert. In Schritt 534 werden die summierten Werte dann mit Spitzenschwellwerten (T_pZ) verglichen. Abhängig davon, welcher Schwellwert (T_pZ) überschritten wird, kann eine entsprechende Stufe eines Alarms (d.h. NORMAL, VORSICHT oder WARNUNG etc.) in Schritt 536 angezeigt werden. Alternativ kann, wie mit Bezug auf 14 vollständiger beschrieben wird, die Bearbeitungseinheit 140 eine Analyse in dem Alarmsignal in einer Bemühung durchführen, das Auftreten von Fehlalarmen zu reduzieren.
Die Spitzenvibration aus der Zeitdomäne und die gesamte Energie aus der Zeitdomäne können auch in Schritten 540 bzw. 542 analysiert werden. Die Spitzenvibration und die gesamte Energie können dann mit einem Schwellwert durch Vergleichen jeder mit einem Schwellwert in Schritten 544 bzw. 546 verglichen werden. Basierend auf dem Vergleich können in Schritten 548 bzw. 550 Alarme angezeigt werden. Wie oben können die generierten Alarme jeweils in einer Fehlalarmroutine analysiert werden.
Die obige Vibrationsanalyse kann auch bei einer Erfassung von Beschädigungsgraden von Vibrationen, die den Arbeitsstandort des Getriebegehäuses umgeben, nützlich sein.
In einer alternativen Ausführungsform kann die Bearbeitungseinheit 140 die einzelnen Alarme aus den Vergleichen der Spektralkomponente bei Null-Frequenz, der mittleren Spektralenergie in jedem Band, der maximalen spektralen Spitze, der Spitzenvibration in der Zeitdomäne vorsehen und die gesamte Energie in der Zeitdomäne wird dem D/A/D-System angezeigt, wie in Schritt 560 gezeigt. Diese Alarme können als Eingabevariablen zu dem D/A/D-System verwendet werden, welches ein Expertensystem für eine weitere Analyse umfasst. Das D/A/D-System kann für Diagnose- und Ratgeberinformation für den Bediener verwendet werden.
Die Bearbeitungseinheit 140 kann mit einer Menge von Instruktionen zum Begrenzen des Auftretens von Fehlalarmen programmiert sein. Dies kann z.B. durch Durchführen einer Analyse einer dritten Schicht bewerkstelligt werden, wie etwa einer Mittelwertbildung der Alarmstufen (d.h. Mittelwertbildung der Anzahl von Auftritten von NORMAL, VORSICHT oder WARNUNG etc.). Außerdem können die mittleren Alarmstufen für jeden Parameter (Spektralkomponente bei Null-Frequenz, mittlere Spektralenergie in jedem Band, Spektralspitze in jedem Band, Spitzenvibration und gesamte Energie) zusammen addiert und mit einem oder mehr Schwellwerten verglichen werden, um einen globalen Alarm zu erhalten, der die Gesamtbedingung des Getriebegehäuses anzeigt, wie in 14 gezeigt. Sobald die Alarme für die einzelnen Parameter bestimmt wurden, werden in Schritt 600 numerische Werte jeder Alarmstufe zugeordnet. Z.B. können NORMAL, VORSICHT und WARNUNG mit Werten von z.B. 0, 0,5 bzw. 1 angezeigt werden, Als Nächstes werden in Schritt 602 Mittelwerte einer Vielzahl (X) von numerischen Werten bestimmt. In Schritt 604 werden diese Mittelwerte für jeden Parameter mit einem Wichtungsfaktor multipliziert und gemeinsam summiert. In Schritt 606 wird der summierte Wert mit einem oder mehr globalen Schwellwerten (T_gZ) verglichen. Falls der summierte Wert den Schwellwert überschreitet, kann dann in Schritt 608 ein globaler Alarm angezeigt werden. Es ist natürlich zu erkennen, dass die Fehlalarmrate durch Abstimmung der Zahl (X) der in Schritt 602 verwendeten numerischen Werte abgestimmt werden kann, während eine Erfassungswahrscheinlichkeit eines wahren Alarms maximiert wird. Außerdem oder als Alternative können die globalen Schwellwerte (T_gZ) abgestimmt werden, um die Fehlalarmrate abzustimmen.
