DE102011076099A1

DE102011076099A1 - Verfahren zum Betrieb einer Lageranordnung

Info

Publication number: DE102011076099A1
Application number: DE201110076099
Authority: DE
Inventors: Ferdinand Schweitzer
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2011-05-19
Filing date: 2011-05-19
Publication date: 2012-11-22
Anticipated expiration: 2031-05-20
Also published as: WO2012156456A1; DE102011076099B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung (1) umfassend mindestens ein Lager (2, 3), wobei das Lager (2, 3) mindestens einen Lagerinnenring (4, 5) und mindestens einen Lageraußenring (6, 7) aufweist, wobei am oder im Lagerinnenring (4, 5) und am oder im Lageraußenring (6, 7) mindestens ein Temperatursensor (8, 9, 10, 11) angeordnet ist. Um das Betriebsverhalten der Lageranordnung besser überwachen zu können, sieht die Erfindung vor, dass Mittel (12) zur Ermittlung der Temperaturdifferenz (ΔT) zwischen der Temperatur (T_I1, T_I2) des Lagerinnenrings (4, 5) und der Temperatur (T_A1, T_A2) des Lageraußenrings (6, 7) vorhanden sind, wobei die Mittel (12) ausgebildet sind, beim Erreichen eines vorgegebenen Wertes für die Temperaturdifferenz (Δ_Tmax) ein Signal (S) auszugeben. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Lageranordnung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung umfassend mindestens ein Lager, wobei das Lager mindestens einen Lagerinnenring und mindestens einen Lageraußenring aufweist, wobei am oder im Lagerinnenring und am oder im Lageraußenring mindestens ein Temperatursensor angeordnet ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Lageranordnung.
Lageranordnungen dieser Art sind hinlänglich im Stand der Technik bekannt. Die Lagerringe können mit einem Temperatursensor ausgestattet werden, so dass die Lagertemperatur überwacht werden kann. Kritische Betriebszustände, die unter Umständen zu einer kurzfristigen Zerstörung des Lagers führen, können so erkannt und Gegenmaßnahmen eingeleitet werden.
Es hat sich herausgestellt, dass alleine die Lagertemperatur mitunter kein Kriterium ist, das genau genug über das Schädigungspotential Auskunft gibt, das auf das Lager wirkt. Vielmehr erscheint es, dass es einer weitergehenden Überwachung bedarf, um die Belastungssituation eines Lagers richtig einschätzen zu können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lageranordnung der eingangs genannten Art so fortzubilden und ein entsprechendes Verfahren zum Betrieb des Lagers vorzuschlagen, mit der bzw. mit dem es möglich ist, den Zustand des Lagers verbessert zu überwachen und rechtzeitige Hinweise zu erhalten, wie der Verschleißzustand des Lagers ist. Dabei sollen gezielt die Kriterien überwacht werden, die hierüber optimal Auskunft geben.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Ermittlung der Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur des Lagerinnenrings und der Temperatur des Lageraußenrings vorhanden sind, wobei die Mittel ausgebildet sind, beim Erreichen oder Überschreiten eines vorgegebenen Wertes für die Temperaturdifferenz ein Signal auszugeben.
Bei diesem Signal wird es sich zumeist um eine optische oder akustische Warnung handeln, die angibt, dass abnorme oder kritische Lagerzustände vorliegen. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass das Signal lediglich veranlasst, dass der detektierte Betriebszustand in einem Speichermittel gespeichert wird. Durch späteres Auswerten des Speicherinhalts kann dann auf den Status des Lagers rückgeschlossen werden.
Das mindestens eine Lager ist bevorzugt ein Wälzlager. Die Temperatursensoren sind bevorzugt im Bereich der Lastzone des Lagers angeordnet.
Eine besonders bevorzugte Lösung sieht vor, dass zwei Lager angeordnet sind, die als Schrägkugellager ausgebildet und gegeneinander axial vorgespannt sind.
Mindestens ein weiterer Sensor zur Detektion des Ölanteils in der Luft oder des Ölnebelgehalts im Zwischenraum zwischen den Lagerringen kann vorgesehen werden, wobei der Sensor mit den Mitteln zur Ermittlung der Temperaturdifferenz verbunden ist. Hierdurch wird es möglich, den Schmierungszustand im Lager (Ölanteil bzw. Ölnebelgehalt) mit in die Beurteilung des Schädigungsverlaufs des Lagers einfließen zu lassen. In diesem Zusammenhang ist festzustellen, dass höhere Temperaturdifferenzen zwischen den Lagerringen dann leichter vom Lager hingenommen werden können und weniger schädigenden Einfluss haben, wenn die Schmierverhältnisse entsprechend sind. Durch die Miterfassung des Schmierzustands lässt sich mithin eine verbesserte Aussage über den Status des Lagers und seiner verbleibenden Gebrauchsdauer machen.
Zumindest einer der an oder in den Lagerringen angeordneten Temperatursensoren kann ausgebildet sein, den gemessenen Temperaturwert drahtlos an die Mittel zu übertragen. Demgemäß wird eine Überwachung auch eines rotierenden Sensors ohne aufwändige Verkabelung möglich.
Das Verfahren zum Betrieb einer solchen Lageranordnung zeichnet sich durch die Schritte aus:

