DE3941267A1

DE3941267A1 - Verfahren und vorrichtung zum detektieren von rissen in lagern

Info

Publication number: DE3941267A1
Application number: DE3941267A
Authority: DE
Inventors: Youichi Matsumoto
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1988-12-16
Filing date: 1989-12-14
Publication date: 1990-06-21
Also published as: GB8927991D0; GB2228088B; US4991442A; GB2228088A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrich tung zum Detektieren von Rissen in Lagern, insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Detektieren von Mikro rissen in einem Lager mit Rollenelementen während des Betriebes.

Allgemein kann, wenn Verformungsarbeit in einem Einzelteil eines Lagers angesammelt worden ist, ein Phänomen wie plastische Deformation, Umformung oder Bruch innerhalb des Einzelteiles auftreten, wenn eine Last daran angelegt und die Verformungs arbeit freigesetzt wird. Zur gleichen Zeit kann sich ein Mikro riß an einem Abschnitt des Einzelteiles, wo das Phänomen auf tritt, entwickeln. Wenn dieses Phänomen fortgesetzt auftritt, wächst der Mikroriß und führt letztlich zum Zusammenbruch des Einzelteiles.

Zwischenzeitlich ist die sogenannte akustische Emission bekannt, nämlich das Phänomen, daß der Stoß vom Freiwerden der Verfor mungsarbeit durch das Einzelteil als eine elastische Welle läuft.

Herkömmliche Geräte zum Vorhersehen eines Zusammenbruchs von Lagern sind bekannt, z.B. durch die japanischen provisorischen Patentanmeldungen (Kokai) Nr. 53-43 588 und 63-2 71 132, die japanische provisorische Gebrauchsmusterveröffentlichung (Kokai) Nr. 60-1 72 056 und das US-Patent Nr. 47 68 380. Bei einem sol chen Gerät detektiert ein Sensor akustische Emissionen (ab jetzt abgekürzt als "AE"), die auf das Auftreten eines Mikro risses in einem Einzelteil eines Gleitlagers oder eines Rollen lagers zurückzuführen sind. Der Output, d. h. AE-Signalimpulse vom Sensor werden durch ein Filter gefiltert, um Rauschen daraus zu entfernen, das von mechanischen Schwingungen etc. herrührt. Die Amplitude der entrauschten AE-Signalimpulse wird mit einem vorbestimmten Referenzwert (Spannung) verglichen, oder die AE- Signalimpulse werden von einem Zähler gezählt und die Frequenz, d. h. die Anzahl der gezählten AE-Signalimpulse pro Zeiteinheit, wird mit einem vorgegebenen Referenzwert verglichen, um dadurch den Zusammenbruch des Lagers vorherzusehen.

Da Rauschen, das dasselbe Frequenzband aufweist wie das AE- Signal, nicht einmal durch das Filter entfernt werden kann, muß jedoch in einem herkömmlichen Gerät der Wert der Bezugs spannung zur Ermittlung der Amplitude des AE-Signales auf einen Wert gesetzt werden, der beträchtlich höher als das Rauschniveau ist, um eine fehlerhafte Ermittlung des AE-Signales zu vermei den. Daher kann das Gerät einen Mikroriß nur dann aufspüren, wenn eine beträchtlich große AE erzeugt wird, was eine frühe Detektion des Mikrorisses unmöglich macht.

Außerdem tritt im Falle des Zählens von AE-Signalimpulsen das Problem auf, daß der gezählte Wert durch das Rauschen im AE- Signal beeinflußt wird, was eine genaue Detektion des Mikroris ses unmöglich macht.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Detektion von Rissen in Lagern bereitzustellen, die in der Lage sind, frühzeitig und genau durch Abschätzen des Auftretens von akustischer Emission (AE) infolge der Mik rorisse während des Betriebs, Mikrorisse, die sich in einem Lager mit Rollenelementen entwickelt haben, zu detektieren.

Um die obige Aufgabe zu erfüllen, ist gemäß eines ersten Aspek tes der Erfindung eine Vorrichtung zum Detektieren eines Risses in einem Lager mit einem stationären Element, einem bewegten Element und einer Anzahl von Rollenelementen, die zwischen dem stationären Element und dem bewegten Element in gleichen Ab ständen in einer Bewegungsrichtung des bewegten Elementes ange ordnet und in dieser Richtung bewegbar sind, vorgesehen.

Die Vorrichtung ist gekennzeichnet durch
eine Riß-Detektions-Einrichtung zum Detektieren eines Signales, das charakteristisch für einen Riß im Lager ist;
einen lageempfindlichen Meßfühler für die Rollenelemente zum Detektieren einer Lage der Rollenelemente;
einen lageempfindlichen Meßfühler für das bewegte Element zum Detektieren einer Lage des bewegten Elementes; und
eine Steuereinrichtung, die mit der Riß-Detektions-Einrichtung, dem lageempfindlichen Meßfühler für die Rollenelemente und dem lageempfindlichen Meßfühler für das bewegte Element verbunden ist;
wobei die Steuereinrichtung, wenn ihr ein Outputsignal von der Riß-Detektions-Einrichtung zum erstenmal zugeführt wird, basierend auf mindestens einem der Lagesignale, die von dem lageempfindlichen Meßfühler für die Rollenelemente bzw. dem lageempfindlichen Meßfühler für das bewegte Element geliefert werden, eine Bedingung für das mindestens eine der Lagesignale bestimmt, die erfüllt werden muß, wenn das Outputsignal von der Riß-Detektions-Einrichtung das nächstemal der Steuereinrichtung zugeführt wird,
das mindestens eine der Lagesignale danach beobachtet,
das Outputsignal von der Riß-Detektions-Einrichtung aufsammelt, falls das Outputsignal der Steuereinrichtung zugeführt wird, wenn das mindestens eine der Lagesignale, das die Bedingung erfüllt, der Steuereinrichtung zugeführt wird, und
basierend auf dem Ergebnis des Aufsammelns bestimmt, ob der Riß im Lager existiert oder nicht.

Vorzugsweise ist das Ergebnis des Aufsammelns ein numerischer Wert, der anzeigt, wie oft das Outputsignal der Steuereinrich tung zugeführt worden ist, und der durch Addieren eines vorbe stimmten numerischen Wertes zu einem unmittelbar vorhergehenden numerischen Wert aufgesammelt wird, wobei letzterer aufgesammelt wird, wenn das Outputsignal von der Riß-Detektions-Einrichtung der Steuereinrichtung zugeführt wird.

Alternativ ist das Ergebnis des Aufsammelns ein Wert, der durch Addieren eines Wertes, der einer Amplitude des Outputsignales von der Riß-Detektions-Einrichtung entspricht, zu einem unmit telbar vorhergehenden Wert aufgesammelt wird.

Vorzugsweise detektiert die Steuereinrichtung Amplitudenwerte des Outputsignales von der Riß-Detektions-Einrichtung über eine vorbestimmte Zeitperiode, bewirkt wiederholt die Detektion, bestimmt Verteilungen der detektierten Amplitudenwerte und ermittelt, basierend auf den Verteilungen, ob die Risse im Lager existieren oder nicht.

Alternativ detektiert die Steuereinrichtung zeitliche Dauern des Outputsignales von der Riß-Detektions-Einrichtung über eine vorbestimmte Zeitperiode, bewirkt wiederholt die Detektion, bestimmt Verteilungen der detektierten zeitlichen Dauern und ermittelt, basierend auf den Verteilungen, ob der Riß im Lager existiert oder nicht.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Detektieren eines Risses in einem Lager vorgesehen, das ein stationäres Element, ein bewegtes Element, eine Anzahl von Rollenelementen, die zwischen dem stationären Element und dem bewegten Element in gleichen Abständen in einer Bewegungsrich tung des bewegten Elementes angeordnet und bewegbar in dieser Richtung sind, und eine Riß-Detektions-Einrichtung zur Detektion eines Signales, das für einen Riß im Lager charakteristisch ist, aufweist.

