DE102017208871A1

DE102017208871A1 - Wälzlagerung

Info

Publication number: DE102017208871A1
Application number: DE102017208871.0A
Authority: DE
Inventors: Armin Olschewski; Thomas Peuschel; Sebastian ZIEGLER; Alexander De Vries; Andreas Clemens Van Der Ham
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2017-05-24
Filing date: 2017-05-24
Publication date: 2018-11-29
Also published as: CN108953368A; US20200011379A1; US20180340575A1; CN108953368B; US10508690B2

Abstract

Eine Wälzlagerung beinhaltet folgende Merkmale:
- Wenigstens ein erstes und zweites Abrollflächenelement, auf denen Wälzkörper zum Abrollen vorgesehen sind,
- wenigstens ein Satz von Wälzkörpern, der derart zwischen dem ersten und zweiten Abrollflächenelement angeordnet ist, dass die Abrollflächenelemente nach Art eines Wälzlagers gegeneinander drehbar sind,
- wenigstens ein erster der Wälzkörper umfasst ein erstes Sensormodul und ein erstes Kommunikationsmodul, mit dem das erste Sensormodul verbunden ist,
- wenigstens ein zweiter der Wälzkörper umfasst ein zweites Sensormodul und ein zweites Kommunikationsmodul, mit dem das zweite Sensormodul verbunden ist, und
- die Kommunikationsmodule und die Sensormodule sind mit einer einheitlichen Verbindungsschnittstelle zum Verbinden der Module ausgebildet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Wälzlagerung.
Aus dem Stand der Technik sind bereits einige Vorschläge für sensorisierte Wälzlagerungen bekannt, die als sehr spezielle Anpasslösungen ausgebildet sind.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, diesbezüglich eine Verbesserung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Eine Wälzlagerung nach Anspruch 1 beinhaltet folgende Merkmale:

- Wenigstens ein erstes und zweites Abrollflächenelement, auf denen Wälzkörper zum Abrollen vorgesehen sind,
- wenigstens ein Satz von Wälzkörpern, der derart zwischen dem ersten und zweiten Abrollflächenelement angeordnet ist, dass die Abrollflächenelemente nach Art eines Wälzlagers gegeneinander drehbar sind,
- wenigstens ein erster der Wälzkörper umfasst ein erstes Sensormodul und ein erstes Kommunikationsmodul, mit dem das erste Sensormodul verbunden ist,
- wenigstens ein zweiter der Wälzkörper umfasst ein zweites Sensormodul und ein zweites Kommunikationsmodul, mit dem das zweite Sensormodul verbunden ist, und
- die Kommunikationsmodule und die Sensormodule sind mit einer einheitlichen Verbindungsschnittstelle zum Verbinden der Module ausgebildet.

Die Einheitlichkeit bzw. Standardisierung der Verbindungsschnittstellen erlaubt die Verwendung eines einheitlichen Kommunikationsmoduls unabhängig von der Ausbildung des Sensormodules, das je nach Art der zu erfassenden Größen systeminhärent für unterschiedliche Größen unterschiedlich ausgebildet sein muss. Die Einheitlichkeit der Kommunikationsmodule erleichtert die Verbindung mit einem gemeinsamen Empfänger, wobei die Verwendung gleicher Baugruppen viele Vorteile hinsichtlich Vorhaltung aber auch Kostenvorteile mit sich bringt. Es ist auch eine Anpassung an unterschiedlichste Anwendungsfälle einfach und kostengünstig möglich. Entsprechendes gilt für Nachrüstung und Austausch.
Weiterhin werden dadurch, dass mehrere Wälzkörper mit Sensorik ausgerüstet sind, Platzproblem gelöst, die bestehen, wenn alles in einen einzelnen Wälzkörper zu packen wäre. Weiterhin sind dadurch Größen erfassbar, die so mit einem einzelnen sensorisierten Wälzkörper gar nicht erfassbar sind. Dabei sind die Wälzkörper insbesondere in speziellen Positionen zueinander verteilt angeordnet, beispielsweise zwei einander genau gegenüberliegende oder drei jeweils im 120°- oder vier jeweils im 90°-Abstand angeordnete. Es können natürlich auch ausschließlich sensorisierte Wälzkörper eingesetzt sein.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Figuren. Dabei zeigen:

1 einen Querschnitt durch eine Wälzlagerung,
2 einen Längsschnitt durch die Wälzlagerung der 1 im Bereich eines Wälzkörpers mit Sensor,
3 eine Details erläuternde Skizze eines sensorisierten Wälzkörpers und eines Empfängers, und
4 ein Flussdiagramm eines Mess- und Auswerteverfahrens für eine Wälzlagerung mit sensorisierten Wälzkörpern.