a) Messung der Temperatur des mindestens einen Lagerinnenrings und Zuleiten des Signals zu den Mitteln zur Ermittlung der Temperaturdifferenz;
b) Messung der Temperatur des mindestens einen Lageraußenrings und Zuleiten des Signals zu den Mitteln zur Ermittlung der Temperaturdifferenz;
c) Ermittlung der Temperaturdifferenz zwischen dem Lagerinnenring und dem Lageraußenring und Vergleichen der ermittelten Temperaturdifferenz mit einem in den Mitteln gespeicherten Referenzwert;
d) Ausgeben eines Signals, falls die ermittelte Temperaturdifferenz größer ist als der gespeicherte Referenzwert und/oder Speichern der ermittelten Temperaturdifferenz in einem Speicherelement.

Der Ölanteil in der Luft oder der Ölnebelgehalt im Zwischenraum zwischen den Lagerringen kann dabei fortbildungsgemäß ermittelt und den Mitteln zugeleitet werden.
In den Mitteln kann der zulässige Referenzwert der Temperaturdifferenz anhand gespeicherter Daten oder anhand einer gespeicherten Funktion in Abhängigkeit des (gemessenen) Ölanteils in der Luft oder des Ölnebelgehalts festgelegt werden. Demgemäß kommt beispielsweise ein geringerer Temperatur-Differenzwert zum Tragen, wenn ein schlechter Schmierzustand des Lagers (geringer Ölanteil in der Luft bzw. geringer Ölnebel) detektiert wird; liegen indes gute Schmierverhältnisse vor (hoher Ölanteil in der Luft bzw. viel Ölnebel) kann ein höherer Temperatur-Differenzwert toleriert werden.
Falls kein oder nur unzureichend Ölnebel generiert wird, tritt Mangelschmierung ein und als Folge erhöht sich die Belastung des Lagers. Generell erhöht sich dabei die Temperatur des Lagers.
In den Mitteln können die gemessenen Werte periodisch in dem Speicherelement gespeichert werden, wobei die gespeicherten Werte auslesbar oder übertragbar abgespeichert sind.
Mit Vorteil können Mittel zur Erzeugung eines Ölnebels in das Lager integriert werden. Hierbei sind Lösungen bekannt, die rotierende Scheiben einsetzen, die in ein Ölbad eintauchen und so Ölnebel erzeugen. Der Ölnebel wird dann kontinuierlich während des Betriebs der Lageranordnung erzeugt und stellt somit ständig eine optimale Schmierung zur Verfügung. Die selbstgenerierende Ölnebelschmierung wird also dadurch erzeugt, dass unterhalb des Lagers ein wannenähnliches Reservoir – bevorzugt in Form einer Ringwanne – ausgebildet ist; in dieses Reservoir wird das Schmieröl eingebracht. Das Ölreservoir kann durch ein Dichtungselement, z. B. durch einen Dichtungsring, gebildet werden.
Das Anwendungsgebiet der vorgeschlagenen Erfindung ist breit. Beispielsweise hat sich die Erfindung in einem Separator (Lagerung der Welle des Separators) bewährt, der in der Lebensmittelindustrie eingesetzt wird. Genauso kommen beispielsweise Werkzeugmaschinen als Anwendungsfeld in Frage.
Das bzw. die Lager kann bzw. können grundsätzlich fettgeschmiert sein. Die Erstbefettung reicht üblicherweise für die ersten ca. tausend Betriebsstunden zur Lagerschmierung aus. Unabhängig von der Befettung arbeitet der interne Ölnebelgenerator und führt frischen Ölnebel zu der Lagerstelle, d. h. zu den Wälzkörpern. Bevorzugt wird dabei das Grundöl des Wälzlagerfetts als Öl verwendet.
Der Ölstand (in vertikaler Lage gesehen) wird so eingestellt, dass die Dichtlippenoberkante einer Abdichtung dabei nicht überfüllt wird und das Öl somit nicht überläuft. Die vorzugsweise zum Einsatz kommenden berührenden Dichtungen sind dabei so ausgelegt, dass diese bis zu Dichtlippengleitgeschwindigkeiten von 90 m/s berührend abdichten. Durch entsprechende Anordnung der Wälzlager können alle üblichen Ausführungen realisiert werden („back-to-back“; „face-to-face“; „tandem“).