Das Verfahren ist gekennzeichnet durch folgende Schritte:

1) Detektieren einer Lage der Rollenelemente;
2) Detektieren einer Lage des bewegten Elementes;
3) Bestimmen, wann ein Output-Signal von der Riß-Detektions- Einrichtung zum erstenmal anliegt, basierend auf mindestens einem der Lagesignale, die die Lage der Rollenelemente bzw. die Lage des bewegten Elementes anzeigen und in den Schritten (1) und (2) detektiert wurden;
Bestimmen einer Bedingung für das mindestens eine der Positionssignale, die erfüllt werden soll, wenn das Out putsignal von der Riß-Detektions-Einrichtung das nächstemal anliegt;
4) nachfolgendes Beobachten des mindestens einen der Lage signale;
5) Aufsammeln des Outputsignales von der Riß-Detektions-Ein richtung, falls das Outputsignal anliegt, wenn das min destens eine der Lagesignale, das die Bedingung erfüllt, anliegt; und
6) Ermitteln, ob der Riß im Lager basierend auf einem Ergebnis des Aufsammelns existiert oder nicht.

Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Er findung werden durch die folgende detaillierte Beschreibung zusammen mit der zugehörigen Zeichnung deutlicher gemacht. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der gesamten Anord nung eines Radiallagers, auf das die Erfindung angewendet wird;

Fig. 2 ein Diagramm, das die elektrische Schaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Detektion von Rissen in einem Lager zeigt;

Fig. 3a-3d schematische Diagramme, an denen die unterschied lichen Lagen von Einzelteilen eines inneren Ringes 1, eines Rollenelementes 2, eines äußeren Ringes 3, von Meßfühlern 5, 6, 7 und eines Vor sprunges 101 einer Ausführungsform der vorlie genden Erfindung erklärt werden;

Fig. 4a-4e Wellenform-Diagramme, die die Veränderungen zeigen, die ein AE-Signal-Impuls durchmacht, bis der AE-Signal-Impuls vom AE-Meßfühler 7, der in Fig. 2 erscheint, eine Einrichtung 24 zur Erzeugung von Rechteckwellen durchläuft;

Fig. 5 eine graphische Darstellung, die die Veränderung in der kumulativen Anzahl von T ₁ Inputs als Funktion der verstrichenen Zeit zeigt;

Fig. 6 eine transversale Schnittansicht eines Druckla gers, auf das die vorliegende Erfindung angewen det wird;

Fig. 7 ein schematisches Diagramm, das eine Variation der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform dar stellt;

Fig. 8 ein Diagramm, das einer Amplitudenverteilung von Signalimpulsen nach Hüllenkurvengleichrich tung, die während einer vorbestimmten sehr kurzen Zeitdauer Δ RT detektiert wurden, zeigt;

Fig. 9 ein Diagramm, das eine Zeitdauerverteilung der Signalimpulse zeigt, die während der Zeitperiode Δ RT detektiert wurden;

Fig. 10 ein Photo einer Metallstruktur, die auf einem Querschnitt eines inneren Ringes eines Lagers erscheint, in welchem sich ein Mikroriß tatsäch lich entwickelte;

Fig. 11 ein Photo einer Metallstruktur, die auf einem Querschnitt eines Abschnittes eines anderen inneren Ringes erscheint, wo sich ein Mikrospalt tatsächlich entwickelte; und

Fig. 12 einen Graph, der das Ergebnis einer chemischen Analyse des Ursprungs des Mikrospaltes aus Fig. 11 mit Hilfe einer Röntgenstrahlenergieverteilung (energy distribution X-ray (EDX)) zeigt.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden im Detail unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.

Fig. 1 zeigt ein Radiallager, auf das die Erfindung angewendet wird. In der Figur bezeichnet die Bezugsziffer 1 einen inneren Ring, der auf eine rotierende Welle 102 zur damit übereinstim menden Rotation in der durch den Pfeil a angezeigten Richtung mit einer Geschwindigkeit von z. B. 3000 Umdrehungen pro Minute aufgesetzt ist. Die rotierende Welle 102 und der innere Ring 101 werden von einem stationären äußeren Ring 3 über eine Anzahl von Rollenelementen 2 in Form von identischen Walzen, die rings um den inneren Ring 1 angeordnet sind, gehalten. Anstelle der Walzen können Kugeln verwendet werden. Am äußeren Ring 3 ist ein Lastanlage-Rahmen 4 zum Anlegen von Last an den äußeren Ring 3 in der durch den Pfeil A angezeigten Richtung befestigt. Die Rollenelemente 2 werden durch einen nicht gezeigten Käfig in Umfangsrichtung auf gleichen Intervallen beabstandet gehal ten, um sich um den inneren Ring in Richtung des Pfeiles a mit einer Geschwindigkeit zu bewegen oder umzudrehen, die geringer ist als die Rotationsgeschwindigkeit des inneren Ringes 1, wenn der letztere rotiert.

Das Lager, das in Fig. 1 gezeigt ist, weist einen lageempfind lichen Meßfühler 5 für die Rollenemente, einen lageempfindlichen Meßfühler 6 für den inneren Ring, einen AE-Sensor 7 und einen Vorsprung 101 auf, die jeweils Einzelteile der Riß-Detektions- Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sind. Der lage empfindliche Meßfühler 5 für die Rollenelemente umfaßt einen Photo-Sensor, der am äußeren Ring 3 so befestigt ist, daß sein Meßkopf in Richtung der Umlaufbahn der Rollenelemente blickt. Der lageempfindliche Meßfühler 5 für die Rollenelemente erzeugt immer dann einen Signalimpuls, wenn jedes der Rollenelemente 2 den Meßkopf passiert. Der Meßkopf 5 ist nicht auf den Photo- Sensor beschränkt, sondern kann als Dehnungsmeßgerät, Wirbel strom-Sensor, Vibrometer, AE-Sensor oder dergleichen ausgebildet sein.

Der Vorsprung 101 ist auf der äußeren peripheren Oberfläche der rotierenden Welle 102 an einer solchen Stelle ausgebildet, daß er in Kontakt mit einer Endfläche des inneren Ringes 1 steht. Der lageempfindliche Meßfühler 6 für den inneren Ring umfaßt einen Photo-Sensor, der am äußeren Ring 3 so befestigt ist, daß sein Meßkopf in Richtung der Umlaufbahn des Vorsprunges 101 blickt. Der lageempfindliche Meßfühler 6 für den inneren Ring erzeugt einen Signalimpuls immer dann, wenn der Vorsprung 101 den Meßkopf passiert. Der Meßfühler 6 kann von kontaktlosem Typ sein.

Der AE-Sensor 7 ist an dem äußeren Ring 3 zur Detektion einer elastischen Welle aufgrund der AE, die durch den äußeren Ring 3 übertragen wird, befestigt. Verformungsarbeit, die in der Kontaktoberfläche des inneren Ringes 1 oder des äußeren Ringes 3, wo er in Kontakt mit dem Rollenelement 2 gebracht wird, aufgesammelt wird, wird durch plastische Verformung, Umformung (z. B. in Austenit in Martensit) oder durch Bruch freigesetzt, wenn Last an die Kontaktoberfläche beim Passieren des Rollen elementes 2 an der Kontaktoberfläche zugeführt wird. Als Ergeb nis kann ein Mikroriß auftreten und in der Kontaktoberfläche des inneren Ringes 1 oder des äußeren Ringes 3 wachsen. Der Stoß von dem Freiwerden der Verformungsarbeit breitet sich in Form einer elastischen Welle (AE) aus. Die elastische Welle erreicht den AE-Sensor 7 über die Rollenelemente 2, wenn der Mikroriß im inneren Ring 1 auftritt, oder direkt, wenn er im äußeren Ring 3 auftritt. Wenn der Riß wächst, oder wenn der an den Riß angelegte Druck steigt, erhöht sich die Intensität der elastischen Welle.