Wie in Verbindung mit Schritt 560 von 12 erörtert, kann die Bearbeitungseinheit 140 in einer alternativen Ausführungsform die Bemittelten Alarmwerte aus Schritt 602 dem D/A/D bereitstellen, wie in Schritt 618 gezeigt.
Es kann ein ähnliches Fehlalarmsteuerschema zum Reduzieren von Fehlalarmen von dem Drucksensor, dem Temperatursensor oder beliebigen anderen Sensoren, die verwendet werden können, verwendet werden, während eine Erfassungswahrscheinlichkeit eines wahren Alarms maximiert wird. Ein derartiges Schema kann eine Bestimmung eines gewichteten Mittelwerts der angezeigten Alarmstufen vor einer Ausgabe eines Alarms wie oben inkludieren. Wie am besten in 15 gezeigt, werden, nachdem die Alarme für die einzelnen Parameter in Schritt 680 bestimmt wurden, dann in Schritt 682 jeder Alarmstufe numerische Werte zugeordnet. Z.B. können NORMAL, VORSICHT und WARNUNG mit Werten von z.B. 0, 0,5 bzw. 1 angezeigt werden.
Als Nächstes wird in Schritt 684 ein Mittelwert einer Vielzahl (X) von numerischen Werten bestimmt. In Schritt 686 wird der Mittelwert mit einem oder mehr Schwellwerten verglichen. In Schritt 688 kann die angezeigte Alarmstufe NORMAL, VORSICHT und WARNUNG angezeigt werden. Die Fehlalarmrate kann durch Abstimmung der Zahl (X) der numerischen Werte, die in Schritt 684 verwendet werden, abgestimmt werden. Außerdem oder als Alternative können die Schwellwerte abgestimmt werden, um die Fehlalarmrate abzustimmen. Die Bearbeitungseinheit 140 kann den gemittelten Alarmwert aus Schritt 682 und/oder 684 dem D/A/D bereitstellen.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung kann es wünschenswert sein, die beliebigen oder alle der oben erwähnten Schwellwerte einzurichten, wenn das Getriebegehäuse in seiner Arbeitsumgebung platziert wird, an Stelle einer Voreinstellung der Schwellwertpegel während einer Herstellung des Getriebegehäuses. Somit kann die Betriebsumgebung, die den Arbeitsstandort des Getriebegehäuses umgibt, in Betracht gezogen werden. Wie in 16 gezeigt, können die Schwellwerte durch die Bearbeitungseinheit 140 gelernt werden. In diesem Beispiel kann in Schritt 700 eine Lernzeit (t_L) durch den Benutzer vorgesehen werden oder es kann eine vorbestimmte Lernzeit in dem Speicher der Bearbeitungseinheit gespeichert werden. Während der Lernzeit (t_L) werden die abgetasteten Bedingungen (μ) in dem Speicher akkumuliert. In Schritt 702 werden ein oder mehr Puffer (M) vorgesehen. In Schritt 704 werden M Werte der folgenden sieben Parameter festgesetzt: μ_{T_oil}(k), μ_{P_oil}(k), V_h-peak(k), V_h-erg(k), V_h-dc(k), V_erg-sb(k,l) und V_p-sb(k,l), wobei k = 1 bis M ist. In dem hierin beschriebenen Beispiel werden die ersten vier Parameter aus der Vorverarbeitung der Zeitsignale aus dem Temperatur-, dem Druck- und den Vibrationssensoren erzeugt, und die anderen drei Parameter werden nur aus der Vibrationsanalyse unter Verwendung des Vibrationssignals generiert. Natürlich können andere Parame terwerte erlangt werden, abhängig von anderen Sensoren, die in das Überwachungssystem hinzugefügt oder ersetzt werden können. Um die Schwellwerte zu bestimmen, werden in Schritt 706 die mittlere (m) und die Standardabweichung (S) von jedem dieser Parameter unter Verwendung z.B. der folgenden Gleichungen evaluiert:
wobei l = 1, ..., N_{bin, T-oil} und _P-oil (als Kleinschrift) einen Wert in Bezug auf die Temperatur des Öls bzw. den Druck des Öls darstellen. Die Schwellwerte für die Alarme werden in Schritt 708 unter Verwendung z.B. der folgenden Gleichungen berechnet: t(n) = m + n * S [29] wobei
t = die gelernten Schwellwerte und
N = Schwellwertzahl sind.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung kann das Überwachungssystem 100 auch verwendet werden um zu bestimmen, ob das Getriebegehäuse enger zu seiner physikalischen Betriebsgrenze betrieben werden kann, wobei dadurch mehr Energie oder Geschwindigkeit gehandhabt wird, ohne die Notwendigkeit, die physikalische Gestaltung zu modifizieren. Bezugnehmend speziell auf 17 werden in Schritt 800 die Betriebsbedingungen des Getriebegehäuses (wie etwa Temperatur, Druck oder Vibration) durch das Überwachungssystem abgetastet, wie oben beschrieben, obwohl andere Bedingungen abgetastet werden können, wie erwünscht. Als Nächstes werden in Schritt 802 die abgetasteten Betriebsbedingungen mit Schwellwerten verglichen, wie ebenfalls oben beschrieben wird. Auf diese Art und Weise können die Schwellwerte die physikalische Betriebsgrenzen des Getriebegehäuses definieren. In Schritt 804 bestimmt die Bearbeitungseinheit den Spielraum von Sicherheit zwischen den abgetasteten Werten und den Schwellwerten. Dieser Spielraum zeigt den Betrag einer Erhöhung einer Last an, den das Getriebegehäuse erfahren kann, bevor die Schwellwerte überschritten werden. Somit zeigt die Bearbeitungseinheit in Schritt 806 einem Bediener einen Prozentsatz einer Erhöhung einer Last an, der dem Spielraum entspricht. Ein Bediener kann dann die Last um den angezeigten Prozentsatz erhöhen, was die Wirkung einer Verringerung des Spielraums hat. Alternativ kann die Bearbeitungseinheit mit einer Steuervorrichtung in der Maschine kommunizieren, die mit dem Getriebegehäuse gekoppelt ist. Die Bearbeitungseinheit kann dann der Maschinensteuervorrichtung signalisieren, ihre Ausgabe zu dem Getriebegehäuse entsprechend zu modifizieren.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung kann eine Drehmomentschätzung durch Bestimmung der Zahl von diskreten Abtastwerten, die eine Rotation eines Rotationsgliedes des Getriebegehäuses, wie etwa der Eingangswelle, darstellen und Vergleichen der Zahl von diskreten Abtastwerten mit gespeicherten Daten, die die Zahl von diskreten Abtastwerten als eine Funktion vom Drehmoment darstellen, durchgeführt werden, wie beschrieben wird. Eine prozentuale Änderung der Zahl von diskreten Abtastwerten zeigt eine entsprechende prozentuale Änderung im Drehmoment an. Die Zahl von diskreten Abtastwerten kann durch die Verwendung von einem oder mehr konventionellen Sensoren bestimmt werden und eine Beziehung zwischen der Zahl von diskreten Abtastwerten und dem Drehmoment kann durch Experiment erhalten werden. Wie in 1 gezeigt, kann ein Beispiel eines derartigen Sensors ein Hall-Effekt-Messfühler 900 sein, der mit einem gezahnten Ring (nicht gezeigt) oder einem Einschnitt (nicht gezeigt) an der Eingangswelle kommuniziert.