Demgemäß wird mit der vorgeschlagenen Ausgestaltung eine Lageranordnung vorgeschlagen, die sich durch eine gute Überwachung auszeichnet, so dass über den Wartungszustand stets bestmögliche Aussagen gemacht werden können. Somit kann die Wartung des Lagers verbessert geplant werden. Weiterhin können genauere Aussagen über die verbleibende Gebrauchsdauer des Lagers gemacht werden. Dieses Thema wird auch unter der Bezeichnung „Condition Monitoring“ geführt.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die einzige Figur zeigt den Radialschnitt durch eine Lageranordnung.
In der Figur ist eine Lageranordnung 1 dargestellt, die zwei Wälzlager 2 und 3 aufweist. Die beiden Wälzlager 2, 3 sind als Rillenkugellager ausgebildet. Sie haben jeweils einen Lagerinnenring 4 bzw. 5 und zugehörige Lageraußenringe 6 bzw. 7. Zwischen den Lagerringen 4, 5 und 6, 7 sind Kugeln angeordnet.
Alle Lagerringe 4, 5, 6, 7 sind mit je einem Temperatursensor 8, 9, 10, 11 versehen. Der Sensor ist dabei an einer geeigneten Stelle angeordnet. Bevorzugt ist allerdings vorgesehen, dass die Sensoren – wie dargestellt – in der Lastzone angeordnet sind.
Mit den Sensoren 8, 9, 10, 11 werden die jeweiligen Lagerringtemperaturen gemessen, d. h. die Lagerinnenringtemperatur des Lagers 2 T_I1, die Lageraußenringtemperatur des Lagers 2 T_A1, die Lagerinnenringtemperatur des Lagers 3 T_I2 und die Lageraußenringtemperatur des Lagers 3 T_A2.
Die gemessenen Werte werden zu Mitteln 12 zur Ermittlung der Temperaturdifferenz ΔT geleitet. Für die rotierenden Sensoren 8 und 10 erfolgt dies drahtlos.
In den Mitteln 12 werden die jeweiligen Temperaturdifferenzen ΔT₁ = T_A1 – T_I1 und ΔT₂ = T_A2 – T_I2 bestimmt und mit einem gespeicherte Referenzwert Δ_Tmax verglichen, wobei es lediglich auf den Betrag der ermittelten Differenzwerte ankommt.
In Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichs können entsprechende Maßnahmen veranlasst werden. Möglich ist es, dass beim Überschreiben des Referenzwertes ein Signal S über ein akustisches oder optisches Warngerät ausgegeben wird. Es ist aber auch möglich, dass die ermittelten Werte – gegebenenfalls unter Zuordnung des Zeitpunkts ihres Auftretens – in einem Speicherelement 14 gespeichert werden.
Hierbei kann vorgesehen werden, dass Informationen von einem Sensor 13 zur Ermittlung des Ölanteils in der Luft bzw. des Ölnebelgehalts im Raum zwischen den Lagerringen herangezogen wird, den Referenzwerte Δ_Tmax zu bewerten bzw. zu relativieren.
Hierzu kann in den Mitteln 12 ein funktionaler Zusammenhang gespeichert sein, dass den zulässigen Referenzwert in Abhängigkeit des Schmierungszustands der Lageranordnung verändert. Der Wert kann so erhöht werden, wenn gute Schmierverhältnisse detektiert werden; er kann auch vermindert werden, wenn per Sensor 13 festgestellt wird, dass die Schmierverhältnisse ungünstig sind.
Mit der vorgeschlagenen Ausgestaltung einer Lageranordnung kann ein verbessertes Online-Monitoring der Anordnung erfolgen, so dass verbesserte Hinweise auf den Wartungszustand bzw. auf die Wartungsnotwendigkeit und auf die verbleibende Gebrauchsdauer der Lager möglich sind. Somit wird es möglich, einen unzulässigen Betriebszustand frühzeitig zu erkennen und einen Lageraustausch zeitgerecht zu planen.
Bezugszeichenliste