Fig. 2 zeigt einen elektrischen Schaltkreis, der die Vorrichtung gemäß der Erfindung bildet. In der Figur ist der AE-Sensor 7 mit einem Generator 24 für Rechteckwellen über einen Vorver stärker 21, ein Bandpaßfilter 22 für den Durchlaß von Frequenzen eines Bandes von 100 bis 500 kHz und einen Hauptverstärker 23 verbunden. Die Output-Seite des Generators 24 für Rechteckwellen ist mit einem Input-Output-Schaltkreis 35 eines Mikrocomputers zur Zuführung des Output T ₁ des Generators 24 für Rechteckwellen an den Input-Output-Schaltkreis 35 verbunden. Genauer gesagt wird, wie in Fig. 4 gezeigt, der Output (Fig. 4a) des AE-Sensors 7 von dem Vorverstärker 21 und dem Verstärker 23 verstärkt, während niedrige und hohe Frequenzkomponenten durch das Band paßfilter 22 (Fig. 4b) entfernt werden. Der Generator 24 für Rechteckwellen führt eine Hüllenkurvengleichrichtung des AE- Signal-Impulses (Fig. 4c) aus. Nur wenn das Niveau des resul tierenden detektierten Signal-Impulses (angedeutet durch die durchgezogene Linie in Fig. 4c) einen vorbestimmten Schwellen wert (angedeutet durch die gebrochene Linie in Fig. 4d) über schreitet, erzeugt der Generator 24 ein rechteckiges Wellen signal T ₁ (Fig. 4e) mit einer Impulsbreite, die der Zeitdauer entspricht, während der das Niveau des Signalimpulses den Schwellenwert überschreitet.

Der lageempfindliche Meßfühler 5 für die Rollenelemente ist mit einem Diskriminator 27 über einen Verstärker 25 und einen Wellenformer 26 verbunden. Genauer gesagt werden die Output- Impulse von dem lageempfindlichen Meßfühler 5 für die Rollen elemente vom Verstärker 25 verstärkt und von dem Wellenformer 26 geformt, und der Diskriminator 27 erzeugt Impulse, die die gleiche Frequenz haben wie die Impulse aus dem Wellenformer 26 sowie eine vorbestimmte Wellenform. Ein Output-Impuls wird von dem Diskriminator 27 immer dann erzeugt, wenn jedes Rollen element 2 einen Beobachtungspunkt passiert, d. h. den Meßkopf des Meßfühlers 5. Daher entspricht die Frequenz f ₀ (Hz) der Output-Impulse der Anzahl der Rollenelemente, die den Beobach tungspunkt innerhalb einer Sekunde passieren.

Die Output-Seite des Diskriminators 27 ist sowohl mit einem Impulskonverter 28 als auch mit einem Rücksetz-Terminal R eines Zählers 29 verbunden. Die Output-Seite des Konverters 28 ist mit einem Input-Terminal I des Zählers 29 verbunden. Die Output- Seite des Zählers 29 ist mit dem Input-Output-Schaltkreis 35 des Mikrocomputers verbunden. Im Impulskonverter 28 wird ein Impuls-Signal mit einer Frequenz f ₀ vom Diskriminator 27 in ein Impuls-Signal mit einer Frequenz P×f ₀, was das Produkt der Frequenz f ₀ multipliziert mit einer natürlichen Zahl P ist, umgewandelt. Daher hat das resultierende konvertierte Impuls-Signal eine Impuls-Wiederholungsperiode, die 1/P-mal solang ist wie das Zeitintervall von einem Zeitpunkt, an dem eines der Rollenelemente 2 den Beobachtungpunkt passiert, bis zu einem Zeitpunkt, an dem das nächste Rollenelement 2 den Beobachtungspunkt passiert. Der Zähler 29 zählt die Impulse mit der Frequenz P×f ₀, die durch sein Input-Terminal I vom Impulskonverter 28 zugeführt werden, und der gezählte Wert T ₂ wird dem Input-Output-Schaltkreis 35 zugeführt. Außerdem wird der Zähler 29 immer dann, wenn ihm ein Impuls des Signales mit der Frequenz f ₀ über sein Rücksetz-Terminal R von dem Diskrimi nator 27 zugeführt wird, rückgesetzt. Mit anderen Worten zählt der Zähler 29 von 0 bis P-1 während der Zeitperiode, in der zwei benachbarte Rollenelemente 2 den Beobachtungspunkt für den lageempfindlichen Meßfühler 5 der Rollenelemente passieren. Angenommen, die Zahl der Rollenelemente 2, die in gleichen Intervallen beabstandet sind, ist Q, dann entspricht der ge zählte Einheitswert 1 einem Drehwinkel 360/PQ Grad eines Rol lenelementes 2.

Weiter wird der Wert von P in Abhängigkeit von der Breite einer Wellenform (dargestellt durch die durchgezogene Linie in Fig. 4c) des AE-Signales nach der Hüllenkurvengleichrichtung be stimmt. Genauer gesagt wird P auf einen größeren Wert gesetzt, um die Genauigkeit der Rißdetektion zu verbessern, falls die Breite geringer ist.

Der lageempfindliche Meßfühler 6 für den inneren Ring ist ähn lich dem lageempfindlichen Meßfühler 5 für die Rollenelemente mit einem Diskriminator 32 über einen Verstärker 30 und einen Wellenformer 31 verbunden. Der Diskriminator 32 erzeugt ein Impuls-Signal mit einer Frequenz f ₁ (Hz) immer dann, wenn der Vorsprung 101, der in Übereinstimmung mit der Rotation des inneren Ringes 1 rotiert, einen Beobachtungspunkt oder den Meßkopf des lageempfindlichen Meßfühlers 6 für den inneren Ring 3 passiert. Die Frequenz f ₁ (Hz) entspricht der Anzahl von Vorbeiläufen des Vorsprunges 101 am Beobachtungspunkt für den Meßfühler 6 innerhalb einer Sekunde.

Die Output-Seite des Diskriminators 32 ist mit einem Impulskon verter 33 sowie mit einem Rücksetz-Terminal R eines Zählers 34 verbunden. Die Output-Seite des Impulskonverters 33 ist mit einem Input-Terminal I des Zählers 34 verbunden. Die Output- Seite des Zählers 34 ist mit dem Input-Output-Schaltkreis des Mikrocomputers verbunden. Im Impulskonverter 33 wird ein Impuls- Signal mit einer Frequenz f ₁ vom Diskriminator 32 in ein Impuls- Signal mit einer Frequenz PQ×f ₁, was das Produkt aus der Frequenz f ₁ multipliziert mit einer natürlichen Zahl PQ ist, umgewandelt. Daher hat das resultierende Impuls-Signal eine Impuls-Wiederholungsperiode, die 1/PQ-mal so lang ist wie das Zeitintervall von einem Zeitpunkt, wenn der Vorsprung 101 den Beobachtungspunkt passiert, bis zu einem Zeitpunkt, wenn der Vorsprung 101 den Beobachtungspunkt das nächstemal passiert. Der Zähler 34 zählt die Signal-Impulse mit der Frequenz PQ× f ₁, die ihm über sein Input-Terminal I von dem Impulskonverter 33 zugeführt werden, und der gezählte Wert T ₃ wird dem Input- Output-Schaltkreis 35 zugeführt. Ferner wird der Zähler 34 immer dann zurückgesetzt, wenn ihm ein Impuls des Impuls-Sig nales mit der Frequenz f ₁ über sein Rücksetz-Terminal R von dem Diskriminator 32 zugeführt wird. Mit anderen Worten zählt der Zähler 34 von Null bis PQ-1 während der Zeitperiode vom Zeitpunkt, wenn der Vorsprung 101 den Beobachtungspunkt pas siert, bis zum dem Zeitpunkt, wenn der Vorsprung 101 den Be obachtungspunkt das nächstemal passiert. Der gezählte Einheits wert 1 des Zählers 34 entspricht einem Drehwinkel von 360/PQ Grad des Vorsprunges 101.

Wie oben beschrieben entspricht der gezählte Einheitswert auf dem Zähler 29 auch dem Drehwinkel von 360/PQ Grad. Daher ent sprechen die gezählten Einheitswerte der Zähler 29 und 34 dem gleichen Drehwinkel des Rollenelementes 2 und des Vorsprunges 101 (d. h. des inneren Ringes 1).