18 zeigt ein Beispiel eines Verfahrens, das durch die Bearbeitungseinheit gemäß diesem Aspekt der Erfindung durchgeführt wird. In diesem Beispiel wird die Zahl von diskreten Abtastwerten, die eine Wellendrehung darstellen, durch Analyse der Abtastwerte bestimmt, die durch den Analog-Digital-Wandler in dem Sensor generiert werden. Es ist zu erkennen, dass der Analog-Digital-Wandler den Sensor bei einer vorbestimmten Abtastfrequenz abtastet. In Schritt 901 wird eine Anzahl (M) von Pufferabtastwerten von dem Sensor 900 im Speicher akkumuliert. Als Nächstes wird in Schritt 902 die Anzahl von Umdrehungen, die in den M Pufferabtastwerten sind, erhalten, und in Schritt 904 wird die Zahl von Abtastwerten pro Umdrehung des Sensors, durchgeführt durch den Analog-Digital-Wandler (d.h. die Zahl von Abtastwerten, die zwischen vollständigen Umdrehungen auftreten) akkumuliert. Dies kann be werkstelligt werden, da die Zahl von Abtastungen, durchgeführt durch den Analog-Digital-Wandler zwischen vollständigen Umdrehungen der Welle, größer als die Rate ist, bei der der Sensor eine vollständige Umdrehung anzeigt. Je größer die Zahl von Abtastwerten zwischen Umdrehungen, desto geringer ist somit die Frequenz einer Rotation. In Schritt 906 werden die minimale (N_min), mittlere (N_mean) und maximale (N_max) Anzahl von Abtastwerten pro Umdrehung berechnet. In Schritt 908 wird ein geschätztes Drehmoment, das an das Getriebegehäuse angelegt wird, berechnet. Dies kann durch Verwendung einer Nachschlagtabelle oder einer Kurve oder einer geeigneten funktionalen Beziehung, die im Speicher gespeichert ist, die die Zahl von Abtastwerten pro Umdrehung auf das Drehmoment bezieht, bewerkstelligt werden. Drehmomentdaten als eine Funktion der Zahl von Abtastwerten pro Umdrehung können durch Experiment eines Test-Getriebegehäuses bestimmt werden. Ein Beispiel einer derartigen Beziehung wird in 19 gezeigt. An Stelle einer Verwendung einer Nachschlagtabelle kann eine geeignete Funktion aus den experimentellen Daten abgeleitet werden, unter Verwendung z.B. von Kurvenanpassungstechniken, wie etwa dem Verfahren kleinster Quadrate oder nicht-linearen Datenanpassungsverfahren.
Ein Beispiel einer derartigen funktionalen Beziehung ist: %L = C1N2 + C2N + C3 [30]wobei
C₁, C₂ und C₃ Konstanten sind;
N = Zahl von Abtastwerten pro Umdrehung ist, die N_min, N_mean, N_max sein kann; und
%L = geschätzte prozentuale Last oder Drehmoment.
Das geschätzte Drehmoment, das an die Welle angelegt wird, kann bestimmt werden, ungefähr gleich dem Drehmoment zu sein, das aus der mittleren Zahl von Abtastwerten pro Umdrehung (N_mean) abgeleitet wird, begrenzt durch ein maximales und ein minimales Drehmoment, das aus der maximalen bzw. minimalen Zahl von Abtastwerten pro Umdrehung (N_max, N_min) abgeleitet wird. In Schritt 912 kann ein geschätztes Drehmoment als eine prozentuale Last dem Indikator 149 ausgegeben werden (siehe 1), oder auf eine beliebige gewünschte Art und Weise verwendet oder angezeigt werden. Vorzugsweise wird die Berechnung, die mit Bezug auf 18 beschrieben wird, während des Betriebs des Getriebegehäuses wiederholt.
Falls die prozentuale Last, die durch eines der oben beschriebenen Verfahren geschätzt wird, ein Drehmoment ist, das an einen Motor angelegt wird, der mit dem Getriebegehäuse gekoppelt ist und es antreibt, kann auch die prozentuale Last (oder Drehmoment) geschätzt werden, die an die Ausgangswelle des Getriebegehäuse angelegt wird. Das Drehmoment, das an die Ausgangswelle des Getriebegehäuse angelegt wird, ist dem proportional, das an die Motorwelle angelegt wird. Das Drehmoment, das an die Motorwelle angelegt wird (%L_{motor shaft}) ist kleiner als das Drehmoment, das an die Ausgangswelle des Getriebegehäuses angelegt wird (%L_{gearbox output shaft}), Diese Beziehung trifft wegen der Effizienz des Getriebegehäuses (η_gearbox) zu. Diese Effizienz kann von dem Hersteller des Getriebegehäuses, aus einer Nachschlagtabelle der Effizienz als eine Funktion der Geschwindigkeit oder aus anderen geeigneten Parametern in Bezug auf den Motor und/oder das Getriebegehäuse erhalten werden. Das Drehmoment, das an die Ausgangswelle des Getriebegehäuses angelegt wird, kann durch %Lgearbox output shaft = %Lmotor shaft * ηgearbox [31]bestimmt werden.