Die 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Wälzlagerung in der Ausbildung als Zylinderrollenlager. Die Wälzlagerung umfasst dabei ein inneres hohlzylinderartig ausgebildetes Abrollflächenelement 2 und ein äußeres ebenfalls hohlzylinderförmig ausgebildetes Abrollflächenelement 4, zwischen denen ein Satz von zylindrischen Wälzkörpern 8 und 10 angeordnet ist, so dass die beiden Abrollflächenelemente 2 und 4 nach Art eines Wälzlagers gegeneinander drehbar oder wenigstens verschwenkbar sind.
Dabei sind normale, gängig Wälzköroper 8 ohne Sensorik, und Wälzkörper 10, beinhaltend Sensorik vorhanden, wobei die Sensorik in den Höhlungen der hohlzylindrisch ausgebildeten Wälzkörper 10 angeordnet ist, oder in einer anderen Ausführungsform in sich von den Stirnseiten der zylindrischen Wälzkörper aus erstreckenden, axial nicht durchgehenden Höhlungen angeordnet ist. Dabei umfasst die Sensorik einen oder mehrere Sensoren für Größen wie sie beispielsweise zur 4 näher beschrieben sind. Die Sensorik unterschiedlicher Wälzkörper 10 kann dabei zum Erfassen einer gleichen oder auch von unterschiedlichen Größen, beispielsweise Umdrehungen von Wälzkörpern 10 und Wälzlagerung, Last und/oder akustischer Emissionen ausgebildet sein. In Ausführungsformen können die sensorisierten Wälzkörper 10 in speziellen Positionen zueinander verteilt sein, beispielsweise zwei einander genau gegenüberliegende oder drei jeweils im 120°- oder vier jeweils im 90°-Abstand angeordnete, oder es können auch ausschließlich sensorisierte Wälzkörper 10 eingesetzt sein.
In einer Ausführungsform ist weiterhin ein Käfig vorhanden, in dem die Wälzkörper 8 und 10 angeordnet sind und der beispielsweise ein gegenseitiges Berühren der Wälzkörper 8 und 10 verhindert. Ebenso können Dichtungen vorgesehen sein, die den Wälzkörperraum nach außen hin abdichten, so dass beispielsweise ein im Wälzkörperraum vorhandenes Schmiermittel z.B. Fett oder Öl nicht nach außen dringt. Die Abrollflächenelemente 2 und 4 wie auch die Wälzkörper 8 und 10. können aus einem Wälzlagerstahl oder auch jedem anderen geeigneten Material hergestellt sein.
Die 2 zeigt einen Längsschnitt durch die Wälzlagerung der 1 im Bereich eines der sensorisierten Wälzkörper 10. Dabei erkennt man, dass die Sensorik in der Höhlung des hohlzylindrischen Wälzkörpers 10 angeordnet ist. Die Sensorik umfasst dabei ein Sensormodul 20, das über eine Verbindungsschnittstelle 30 mit einem Kommunikationsmodul 40 verbunden ist. Die Sensoriken der übrigen, mit einer Sensorik versehenen Wälzkörper 10 sind dabei entsprechend aufgebaut, wobei mit besonderem Vorteil ein gleich ausgebildetes Kommunikationsmodul für alle Sensoriken zum Einsatz kommt und auch die Verbindungsschnittstelle 30 eine einheitliche ist, so dass sich die Sensoriken lediglich in ihrem Sensormodul 20 je nach Art und Aufgabe der zu erfassenden Größe unterscheiden.
Die 3 zeigt eine Details erläuternde Prinzipskizze des mit Sensorik versehenen Wälzkörpers 10 der 2 in Verbindung mit einem außerhalb der eigentlichen Wälzlagerung angeordnetem Empfänger 45. Die einheitliche Verbindungsschnittstelle 30 umfasst dabei vier Verbindungsstellen 32, 34, 36 und 38 und zwar eine für die elektrische Energieversorgung, eine weitere für analoge Datenübertragungen, eine weitere für digitale Datenübertragungen und eine letzte für die Erdung. Weiterhin ist das Kommunikationsmodul 40 zum drahtlosen Datenübertragen zum Empfänger 45 ausgebildet. Das Sensormodul 20 an sich kann dabei noch mal aus dem eigentlichen Sensor 22 und einem entsprechenden Verstärker 24 untergliedert ausgebildet sein.
Indem die gemessenen Daten insbesondere mehrerer sensorisierter Wälzkörper 10 unter Berücksichtigung deren zeitlichen Verlaufs und Auftretens kombiniert werden, wird mit Vorteil beispielsweise eine allumfassend Feststellung von Lastzuständen der Wälzlagerung ermöglicht. Dazu ist es in einer Ausführungsform vorgesehen. den sensorisierten Wälzkörpern 10 einen präzisen Zeitstempel mitzugeben, was beispielsweise durch eine Zeitsynchronisation über die drahtlose Datenverbindung mit dem Empfänger 45 realisiert sein kann.
Die 4 zeigt als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Überwachen und Regeln des Betriebs einer Wälzlagerung, bei der den vorausgehend beschriebenen Ausbildungen nach wenigstens zwei oder mehr der Wälzkörper mit einem Sensor zum Erfassen von Geräuschemissionen, mit einem Lastsensor und/oder mit einem Sensor zum Erfassen der Lager- und Wälzkörperdrehung ausgestattet sind.
