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tm - Technisches Messen

Plattform für Methoden, Systeme und Anwendungen der Messtechnik

[TM - Technical Measurement: A Platform for Methods, Systems, and Applications of Measurement Technology
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Editor-in-Chief: Puente León, Fernando / Zagar, Bernhard


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ISSN
2196-7113
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Volume 85, Issue 6

Issues

Vibrationsbasierende White-Etching-Cracks-Detektion an Wälzlagern

Vibration-based white etching cracks detection at rolling contact bearings

Xiaodong Cao
  • Corresponding author
  • Institut für Elektrische Informationstechnik 26534 TU Clausthal, Leibnizstraße 28, 38768 Clausthal-Zellerfeld, Deutschland
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/ Bramila Tarigan
  • Institut für Tribologie und Energiewandlungsmaschinen 26534 TU Clausthal, Leibnizstraße 32, 38768 Clausthal-Zellerfeld, Deutschland
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/ Christian Rembe
  • Institut für Elektrische Informationstechnik 26534 TU Clausthal, Leibnizstraße 28, 38768 Clausthal-Zellerfeld, Deutschland
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/ Hubert Schwarze
  • Institut für Tribologie und Energiewandlungsmaschinen 26534 TU Clausthal, Leibnizstraße 32, 38768 Clausthal-Zellerfeld, Deutschland
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Published Online: 2018-05-10 | DOI: https://doi.org/10.1515/teme-2017-0141

Zusammenfassung

White-Etching-Cracks (WECs) und White-Etching-Areas (WEAs) sind Schadensbilder, die oftmals in Wälzlagern (z. B. in Windenergieanlagen) auftreten (siehe Abb. 1). Es fehlt bisher eine Möglichkeit, WECs und WEAs in Wälzlagern frühzeitig zu detektieren, d. h. möglichst lange bevor die Oberflächenschädigung auftritt. In diesem Beitrag wird das Schwingungsverhalten des Innenrings eines Wälzlagers (Abb. 2) im beschädigten Zustand (mit WEAs und WECs) und im Neuzustand miteinander verglichen, um eine erste Aussage über das Potenzial der vibrationsbasierenden Messmethode zur Detektion der Ausbildung von WECs und WEAs zu treffen. Der Innenring wird mit einem Shaker breitbandig angeregt. Mit Hilfe eines eigenentwickelten robotergesteuerten Vibrometer-Messsystems werden die Oberflächenschwingungen beider Lagerzustände erfasst und miteinander verglichen. Für den Vergleich wird das Cross-Signature-Assurance-Criterion (CSAC) als Kriterium verwendet. Es wird gezeigt, dass mit Hilfe des CSAC-Wertes eine Detektion von WECs und WEAs in Wälzlagern möglich ist. Um die Einsatzbarkeit des CSAC in einem Prüfstand zu evaluieren, werden weitere Messungen mit dem Multipoint Vibrometer an einem transportablen Prüfstand durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass sich Veränderungen der Schwingungseigenschaften mit Hilfe der CSAC-Methode auch während des Betriebs unter dem Einfluss von Störungen erkennen lassen.

Abstract

White Etching Cracks (WECs) and White Etching Areas (WEAs) are failure modes, which appear prevalently in rolling contact bearings. There is still a lack of methods to identify such failure modes as early as possible before the visible crack appears on the bearing surface. In this article the measured operational deflection shapes (ODS) from a rolling contact bearing with and without WECs and WEAs are compared. The bearing was excited by a shaker. The measurement was obtained by using a self-designed vibrometer robot system. The measured ODS’s are compared by using the Cross Signature Assurance Criterion (CSAC) for checking their correlation. The results show that the ODS’s from the bearing with and without WECs and WEAs are not correlated in the entire frequency spectrum. Therefore monitoring the ODS’s of the bearing by using the CSAC criterion seems to be feasible to detect the existence of WECs and WEAs in bearings. In order to check the applicability of the CSAC method on real test benches, a further test was performed on a small-scaled bearing test bench by using a multipoint vibrometer. The results show that the CSAC method is applicable for detecting changing of vibration behavior of the system with influence from the drive unit of the test bench.

Schlagwörter: Schadenserkennung; White-Etching-Crack; White-Etching-Areas; Cross-Signature-Assurance-Criterion; Wälzlager; Multipoint-Laser-Doppler-Vibrometer

Keywords: Failure mode; white etching crack; white etching areas; cross signature assurance criterion; rolling contact bearing; multipoint laser Doppler vibrometer

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About the article

Xiaodong Cao

Xiaodong Cao hat Maschinenbau an der TU Clausthal studiert. Von 2012 bis 2015 war er bei der Bosch Rexroth AG in Lohr am Main tätig. Seit 2015 ist er wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Elektrische Informationstechnik an der TU Clausthal. Dort strebt er die Promotion auf dem Gebiet der Analyse nichtreproduzierbarer Schwingungsphänomene mit Mehrkanal-Laser-Doppler-Vibrometrie an.

Bramila Tarigan

Herr Bramila Tarigan (Diplom Maschinenbau) studierte Maschinenbau mit der Studienrichtung Konstruktion, Fertigung und Betrieb an der Technischen Universität Clausthal von 2005 bis 2011. Seit 2011 promoviert er am Institut für Tribologie und Energiewandlungsmaschinen (ITR) an der TU-Clausthal mit dem Thema „Erhöhung der Tribo-Systemzuverlässigkeit hochbelasteter Wälzlagerungen in Windturbinen“. Es geht vor allem um die Erforschung spezieller White Etching Crack (WEC) – Schadensphänomene.

Christian Rembe

Christian Rembe hat 1994 sein Physik-Studium mit einer Diplomarbeit im Institut für Quantenoptik an der Universität Hannover abgeschlossen. Danach ging er als Wissenschaftlicher Mitarbeiter an die Universität Ulm, an der er 1999 seine Promotion in den Ingenieurwissenschaften mit Auszeichnung abschloss. Für seine Forschung auf dem Gebiet der Messtechnik für Mikrosysteme erhielt er 1999 den Promotionspreis der Ulmer Universitätsgesellschaft und den Landesforschungspreis Baden-Württemberg. Nach einem zweijährigen Forschungsaufenthalt als Feodor-Lynen-Stipendiat an der Universität in Kalifornien in Berkeley wechselte er 2001 als Abteilungsleiter Entwicklung Optik der Polytec GmbH in die Industrie. In dieser Zeit erhielt er zweimal den AMA-Innovationspreis. 2015 erfolgte die Berufung auf die Professur für Messtechnik an der TU Clausthal, wo seine Hauptarbeitsgebiete Schwingungsmesstechnik, optische Messtechnik, Mikrosensorik und Fertigungsmesstechnik sind.

Hubert Schwarze

Herr Professor Schwarze studierte Maschinenbau an der Technischen Universität Clausthal von 1982 bis 1988. Im Jahr 1992 promovierte er zum Thema „Schmierverhältnisse im elastisch deformierten Pleuellager“. Seit 2000 leitet er das Institut für Tribologie und Energiewandlungsmaschinen.


Received: 2017-12-22

Accepted: 2018-04-27

Published Online: 2018-05-10

Published in Print: 2018-06-01


Citation Information: tm - Technisches Messen, Volume 85, Issue 6, Pages 443–453, ISSN (Online) 2196-7113, ISSN (Print) 0171-8096, DOI: https://doi.org/10.1515/teme-2017-0141.

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