Alternativ kann das Drehmoment, das an die Ausgangswelle des Getriebegehäuses angelegt wird, durch die folgende Gleichung bestimmt werden: %Lgearbox output shaft = %Lmotor shaft – (1 – ηgearbox [32]
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das Getriebegehäuse aktiv gesteuert werden, um Leistungsverhalten und Effizienz zu erhöhen, ohne die Notwendigkeit, das Getriebegehäuse durch ein Getriebegehäuse zu ersetzen, das speziell für die erhöhte Anforderung gestaltet ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann dies durch das Verfahren bewerkstelligt werden, das mit Bezug auf 20 beschrieben wird. In Schritt 1000 werden die Betriebsbedingungen des Getriebegehäuses unter Verwendung z.B. der oben beschriebenen Sensoren und der Methodik abgetastet. Die abgetasteten Bedingungen werden in Schritt 1002 mit den Schwellwerten verglichen, wie auch oben beschrieben wird. Außerdem oder als Alternative können die abgetasteten Betriebsbedingungen mit äußeren Bedingungen zu dem Getriebegehäuse verglichen werden. Derartige äußere Bedingungen können das Drehmoment sein, das an die Eingangswelle des Getriebegehäuses angelegt wird, wie in Schritt 1004 gezeigt. Falls die Schwellwerte oder die äußeren Bedingungen zu dem Getriebegehäuse überschritten werden, sendet die Bearbeitungseinheit in Schritt 1006 dann Signale zu verschiedenen Stellgliedern, um bestimmte Betriebscharakteristika des Getriebegehäuses abzustimmen. Beispiele derartiger Abstimmungen werden mit Bezug auf Schritte 1008, 1010, 1012 und 1014 erörtert.
In Schritt 1008 kann das Getriebegehäuse einen Ölinjektor 1020 inkludieren, der entweder in einem zusätzlichen Ölabflussstöpsel oder in einer getrennten Öffnung positioniert ist, die in dem Behälter des Getriebegehäuses (wie in 1 gezeigt) ausgebildet ist und mit der Bearbeitungseinheit kommuniziert. Der Ölinjektor kann angepasst sein, Öl auf das Getriebenetz oder auf ein beliebiges geeignetes Rotationsglied innerhalb des Getriebegehäuses einzuspritzen. Außerdem kann der Ölinjektor einfach verwendet werden, um den Ölpegel innerhalb des Getriebegehäuses zu erhöhen. Natürlich können ein oder mehr Ölinjektoren verwendet werden. Gemäß diesem Aspekt der Erfindung kann, falls der Ölpegel, wie in Schritt 1000 abgetastet, unter einem Schwellwert ist, wie in Schritt 1002 verglichen wird, die Bearbeitungseinheit dann in Schritt 1008 dem Ölinjektor ein Signal senden, zusätzliches Öl in ausgewählte Bereiche innerhalb des Getriebegehäuses einzuspritzen.
Ein anderes Beispiel zum Abstimmen von Betriebscharakteristika innerhalb des Getriebegehäuses wird in Schritt 1010 gezeigt. In diesem Schritt kann das Getriebegehäuse gekühlt werden, um die Betriebstemperatur auf innerhalb der Grenzen abzusenken, die durch den Schwellwert festgesetzt sind. Beispiele einer Kühlung eines Getriebegehäuses inkludieren, sind aber nicht darauf begrenzt, Sprühen einer Kühlflüssigkeit auf das Getriebegehäuse selbst, Betreiben eines Lüfters, um Luftkühlung über dem Getriebegehäuse vorzusehen, oder Anpassen des Getriebegehäuses mit Flüssigkeitskanälen, die in dem Behälter ausgebildet sind, und Verbinden der Kanäle mit einer geeigneten Klimasteuereinheit. Das Getriebegehäuse kann auch erwärmt werden, falls die Betriebstemperatur nicht oberhalb eines Schwellwerts arbeitet. Entsprechend kann warme Luft über das Getriebegehäuse bewegt werden, oder das Getriebegehäuse kann mit einem elektrischen Wärmegerät angepasst werden. Auch kann warme Flüssigkeit durch die Kanäle fließen, die in dem Behälter des Getriebegehäuses ausgebildet sind.