In einem Festlegungsschritt 100 des Verfahrens werden für die Geräuschemissionen, die Last und den Wälzkörperschlupf Grenzwerte definiert, wobei sich diese Grenzwerte je nach Art der Wälzlagerung und der Anwendung unterscheiden. Danach wird in einem ersten Schritt 200 des Verfahrens durch den entsprechenden Sensor die Geräuschemission der Wälzlagerung erfasst und an eine Empfängereinheit übertragen. In der Empfängereinheit werden dann die gemessenen und übertragenen Daten der Geräuschemission mit dem definierten Grenzwert für die Geräuschemission verglichen, sodass bei einem Unterschreiten des Grenzwertes mit dem nächsten Schritt 300 oder im Falle des Überschreitens des Grenzwertes mit dem Schritt 220 fortgefahren wird, bevor danach ggf. das Verfahren mit dem Schritt 300 fortgesetzt wird.
Dabei beinhaltet der Schritt 220 eine entsprechende Benachrichtigung des Betreibers der Wälzlagerung und/oder es werden die, den Betrieb der Wälzlagerung beeinflussenden bzw. regelnden Prozessparameter derart geändert, dass davon ausgegangen werden kann, dass damit die Geräuschemission unter den definierten Grenzwert sinkt. In schwerwiegenden Fällen kann auch ein Notaus initiiert werden, womit das Verfahren beendet ist und mit einem Neustart wieder neu angestoßen würde.
Im Schritt 300 des Verfahrens wird sodann durch den entsprechenden Sensor die Lastsituation der Wälzlagerung erfasst und an die Empfängereinheit übertragen. In der Empfängereinheit wird dann die gemessene und übertragene Lastsituation mit dem definierten Grenzwert für die Last verglichen, sodass bei einem Unterschreiten des Grenzwertes mit dem nächsten Schritt 400 oder im Falle des Überschreitens des Grenzwertes mit dem Schritt 320 fortgefahren wird, bevor danach ggf. das Verfahren mit dem Schritt 400 fortgesetzt wird. Dabei beinhaltet der Schritt 320 wiederum eine entsprechende Benachrichtigung des Betreibers der Wälzlagerung und/oder es werden die, den Betrieb der Wälzlagerung beeinflussenden bzw. regelnden Prozessparameter derart geändert, dass davon ausgegangen werden kann, dass damit die Last unter den definierten Grenzwert abgesenkt wird. In schwerwiegenden Fällen kann wiederum auch ein Notaus in Frage kommen. In schwerwiegenden Fällen kann wiederum auch ein Notaus initiiert werden, womit das Verfahren beendet ist und mit einem Neustart wieder neu angestoßen würde.
Im Schritt 400 des Verfahrens wird sodann durch den entsprechenden Sensor die Lager- und Wälzkörperdrehung zum Ermitteln eines ggf. vorhandenen Wälzkörperschlupfs erfasst und an die Empfängereinheit übertragen. In der Empfängereinheit wird dann mit dem definierten Grenzwert für den Schlupf verglichen, sodass bei einem Unterschreiten des Grenzwertes mit dem nächsten Schritt 500 oder im Falle des Überschreitens des Grenzwertes mit dem Schritt 420 fortgefahren wird, bevor danach ggf. das Verfahren mit dem Schritt 500 fortgesetzt wird. Dabei beinhaltet der Schritt 420 wiederum eine entsprechende Benachrichtigung des Betreibers der Wälzlagerung und/oder es werden die, den Betrieb der Wälzlagerung beeinflussenden bzw. regelnden Prozessparameter derart geändert, dass davon ausgegangen werden kann, dass damit der Schlupf unter den definierten Grenzwert abgesenkt wird. In schwerwiegenden Fällen kann wiederum auch ein Notaus initiiert werden, womit das Verfahren beendet ist und mit einem Neustart wieder neu angestoßen würde.
In Schritt 500 wird schließlich ein allgemeiner Zustandsbericht der Wälzlagerung inklusive der gemessenen Daten erzeugt, bevor dann das Verfahren wieder mit dem Schritt 100 erneut durchlaufen wird, usw..
Der vorausgehende beschriebene Verfahrensablauf stellt dabei lediglich ein einzelnes Ausführungsbeispiel dar. In Abhängigkeit von mehr oder weniger Sensoren, wie auch in Abhängigkeit von Sensoren zum Erfassen anderer Größen verkürzt bzw. verlängert sich das in der 4 dargestellte Ablaufdiagramm entsprechend und/oder handelt besagte andere Größen entsprechend ab. Als andere Größen kommen dabei insbesondere Vibration aber auch die Schmierqualität oder das Schränken von Wälzkörper wie auch Temperaturen in Frage. Weiterhin kann in einer Ausführungsform auch wenigstens ein Beschleunigungssensor vorgesehen sein, der beispielsweise auch dazu eingesetzt sein kann, eine Änderung der Vibrationen zu erfassen, wenn sich die Schmierbedingungen verändern.