Aufgrund dieser Entsprechung zwischen dem gezählten Einheitswert 1 auf beiden Zählern 29 und 34 und dem Drehwinkel von 360/PQ Grad wird die folgende Beschreibung der Erfindung in einer vereinfachten Weise durchgeführt. Das heißt, 360/PQ Grad, was dem gezählten Einheitswert 1 entspricht, wird als ein Einheits drehwinkel angesehen, und daher werden die Drehwinkel der Rol lenelemente 2 und des Vorsprunges 101 (des inneren Ringes 1) als Vielfache (die den gezählten Werten der Zähler 29, 34 ent sprechen) des Einheitsdrehwinkels ausgedrückt. Beispielsweise kann ein Winkel, der von benachbarten Rollenelementen 2 gebildet wird, als die natürliche Zahl P ausgedrückt werden, und ein Winkel (360 Grad), der einer Umdrehung des Vorsprunges 101 oder einer Umdrehung der Rollenelemente 2 entspricht, kann als die natürliche Zahl PQ ausgedrückt werden. In der folgenden Be schreibung wird der Drehwinkel basierend auf dem Einheitsdreh winkel ausgedrückt, der 360/PQ Grad entspricht.

Ein Wecker 39 ist mit dem Input-Output Schaltkreis 35 des Mikro computers verbunden, und ein CRT-Bildschirm 41 ist ebenfalls mit dem Schaltkreis 35 über einen Digital/Analog-Konverter 40 verbunden. Außerdem ist mit dem Input-Output Schaltkreis 35 über einen Bus ein Zentralrechner (CPU) 36 verbunden, mit dem ein RAM 37 und ein ROM 38 über den Bus verbunden sind.

Als nächstes wird das Verfahren der Detektion von Rissen in einem Lager gemäß der vorliegenden Erfindung im Detail mit Bezug auf die Fig. 3a bis 3b beschrieben, in denen der innere Ring 1, die Rollenelemente 2, der äußere Ring 3, die Meßfühler 5, 6, 7 und der Vorsprung 101 in verschiedenen Lagen gezeigt sind.

Ein Mikroriß tritt üblicherweise entweder im inneren Ring 1 oder im äußeren Ring 3 auf. Zuerst sei angenommen, daß ein Mikroriß im inneren Ring 1 aufgetreten ist, d. h. an einer Stelle, die mit X in den Fig. 3a und 3b bezeichnet ist (durchgezogene Linie). Mit Bezug auf Fig. 3a und Fig. 3b, die in vereinfachter Weise die Winkellage der Rollenelemente und des inneren Rings in Fig. 3a zeigt, sei angenommen, daß, wenn sich der Vorsprung 101 auf dem inneren Ring 1 in der Richtung des Pfeiles a um einen Drehwinkel i (entsprechend einem gezählten Wert T ₃=i auf dem Zähler 34) nach dem Passieren des lageempfindlichen Meßfühlers 6 für den inneren Ring gedreht hat, eines der Rol lenelemente 2-4 sich über dem Mikroriß b (dargestellt durch die durchgezogene Linie X) befindet, so daß eine AE aufgetreten ist und das rechteckige Wellensignal T ₁ erzeugt worden ist. Weiterhin sei angenommen, daß sich zu diesem Zeitpunkt das Rollenelement 2-4 in der Richtung a um einen Drehwinkel j (ent sprechend einem gezählten Wert T ₂=j(0 j P-1) des Zählers 29) nach dem Passieren des lageempfindlichen Meßfühlers 5 der Rollelemente gedreht hat.

Die CPU 36 errechnet einen Wert T ₄(=T ₃-T ₂) durch Subtra hieren des gezählten Wertes T ₂ des Zählers 29 von dem gezählten Wert T ₃ des Zählers 34, wenn ihr das rechteckige Wellensignal T ₁ zugeführt wird. Der berechnete Wert T ₄ ist gleich (i-j).

Man nehme nun an, daß sich, wie in Fig. 3 c gezeigt, der innere Ring 1 weiter in Richtung des Pfeiles a um einen Winkel K ₁ aus der in Fig. 3b gezeigten Lage gedreht hat, so daß der Mikroriß b im inneren Ring 1 unter das dem Rollenelement 2-3 benachbarte Rollenelement 2-4 gekommen ist, und daß entsprechend eine AE aufgetreten ist und das rechteckige Wellensignal T ₁ erzeugt worden ist.

Da der Winkel zwischen dem Rollenelement 2-4 und dem Rollen element 2-3 P ist und der gezählte Wert T ₂ bezüglich der Drehung des Rollenelementes 2-4 erhalten wurde, wird zu diesem Zeitpunkt der gezählte Wert T ₂ wie folgt ausgedrückt:

T₂ = j + (k₁ - P) - S₁P (0 T₂ P - 1) [1]

wobei S ₁ eine natürliche Zahl ist und die Bedingung 0 T ₂ P-1 erfüllt wird, die sich auf die Tatsache gründet, daß der Zähler 29, wie oben beschrieben, zurückgesetzt wird, wenn der gezählte Wert T ₂ den Wert P erreicht.

Der gezählte Wert T ₃ des Zählers 34 wird wie folgt ausgedrückt:

T₃ = i + K₁ - r₁PQ (0 T₃ PQ - 1) [2]

wobei r ₁ eine natürliche Zahl ist und die Bedingung 0 T ₃ PQ-1 erfüllt wird, die sich auf die Tatsache stützt, daß der Zähler 34, wie oben beschrieben, immer dann zurückge setzt wird, wenn der gezählte Wert T ₃ den Wert PQ erreicht.

Daher wird T ₄(= T ₃-T ₂), welcher Wert berechnet wird, wenn das rechteckige Wellensignal T ₁ der CPU 36 zugeführt wird, wie folgt erhalten:

T₄ = i - j + P (1 + S₁ - r₁Q) [3]

Dann nimmt man an, daß sich, wie in Fig. 3d gezeigt, der innere Ring 1 weiter um einen Winkel K ₂ aus der in der Fig. 3c ge zeigten Lage gedreht hat und der Mikroriß b unter das dem Rol lenelement 2-2 benachbarte Rollenelement 2-3 gekommen ist, so daß eine AE aufgetreten ist und das rechteckige Wellensignal T ₁ erzeugt worden ist.

Zu diesem Zeitpunkt werden T ₂ und T ₃ wie folgt erhalten:

T₂ = j + (k₁ - P) + (K₂ - P) - S₂P (0 T₂ P - 1) [4]

T₃ = i + K₁ + K₂ - r₂PQ (0 T₃ PQ - 1) [5]

wobei S ₂ und r ₂ natürliche Zahlen sind und die Bedingungen 0 KT ₂ P-1 bzw. 0 T ₃ PQ-1 erfüllt werden, die auf die Tatsache aufbauen, daß die Zähler 29, 34 zurückgesetzt sind, wie oben erwähnt.

Daher wird T ₄ (= T ₃-T ₂), welches berechnet wird, wenn das rechteckige Wellensignal T ₁ an die CPU 36 zugeführt wird, wie folgt ausgedrückt:

T₄ = i - j + P (2 + S₂ - r₂Q) [6]

Man nehme an, daß sich im allgemeinen der innere Ring 1 um einen Winkel k ₁ in Richtung des Pfeiles a aus der Lage, wo die AE aufgetreten ist, gedreht hat, so daß der Mikroriß b unter eines der Rollenelemente gekommen ist, wodurch AE aufgetreten ist und das rechteckige Wellensignal T ₁ erzeugt wurde. 1 ist die Ordinalzahl, die die Reihenfolge des Auftretens der AE anzeigt (1 = 1, 2, 3, . . . n).

In diesem Fall können T ₂ und T ₃ zur Zeit des n-ten Auftretens der AE allgemein ausgedrückt werden wie folgt:

wobei S _n und r _n natürliche Zahlen sind und die Bedingungen 0 T ₂ P-1 bzw. 0 T ₃ PQ-1 erfüllt sind, die sich auf die Tatsache gründen, daß der Zähler 29 immer dann zurück gesetzt wird, wenn der gezählte Wert T ₂ den Wert P erreicht, und daß der Zähler 34 immer dann zurückgesetzt wird, wenn der gezählte Wert T ₃ den Wert PQ erreicht.

Daher wird T ₄ (= T ₃-T ₂), welches von der CPU 36 berechnet wird, wenn ihr das rechteckige Wellensignal T ₁ als Ergebnis des n-ten Auftretens der AE zugeführt wird, wie folgt erhalten:

T₄ = i - j + P (n + S _n - r _n Q) [9]

Gemäß dieser Gleichung ist P(n + S _n - r _nQ) ein Vielfaches von P, da n, S _n, r _n und Q jeweils natürliche Zahlen sind. Daher ist es aufgrund dieser Gleichung klar, daß die AE auf tritt, wenn T ₄(=T₃-T ₂) gleich einem Wert wird, der durch Addition eines Vielfachen von P zur Differenz (i-j) zwischen dem gezählten Wert T ₂ (=j) des Zählers 29 und dem gezählten Wert T ₄ (=i) des Zählers 34 erhalten wird, nachdem das anfäng liche rechteckige Wellensignal T ₁ erzeugt wurde (nulltes Auf treten von AE).