In einigen Fällen kann sich das Eingangsdrehmoment zu dem Getriebegehäuse ändern, was eine Abstimmung mit dem Getriebege häuse erfordern kann, um den gestiegenen Festigkeitsanforderungen Rechnung zu tragen. Entsprechend können, wie in Schritt 1012 gezeigt, Materialeigenschaften, wie die Steifheit, der Getriebegehäusekomponenten unter Verwendung geeigneter Techniken zur Materialeigenschaftsabstimmung, die jetzt bekannt sind oder später entwickelt werden, variiert werden. Beispiele derartiger Techniken inkludieren Verwendung adaptiver oder intelligenter Materialien, wie etwa Materialien mit Fasern, die darin eingebettet sind, die auf elektrische Felder reagieren, die dazu angelegt werden. Andere Verfahren können piezoelektrische oder magnetorheologische Techniken inkludieren. Eine derartige Abstimmung der Materialeigenschaften kann Stoßschaden vermeiden oder eine Übertragung mechanischer Energie durch das Getriebegehäuse ausgleichen.
Falls die abgetastete Betriebsbedingung Vibration ist, und die Vibration einen Schwellwert überschreitet, können dann in Schritt 1014 Vibrations- oder Rauschaufhebungstechniken auf das Getriebegehäuse derart angewendet werden, dass die nachteilige Vibration aufgehoben werden kann.
Es können andere geeignete Verfahren verwendet werden, um die Betriebscharakteristika des Getriebegehäuses zu steuern, um das Leistungsverhalten oder die Effizienz davon zu verbessern.
Während der beste Modus zum Ausführen der Erfindung detailliert beschrieben wurde, wird ein Durchschnittsfachmann, auf den sich diese Erfindung bezieht, verschiedene alternative Ausführungsformen einschließlich jener oben erwähnten erkennen, wie durch die folgenden Ansprüche definiert.

Claims

Verfahren zur Eigendiagnose von Sensoren (162, 164, 166) zur Verwendung in einem Vorrichtungsüberwachungssystem (100), das die folgenden Schritte aufweist: – Empfangen eines Signals von einem ausgeschalteten Sensor (162; 164; 166) und einem Sensorkanal, der eine Rauschschwelle darstellt; – Empfangen eines Signals vom Sensor (162; 164; 166) und vom Sensorkanal, wenn der Sensor (162; 164; 166) eingeschaltet wird, um einen erfassten Wert zu erhalten, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch – Bestimmen, ob der Sensor (162; 164; 166) betriebsfähig ist, basierend darauf, ob der erfasste Wert die Rauschschwelle übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt zum Empfangen eines Signals von einem Sensor (162; 164; 166) und einem Sensorkanal den Schritt zum Zugreifen auf ein gespeichertes Rauschschwellensignal aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin die folgenden Schritte aufweist: – Empfangen von Signalen von einer Vielzahl von Sensoren (162, 164, 166) und von Sensorkanälen, wenn die Sensoren (162, 164, 166) ausgeschaltet werden; und – Empfangen von Signalen von der Vielzahl von Sensoren (162, 164, 166) und den Sensorkanälen, wenn die Sensoren (162, 164, 166) eingeschaltet werden.
Verfahren nach Anspruch 3, das weiterhin die folgenden Schritte aufweist: – Erzeugen von Sensorstatuswerten basierend auf der Bestimmung für jeden Sensor (162; 164; 166); – Vergleichen der Werte miteinander; und – Bestimmen eines nicht funktionierenden Sensors (162; 164; 166) basierend auf dem Vergleich der Werte.
Verfahren nach Anspruch 4, das weiterhin die folgenden Schritte aufweist: Durchführen einer statistischen Analyse, um einen nicht funktionierenden Sensor (162; 164; 166) zu bestimmen, wenn mehr als ein Sensor (162; 164; 166) als nicht funktionierend bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die statistische Analyse eine aus einer Analyse für einen mittleren Ausfallabstand und einer statistischen Trendanalyse aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin die folgenden Schritte aufweist: – Empfangen einer Vielzahl von Signalen von einem Sensor (162; 164; 166) und einem Sensorkanal während eines einzigen Betriebszustands, wobei der einzige Betriebszustand einen Zustand definiert, wenn der Sensor (162; 164; 166) entweder eingeschaltet oder ausgeschaltet ist; und – Erzeugen eines Durchschnittswerts der Vielzahl von Signalen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Bestimmungsschritt den Schritt zum Bestimmen aufweist, ob der Sensor (162; 164; 166) in einem Leerlaufzustand ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Bestimmungsschritt den Schritt zum Bestimmen aufweist, ob der Sensor (162; 164; 166) in einem Kurzschlusszustand ist.