Claims

Wälzlagerung, beinhaltend folgende Merkmale: - Wenigstens ein erstes und zweites Abrollflächenelement, auf denen Wälzkörper zum Abrollen vorgesehen sind, - wenigstens ein Satz von Wälzkörpern, der derart zwischen dem ersten und zweiten Abrollflächenelement angeordnet ist, dass die Abrollflächenelemente nach Art eines Wälzlagers gegeneinander drehbar sind, - wenigstens ein erster der Wälzkörper umfasst ein erstes Sensormodul und ein erstes Kommunikationsmodul, mit dem das erste Sensormodul verbunden ist, - wenigstens ein zweiter der Wälzkörper umfasst ein zweites Sensormodul und ein zweites Kommunikationsmodul, mit dem das zweite Sensormodul verbunden ist, und - die Kommunikationsmodule und die Sensormodule sind mit einer einheitlichen Verbindungsschnittstelle zum Verbinden der Module ausgebildet.
Wälzlagerung nach Anspruch 1, wobei das erste und das zweite Sensormodul baugleich sind.
Wälzlagerung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die einheitliche Verbindungsschnittstelle eine Verbindungstelle für elektrische Energieversorgung, wenigstens eine Verbindungstelle für eine Datenübertragung und eine Verbindungsstelle für die Erdung umfasst.
Wälzlagerung nach Anspruch 3, wobei die Verbindungsschnittstelle eine erste Verbindungsstelle für analoge und eine zweite Verbindungsstelle für digitale Datenübertragung umfasst.
Wälzlagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die mit wenigstens einem Sensor- und Kommunikationsmodul ausgestatten Wälzkörper in Umfangsrichtung des Wälzkörpersatzes in vorgebbaren Winkelpositionen angeordnet sind, insbesondere äquidistant zueinander.
Wälzlagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Wälzkörper in einem Käfig angeordnet sind, und der Käfig geometrisch und/oder materialtechnisch derart ausgebildet ist, dass die Kommunikation der Kommunikationsmodule zu einem Empfänger hin sichergestellt ist.
Wälzlagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Wälzkörper Rollen sind, und wenigstens eines der Sensor- und Kommunikationsmodule insbesondere in einer Höhlung angeordnet ist, die sich ausgehend von einer Rollenstirnseite hin zum Rolleninneren erstreckt.
Wälzlagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei wenigstens eines der Sensormodule wenigstens einen Sensor zum Erfassen einer Geräuschemission, einer Last, einer Rotation wenigstens eines der Wälzkörper und/oder Wälzlagerung, einer Temperatur, einer Beschleunigung und/oder eines Schmierparameters umfasst.
Wälzlagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Wälzlagerung einen den Betriebszustand der Wälzlagerung beeinflussenden Teil einer Steuer- und Kontrolleinheit umfasst, die zum Empfangen und Weiterverarbeiten der von den Sensormodulen aufgenommen und über die Kommunikationsmodule an die Einheit übermittelten Größen ausgebildet ist, und insbesondere derart ausgebildet ist, dass bei einem auf einen kritischen Betriebszustand der Wälzlagerung hinweisenden Weiterverarbeitungsergebnis, der Betriebszustand zum Unkritischen hin geändert, eine Notabschaltung initiiert und/oder der Betreiber benachrichtigt wird.
Wälzlagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei wenigstens eines der Kommunikationsmodule für eine drahtlose Kommunikation ausgebildet ist.