Daher wird T ₄ nach einem Zeitpunkt berechnet, in dem die AE das erste Mal aufgetreten ist, so daß das rechteckige Wellen signal T ₁ zum ersten Mal erzeugt wurde, und es ist möglich, aufgrund des berechneten T ₄ anzunehmen, daß das rechteckige Wellensignal T ₁, das zu einem Zeitpunkt T ₄ erzeugt wurde, gleich einem Wert wird, den man durch Addition des Produktes von P multipliziert mit einer natürlichen Zahl (einschließlich Null) zu (i-j) erhält, welches ein Wert von T ₄ ist, wenn AE das erste Mal auftrat.

Genauer gesagt berechnet die CPU 36 T ₄ (= T ₃-T ₂) basierend auf den gezählten Werten T ₂ und T ₃ von den Zählern 29 bzw. 34, wenn ihr das rechteckige Wellensignal T ₁ zum ersten Mal zuge führt wird, und das Ergebnis T ₄₀ (=i-j) der Rechnung wird in dem RAM 37 gespeichert. T ₄ wird basierend auf den gezählten Werten T ₂ und T ₃ berechnet, die daraufhin zugeführt werden, und die Differenz T ₄-T ₄₀ zwischen dem Rechenergebnis T ₄ und dem oben erwähnten T ₄₀ wird berechnet. Falls das rechteckige Wellensignal T ₁ zugeführt wird, wenn die Differenz T ₄-T ₄₀ gleich dem Produkt von P multipliziert mit einer natürlichen Zahl (inklusive Null) ist, wird 1 zu dem unmittelbar vorherge henden Wert addiert (der anfängliche Wert ist 0), der auf einer Adresse des RAM 37 gespeichert ist (das RAM 37 hat Adressen, denen entsprechende Adressenzahlen von 1 bis PQ zugeordnet sind). Wenn der AE-Sensor 7 Rauschen detektiert und damit das rechteckige Wellensignal T ₁ erzeugt, wird keine 1 zu dem ge speicherten Wert auf derselben Adresse des RAM addiert, aber falls die Zuführung des rechteckigen Wellensignals T ₁ aufgrund des Auftretens des Mikrorisses erzeugt wurde, wird 1 zu dem gespeicherten Wert auf der gleichen Adresse des RAM 37 addiert.

Der addierte Wert, d.h. die kumulative Anzahl von Eingaben des rechteckigen Wellensignals T ₁ zum Input-Output Schaltkreis 35 variiert über der Zeit, wie in Fig. 5 gezeigt. In der graphischen Darstellung von Fig. 5 stellt die Ordinate die kumulative Anzahl von Eingaben des rechteckigen Wellensignals T ₁ dar, und die Abzisse stellt den Index (R×T) für die ver strichene Zeit dar, die aufgezeichnet ist, als wenn AE in glei chen Zeitintervallen auftreten würde. In der vorliegenden Aus führungsform, in der der äußere Ring stationär ist und der innere Ring gedreht wird, und gleichzeitig im inneren Ring ein Mikroriß auftritt, wird der Index R×T für die verstrichene Zeit ausgedrückt wie folgt:

R · T = X · Q - Y [10]

wobei X die Anzahl der Vorbeigänge des Vorsprunges 101 am lage empfindlichen Meßfühler 6 für den inneren Ring nach Erzeugung des ersten T ₁ Signalimpulses bedeutet, Y die Anzahl der Vorbei gänge von Rollenelementen 2 am lageempfindlichen Meßfühler 5 für die Rollenelemente nach Erzeugung des ersten T ₁ Signalim pulses und Q die Gesamtzahl der Rollenelemente.

In dem Fall, wo ein Mikroriß im äußeren Ring auftritt, kann R · T ausgedrückt werden als R · T = Y.

Gemäß Fig. 5 tritt, wenn der Mikroriß wächst, AE mit größerer Intensität auf, und daher wird das rechteckige Wellensignal T ₁ dem Input-Output-Schaltkreis mit erhöhter Frequenz zugeführt, was ein rapides Ansteigen der kumulativen Anzahl von T ₁-Eingaben zur Folge hat. Die CPU 36 führt dem Wecker 39 einen Weckerbefehl zu, wenn die kumulative Anzahl von T ₁-Eingaben einen vorbe stimmten Wert, der durch die gestrichelte Linie in der Figur angezeigt ist, überschritten hat. Vorzugsweise ist eine Anzahl von solchen vorbestimmten Werten zum Vergleich mit der kumu lativen Anzahl von T ₁-Eingaben vorgesehen, die jeweils den unterschiedlichen Stufen des Wachstums des Mikrorisses ein schließlich der Anfangsstufe eines im Keim befindlichen Mikro risses und der Endstufe des Wachstums, die den Zusammenbruch des Lagers bewirkt, entsprechen, um es dadurch zu ermöglichen, das Wachstum eines Mikrorisses zu beobachten und die aktuelle Entwicklungsstufe auf dem CRT-Bildschirm 41 darzustellen. Dies ermöglicht es, ein Lager, in welchem ein Mikroriß aufgetreten ist und weiter wächst, im maximal möglichen Ausmaße zu nutzen und geeignete Gegenmaßnahmen zu ergreifen, z. B. durch Austau schen des Lagers, bevor der Mikroriß seine Endstufe erreicht.

Außerdem kann zusätzlich zur Beobachtung, ob die kumulative Anzahl von T ₁-Eingaben den vorbestimmten Wert überschreitet, die Anstiegsrate tan R der kumulativen Anzahl von T ₁-Eingaben beobachtet werden und es kann Alarm geschlagen werden, wenn die Anstiegsrate tan R einen vorbestimmten Wert überschritten hat, um dadurch das Lager vor dem Zusammenbruch aufgrund des rapiden Wachstums des Mikrorisses zu bewahren.

Die kumulative Anzahl von T ₁-Eingaben, die in dem RAM 37 ge speichert ist, wird immer dann gelöscht, wenn ein vorbestimmter Zeitraum verstrichen ist, nachdem das rechteckige Wellensignal T ₁ zum erstenmal an den Input-Output-Schaltkreis 35 angelegt worden ist, oder wenn der innere Ring eine vorbestimmte Anzahl von Umdrehungen ausgeführt hat, wodurch die kumulative Anzahl von T ₁-Eingaben aufgrund von Rauschen gelöscht wird.

Die oben beschriebene Ausführungsform richtet sich auf den Fall, wo ein Mikroriß b im inneren Ring 1 auftritt. In dem Fall jedoch, wo ein Mikroriß in dem äußeren Ring 3 auftritt, kann AE immer dann auftreten und das rechteckige Wellensignal T ₁ erzeugen, wenn der gezählte Wert T ₂ des Zählers 29 einen bestimmten Wert ohne Rücksicht auf den gezählten Wert T ₃ des Zählers 34 annimmt. Um daher einen Mikroriß, der in dem äußeren Ring 3 auftritt, zu detektieren, arbeitet die CPU 36 so, daß der gezählte Wert T ₂, der vom Zähler 29 zugeführt wird, in dem RAM 37 gespeichert wird, wenn das erste rechteckige Wellensignal T ₁ der CPU 36 zugeführt wird. Die CPU 36 beobachtet den ihr danach zugeführten Wert T ₂ und addiert 1 zu einem Wert, der auf einer Adresse des RAM 37 gespeichert ist und dessen Adres sennummer identisch ist mit dem gespeicherten gezählten Wert T ₂, falls das rechteckige Wellensignal T ₁ der CPU 36 zugeführt wird, wenn der gezählte Wert T ₂ gleich dem gespeicherten Wert wird. Die kumulative Zahl, die durch diese Addition erhalten wird, wird mit einem vorbestimmten Wert verglichen, oder die Anstiegsrate der kumulativen Zahl wird mit einem vorbestimmten Wert verglichen, um dadurch das Auftreten eines Mikrorisses im äußeren Ring ähnlich zu dem Fall, wo der Mikroriß in dem inneren Ring 1 auftritt, zu bestimmen. Daher können in diesem Fall die Schaltkreis-Elemente, die mit den Bezugsziffern 6 und 30 bis 34 in Fig. 2 bezeichnet sind, weggelassen werden.

In der oben beschriebenen Ausführungsform läuft der innere Ring 1 um, während der äußere Ring 3 stationär ist. Die vorlie gende Erfindung kann jedoch genauso gut auf ein Lager angewendet werden, wo der innere Ring stationär ist, während der äußere Ring umläuft. Genauer gesagt ist in einem solchen Lager ein Vorsprung 101 auf dem äußeren Ring vorgesehen, und ein lage empfindlicher Meßfühler 6 für den inneren Ring ist so vorgese hen, daß der Meßfühler auf die Umlaufbahn des Vorsprunges blickt, und gleichzeitig ist ein lageempfindlicher Meßfühler 5 für die Rollenelemente an dem inneren Ring befestigt.

Weiterhin kann die Erfindung, obwohl sie in dem oben beschrie benen Ausführungsbeispiel auf ein Radiallager angewendet ist, genausogut auf ein Drucklager, wie in Fig. 6 gezeigt, angewendet werden. In der Figur weist das Drucklager einen Stator 61, eine rotierende Welle 62, die drehbar durch den Stator 61 ge führt ist, eine Manschette 62 a, die sich radial von der dreh baren Welle 62 ausdehnt, und eine Anzahl von Rollenelementen 63, die rings um die drehbare Welle zwischen dem Stator 61 und der Manschette 62 a angeordnet sind, auf, wobei die Rollenele mente 63 auf dem Umfang in gleichen Intervallen voneinander beabstandet sind.

Ein lageempfindlicher Meßfühler 64 für die Rollenelemente ist auf dem Stator 61 so vorgesehen, daß er auf die Umlaufbahn der Rollenelemente 63 blickt, ein lageempfindlicher Meßfühler 65 für die rotierende Welle ist auf dem Stator 61 so vorgesehen, daß er auf die Umlaufbahn eines Vorsprungs 62 b blickt, der auf der Manschette 62 a der rotierenden Welle 62 vorgesehen ist, und ein AE-Sensor 66 ist auf dem Stator 61 vorgesehen. Auf diese Weise kann die Erfindung bei dem Drucklager auf ganz ähnliche Art angewendet werden, wie bei dem oben beschriebenen Fall, wo sie auf das Radiallager angewendet wurde.

Außerdem kann die vorliegende Erfindung auch auf ein Gleitlager angewendet werden. Ein Gleitlager enthält im allgemeinen einen Stator, ein bewegtes Element für lineare Bewegung, eine Anzahl von Rollenelementen, die zwischen dem Stator und dem bewegten Element in gleichen Abständen angeordnet sind und die in einer Richtung parallel zur linearen Bewegung des bewegten Elementes rollen können. Bei einem solchen Gleitlager kann die Erfindung dadurch angewendet werden, daß eine Anzahl von Vorsprüngen auf dem bewegten Element in gleichen Abständen vorgesehen ist, die länger sind als jene für die Rollenelemente, wobei Q als die Anzahl der Rollenelemente definiert ist, die zwischen benach barten Vorsprüngen aufgenommen werden können.

Bei einem Drucklager und bei einem Gleitlager wie oben bechrie ben wird die Last gleichmäßig an die Rollenelemente angelegt, so daß, sobald irgendeines der Rollenelemente unter oder über Mikrorisse kommt, AE mit identischer Intensität auftritt, vo rausgesetzt, daß die Mikrorisse jeweils die gleiche Größe be sitzen. In einem Radiallager, wie es oben beschrieben wurde, wird jedoch die Last nicht gleichmäßig an die Rollenelemente angelegt, so daß, wenn eines der Rollenelemente, an das eine geringe Last angelegt ist, unter oder über einen Mikroriß kommt, AE nicht mit genügender Intensität auftritt, was es schwierig macht, den Mikroriß ordnungsgemäß zu detektieren. Um diesen Nachteil zu beheben, ist eine weitere Ausführungsform der Er findung vorgesehen, die gegenüber der oben beschriebenen Aus führungsform, die auf ein Radiallager angewendet wurde, ver bessert ist. Die weitere Ausführungsform ist in Fig. 7 gezeigt. Die folgende Beschreibung ist auf die besonderen Merkmale der weiteren Ausführungsform beschränkt. Die Beschreibung von Ele menten und Teilen, die identisch zu jenen der früheren Ausfüh rungsform sind, wird weggelassen.

In Fig. 7 ist ein Sektor gezeigt, der von zwei mit Doppelpunkten strichpunktierten Linien begrenzt ist, und dessen Mittellinie (angezeigt durch eine mit jeweils einem Punkt strichpunktierte Linie) sich in einer Richtung erstreckt, in der die Last A angelegt ist. Dieser Sektor wird als belastete Region definiert. Der Sektor hat einen Winkel von 360°/Q (Q ist die Zahl der Rollenelemente 2), der gleich dem Drehwinkel ist, der durch zwei benachbarte Rollenelemente gebildet wird. In dieser be lasteten Region kann sich notwendigerweise jeweils immer nur eines der Rollenelemente befinden. Die Last A wird an das Rol lenelement angelegt, das sich in der belasteten Region befindet, während diejenigen Rollenelemente, die sich außerhalb der be lasteten Region befinden, eine sehr geringe Last tragen.

Ein lageempfindlicher Meßfühler 5′ für die Rollenelemente ist an dem äußeren Ring 3 so befestigt, daß sein Meßkopf auf die Umlaufbahn der Rollenelemente am Eintrittsende der belasteten Region blickt.

Ein AE-Sensor 7 ist auf dem äußeren Ring 3 an einer Stelle der mit jeweils einem Punkt strichpunktierten Linie angebracht, die das Zentrum der belasteten Region anzeigt.

Man nehme an, daß, wenn eines der Rollenelemente 2 sich um einen Winkel j (der dem gezählten Wert T ₂ (=j) des Zählers 29 entspricht) nach dem Passieren des lageempfindlichen Meßfühlers 5′ für die Rollenelemente gedreht hat, eines der Rollenelemente über einen Mikroriß b (angezeigt durch die durchgezogene Linie X), der auf dem inneren Ring 1 auftritt, gekommen ist, so daß AE aufgetreten ist und das rechteckige Wellensignal T ₁ dem Input-Output-Schaltkreis 35 zugeführt worden ist. Falls der Drehwinkel, der zwischen dem lageempfindlichen Meßfühler 6 für den inneren Ring und dem lageempfindlichen Meßfühler 5′ für die Rollenelemente gebildet wird, s (konstant) ist, und der Drehwinkel, der zwischen dem Mikroriß b und dem Vorsprung 101 auf dem inneren Ring 1 gebildet wird, t (konstant) ist, dann ist der Drehwinkel, der zwischen dem lageempfindlichen Meßfühler 6 für den inneren Ring und dem Vorsprung 101 gebildet wird, s+j+t (was dem gezählten Wert T ₃ (=s+j+t) des Zählers 34 entspricht). Daher ist zu diesem Zeitpunkt T ₄ (=T ₃-T ₂)=s+t.

Der innere Ring 1 rotiert weiter in Richtung des Pfeiles a, und AE tritt wiederum auf, wenn der Mikroriß in die belastete Region zurückkehrt und in eine Position unterhalb eines der Rollenelemente kommt. Der Mikroriß b , das Rollenelement 2 und der Vorsprung 101 zu diesem Zeitpunkt sind mit den gestrichelten Linien dargestellt. Falls der Drehwinkel, der zwischen dem Rollenelement 2 und dem lageempfindlichen Meßfühler 5′ gebildet wird, zu diesem Zeitpunkt j′ (welches T ₂ (=j′) entspricht) ist, wird der Drehwinkel, der zwischen dem lageempfindlichen Meßfühler 6 für den inneren Ring und dem Vorsprung 101 gebildet wird, gleich s+j′+t (was T ₃(=s+j′+t) entspricht), da die relative Lage des Mikrorisses b und des Vorsprunges 101 konstant ist. Deswegen gilt zu diesem Zeitpunkt T ₄=s+t.

Wie man aus den obigen Ausführungen ersieht, nimmt, wenn AE in der belasteten Region auftritt, T ₄ immer den gleichen Wert bezüglich des gleichen Mikrorisses an.

Die CPU 36 berechnet T ₄(=T ₃-T ₂) basierend auf den gezählten Werten T ₂ und T ₃, wenn ihr das rechteckige Wellensignal T ₁ zugeführt wird, und der resultierende Wert T ₄₀ wird in dem RAM 37 gespeichert. Wenn T ₄, welches basierend auf den zugeführten Werten T ₃ und T ₂ berechnet wird, mit dem gespeicherten Wert T ₄₀ übereinstimmt, wenn T ₁ der CPU 36 zugeführt wird, so wird hierauf 1 zu dem unmittelbar vorhergehenden Wert (der Anfangs wert ist 0), der auf einer Adresse des RAM 37 gespeichert ist, addiert.

Auf diese Weise ist es möglich, einen Mikroriß in einem Radial lager genau und in einem frühen Stadium des Wachstumes des Mikrorisses zu detektieren.

Ferner wird in den oben beschriebenen Ausführungsformen die kumulative Anzahl von T ₁-Eingängen dadurch erhalten, daß von der CPU 36 immer dann, wenn das rechteckige Wellensignal von dem Generator 24 für Rechteckwellen, der in Fig. 2 gezeigt ist, dem Input-Output-Schaltkreis 35 zugeführt wird, eine 1 zuaddiert wird. Bei einem alternativen Verfahren kann jedoch ein kumulativer Wert von T ₁-Eingaben dadurch erhalten werden, daß vom Generator 24 für Rechteckwellen ein rechteckiges Wel lensignal T ₁ erzeugt wird, dessen Amplitude die gleiche Größe besitzt wie die Intensität der AE (welche größer ist, wenn der Mikroriß größer ist), und daß der Amplitudenwert eines jeden rechteckigen Wellensignals T ₁ aufsummiert wird. Das ermöglicht es, einen Alarm nicht nur abhängig von der Frequenz des Auf tretens der AE, sondern auch abhängig von der Intensität der AE auszulösen.

Andere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden unten mit Bezug auf Fig. 8 und 9 beschrieben. Die Ausführungs formen umfassen beide ein kontinuierliches Beobachten von Sig nalimpulsen (von denen einer mit der durchgezogenen Linie in Fig. 4c angedeutet ist), die durch Hüllenkurvengleichrichtung von Output-Signal-Impulsen aus dem AE-Sensor 7 erhalten werden, eine Bestimmung der Amplitudenverteilung der beobachteten Sig nalimpulse oder der Zeitdauerverteilung derselben während eines vorbestimmten kurzen Zeitraumes, sowie das Detektieren eines Mikrorisses basierend auf der Amplitudenverteilung oder der Zeitdauerverteilung.

Gemäß einer der Ausführungsformen wird ein vorbestimmter Schwel lenwert, der durch die gestrichelte Linie in Fig. 4d angedeutet ist, auf z. B. 70 dB gesetzt. Die Detektion von Signalimpulsen nach Hüllenkurvengleichrichtung (von denen einer mit der durch gezogenen Linie in Fig. 4d angedeutet ist), deren Amplitude 70 dB überschreitet, wird für eine vorbestimmte sehr kurze Zeit dauer Δ RT bewirkt. Die gleiche Detektion wird wiederholt, um damit Amplitudenverteilungen der detektierten Signalimpulse zu detektieren.

Fig. 8 zeigt eine Amplitudenverteilung der Signalimpulse nach Hüllenkurvengleichrichtung, die während der vorbestimmten sehr kurzen Zeitdauer Δ RT detektiert wurden. Genauer gesagt stellt die Abzisse die Amplitude in dB und die Ordinate die logarith mische Anzahl N _T von Signalimpulsen nach Hüllenkurvengleich richtung dar, die während der vorbestimmten sehr kurzen Zeit dauer detektiert wurden und eine Amplitude besitzen, die durch die Ordinate dargestellt ist.

Falls die Flanke der Amplitudenverteilung Am der Signalimpulse in Fig. 8 nach Hüllenkurvengleichrichtung, die während der sehr kurzen Zeitdauer Δ RT detektiert wurden, mit Ma benannt wird, so läßt sich Ma wie folgt ausdrücken:

Ma = (δ log Δ N _T) / δ Am [11]

Falls der Mikroriß sehr klein ist, überschreitet die Amplitude eines Signal-Impulses nach Hüllenkurvengleichrichtung im all gemeinen kaum den Schwellenwert, und sogar wenn sie diesen Wert überschreitet, ist sie relativ klein. Die AE wird jedoch intensiver, wenn der Mikroriß wächst, so daß die Amplitude eines Signal-Impulses nach Hüllenkurvengleichrichtung größer wird, und daher eine steigende Anzahl von Signalimpulsen nach Hüllenkurvengleichrichtung eine relativ große Amplitude haben. Daher wird die Flanke Ma der Amplitudenverteilung Am beobachtet, und wenn die Flanke Ma einen vorbestimmten Wert überschreitet, wird dem Wecker 39 von der CPU 36 ein Weckerbefehlssignal zuge führt, wodurch der Mikroriß mit hoher Genauigkeit detektiert wird.

Weiter wird gemäß der anderen der beiden Ausführungsformen eine Detektion von Signal-Impulsen (angedeutet durch die durch gezogene Linie in Fig. 4d) nach Hüllenkurvengleichrichtung, deren Amplitude einen vorbestimmten Schwellenwert (angedeutet durch die gestrichelte Linie in Fig. 4d) überschreitet, für die vorbestimmte sehr kurze Zeitdauer Δ RT bewirkt. Die Zeitdauer (entsprechend der in Fig. 4e gezeigten Impulsbreite), während der die Spannung eines jeden Signal-Impulses den Schwellenwert überschreitet, wird detektiert.

Fig. 9 zeigt eine Verteilung der Zeitdauern D, die während der vorbestimmten sehr kleinen Periode Δ RT detektiert wurde. Ge nauer gesagt stellt die Abszisse die Zeitdauer D dar, und die Ordinate stellt die logarithmische Anzahl Δ N _T der Signal-Im pulse dar, die Zeitdauern besitzen, wie sie durch die Abszisse angezeigt werden, und die während der vorbestimmten sehr kurzen Zeitdauer Δ RT aufgetreten sind.

Bezeichnet man in Fig. 9 die Flanke der Verteilung der Zeitdauer D der Signal-Impulse nach Hüllenkurvengleichrichtung, die wäh rend des vorbestimmten sehr kurzen Zeitraumes Δ RT detektiert wurden, mit Md, dann läßt sich Md wie folgt ausdrücken:

Md = (δ log Δ N _T) / δ D [12]

Wenn der Mikroriß wächst, wird die Zeitdauer D länger, so daß eine erhöhte Anzahl von Signal-Impulsen nach Hüllenkurvengleich richtung relativ lange Zeitdauern aufweisen. Daher wird die Flanke Md der Verteilung der Zeitdauer D beobachtet, und wenn die Flanke Md einen vorgegebenen Wert überschreitet, wird dem Wecker 39 von der CPU 36 ein Weckerbefehlssignal zugeführt, wodurch der Mikroriß mit hoher Genauigkeit detektiert wird.

Wie oben beschrieben wird gemäß den anderen Ausführungsformen der Erfindung der Mikroriß basierend auf der Verteilung der Amplitude oder der Zeitdauer der Output-Signal-Impulse aus dem AE-Sensor 7 detektiert, die während des vorbestimmten sehr kleinen Zeitraumes Δ RT detektiert werden, was es ermöglicht, die Genauigkeit der Detektion des Mikrorisses ohne Beeinflussung durch Rauschen zu verbessern.

Fig. 10 ist eine Photographie (100fache Vergrößerung) einer Metallstruktur, die auf einem Querschnitt eines inneren Ringes erscheint, in welchem ein Mikroriß tatsächlich mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung detektiert wurde. In der Photo graphie erscheint der Mikroriß deutlich an einer Stelle ein wenig unterhalb der Oberfläche des inneren Ringes.

Fig. 11 ist eine Photographie (1960fache Vergrößerung) eines Querschnittes des Ursprunges eines Mikrorisses, der bei einem anderen inneren Ring detektiert wurde. Diese Photographie zeigt Details des Ursprunges.

Fig. 12 ist eine graphische Darstellung, die das Ergebnis einer chemischen Analyse des Ursprunges mit Hilfe einer Röntgenstrahl- Energie-Verteilung (EDX) zeigt. Aus dieser Graphik kann man klar ersehen, daß Aluminium (Al) an dem Ursprungsort vorhanden ist.

Claims

1. Vorrichtung zum Detektieren eines Risses in einem Lager mit einem stationären Element, einem bewegten Element und einer Anzahl von Rollenelementen, die zwischen dem sta tionären Element und dem bewegten Element in gleichen Abständen in einer Bewegungsrichtung des bewegten Elementes angeordnet und in dieser Richtung bewegbar sind, gekennzeichnet durch
eine Riß-Detektions-Einrichtung zum Detektieren eines Signales, das charakteristisch für einen Riß im Lager ist;
einen lageempfindlichen Meßfühler für die Rollenelemente zum Detektieren einer Lage der Rollenelemente;
einen lageempfindlichen Meßfühler für das bewegte Element zum Detektieren einer Lage des bewegten Elementes; und
eine Steuereinrichtung, die mit der Riß-Detektions-Ein richtung, dem lageempfindlichen Meßfühler für die Rollen elemente und dem lageempfindlichen Meßfühler für das be wegte Element verbunden ist;
wobei die Steuereinrichtung, wenn ihr ein Outputsignal von der Riß-Detektions-Einrich tung zum erstenmal zugeführt wird, basierend auf mindestens einem der Lagesignale, die von dem lageempfindlichen Meß fühler für die Rollenelemente bzw. dem lageempfindlichen Meßfühler für das bewegte Element geliefert werden, eine Bedingung für das mindestens eine der Lagesignale bestimmt, die erfüllt werden muß, wenn das Outputsignal von der Riß-Detektions-Einrichtung das nächstemal der Steuerein richtung zugeführt wird,
das mindestens eine der Lagesignale danach beobachtet,
das Outputsignal von der Riß-Detektions-Einrichtung auf sammelt, falls das Outputsignal der Steuereinrichtung zugeführt wird, wenn das mindestens eine der Lagesignale, das die Bedingung erfüllt, der Steuereinrichtung zugeführt wird, und basierend auf dem Ergebnis des Aufsammelns bestimmt, ob der Riß im Lager existiert oder nicht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ergebnis des Aufsammelns ein numerischer Wert ist, der anzeigt, wie oft das Outputsignal der Steuereinrichtung zugeführt worden ist, und der durch Addieren eines vorbe stimmten numerischen Wertes zu einem unmittelbar vorher gehenden numerischen Wert aufgesammelt wird, wobei letzterer aufgesammelt wird, wenn das Outputsignal von der Riß-Detektions-Einrichtung der Steuereinrichtung zu geführt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ergebnis des Aufsammelns ein Wert ist, der durch Ad dieren eines Wertes, der einer Amplitude des Outputsignales von der Riß-Detektions-Einrichtung entspricht, zu einem unmittelbar vorhergehenden Wert aufgesammelt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung ermittelt, daß der Riß im Lager existiert, wenn der aufgesammelte Wert mindestens einen vorbestimmten Wert überschreitet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung ermittelt, daß der Riß im Lager existiert, wenn der aufgesammelte Wert eine Anstiegsrate aufweist, die einen vorbestimmten Wert überschreitet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung Amplitudenwerte des Outputsignales von der Riß-Detektions-Einrichtung über eine vorbestimmte Zeitperiode detektiert, wiederholt die Detektion bewirkt, Verteilungen der detektierten Amplitudenwerte bestimmt und basierend auf den Verteilungen ermittelt, ob der Riß im Lager existiert oder nicht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung zeitliche Dauern des Outputsignales von der Riß-Detektions-Einrichtung über eine vorbestimmte Zeitperiode detektiert, wiederholt die Detektion bewirkt, Verteilungen der detektierten zeitlichen Dauern bestimmt und basierend auf den Verteilungen ermittelt, ob der Riß im Lager existiert oder nicht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung ermittelt, daß der Riß im Lager existiert, wenn eine Flanke einer für die Verteilung cha rakteristischen Kurve einen vorbestimmten Wert überschrei tet.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ge kennzeichnet durch eine einen Alarm erzeugende Einrichtung, die ein Weckersignal erzeugt, wenn die Steuereinrichtung ermittelt, daß der Riß im Lager existiert.

10. Verfahren zum Detektieren eines Risses in einem Lager, das ein stationäres Element, ein bewegtes Element, eine Anzahl von Rollenelementen, die zwischen dem stationären Element und dem bewegten Element in gleichen Abständen in einer Bewegungsrichtung des bewegten Elementes angeordnet und bewegbar in dieser Richtung sind, und eine Riß-De tektions-Einrichtung zur Detektion eines Signales, das für einen Riß im Lager charakteristisch ist, aufweist, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

1) Detektieren einer Lage der Rollenelemente;
2) Detektieren einer Lage des bewegten Elementes;
3) Bestimmen, wann ein Outputsignal von der Riß- Detektions-Einrichtung zum erstenmal anliegt, basie rend auf mindestens einem der Lagesignale, die die Lage der Rollenelemente bzw. die Lage des bewegten Elementes anzeigen und in den Schritten (1) und (2) detektiert wurden;
Bestimmen einer Bedingung für das mindestens eine der Lagesignale, die erfüllt werden muß, wenn das Outputsignal von der Riß-Detektions-Einrichtung das nächstemal anliegt;
4) nachfolgendes Beobachten des mindestens einen der Lagesignale;
5) Aufsammeln des Outputsignales von der Riß-Detektions- Einrichtung, falls das Outputsignal anliegt, wenn das mindestens eine der Lagesignale, das die Bedingung erfüllt, anliegt; und
6) Bestimmen, ob der Riß im Lager basierend auf einem Ergebnis des Aufsammelns existiert oder nicht.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Ergebnis des Aufsammelns ein numerischer Wert ist, der anzeigt, wie oft das Outputsignal der Steuereinrichtung zugeführt worden ist und der durch Addieren eines vorbe stimmten numerischen Wertes zu einem unmittelbar vorher gehenden numerischen Wert aufgesammelt wird, wenn das Outputsignal an der Riß-Detektions-Einrichtung anliegt.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Ergebnis des Aufsammelns ein Wert ist, der durch Ad dieren eines Wertes, der einer Amplitude des Outputsignales an der Riß-Detektions-Einrichtung entspricht, zu einem unmittelbar vorhergehenden Wert aufgesammelt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt (6) ermittelt wird, daß der Riß im Lager existiert, wenn der aufgesammelte Wert mindestens einen vorbestimmten Wert überschreitet.

14. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt (6) ermittelt wird, daß der Riß im Lager existiert, wenn der aufgesammelte Wert eine Anstiegsrate aufweist, die einen vorbestimmten Wert überschreitet.

15. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt (5) Amplitudenwerte des Outputsignales von der Riß-Detektions-Einrichtung über eine vorbestimmte Zeit periode detektiert und wiederholt die Detektion bewirkt wird, und daß in Schritt (6) Verteilungen der detektierten Amplitudenwerte bestimmt werden und basierend auf den Verteilungen ermittelt wird, ob der Riß im Lager existiert oder nicht.

16. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt (5) zeitliche Dauern des Outputsignales von der Riß-Detektions-Einrichtung über eine vorbestimmte Zeit periode detektiert und die Detektion wiederholt bewirkt wird, und daß in Schritt (6) Verteilungen der detektierten zeitlichen Dauern bestimmt werden und basierend auf den Verteilungen ermittelt wird, ob der Riß im Lager existiert oder nicht.

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt (6) ermittelt wird, daß der Riß im Lager existiert, wenn eine Flanke einer für die Verteilung cha rakteristischen Kurve einen vorbestimmten Wert überschrei tet.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Schritt (7) ein Weckersignal erzeugt wird, wenn ermittelt worden ist, daß der Riß im Lager existiert.