1: Lageranordnung
2: Lager (Wälzlager)
3: Lager (Wälzlager)
4: Lagerinnenring
5: Lagerinnenring
6: Lageraußenring
7: Lageraußenring
8: Temperatursensor
9: Temperatursensor
10: Temperatursensor
11: Temperatursensor
12: Mittel zur Ermittlung der Temperaturdifferenz
13: Sensor zur Detektion des Ölanteils / Ölnebelgehalts
14: Speicherelement
ΔT: Temperaturdifferenz
T_I1: Temperatur des Lagerinnenrings
T_I2: Temperatur des Lagerinnenrings
T_A1: Temperatur des Lageraußenrings
T_A2: Temperatur des Lageraußenrings
ΔT_max: Referenzwert für die Temperaturdifferenz
S: Signal

Claims

Lageranordnung (1) umfassend mindestens ein Lager (2, 3), wobei das Lager (2, 3) mindestens einen Lagerinnenring (4, 5) und mindestens einen Lageraußenring (6, 7) aufweist, wobei am oder im Lagerinnenring (4, 5) und am oder im Lageraußenring (6, 7) mindestens ein Temperatursensor (8, 9, 10, 11) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (12) zur Ermittlung der Temperaturdifferenz (ΔT) zwischen der Temperatur (T_I1, T_I2) des Lagerinnenrings (4, 5) und der Temperatur (T_A1, T_A2) des Lageraußenrings (6, 7) vorhanden sind, wobei die Mittel (12) ausgebildet sind, beim Erreichen oder Überschreiten eines vorgegebenen Wertes für die Temperaturdifferenz (Δ_Tmax) ein Signal (S) auszugeben.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Lager (2, 3) ein Wälzlager ist.
Lageranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatursensoren (8, 9, 10, 11) im Bereich der Lastzone des Lagers (2, 3) angeordnet sind.
Lageranordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Lager (2, 3) angeordnet sind, die als Schrägkugellager ausgebildet und gegeneinander axial vorgespannt sind.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sensor (13) zur Detektion des Ölanteils in der Luft oder des Ölnebelgehalts im Zwischenraum zwischen den Lagerringen (4, 5, 6, 7) angeordnet ist, wobei der Sensor (13) mit den Mitteln (12) zur Ermittlung der Temperaturdifferenz (ΔT) verbunden ist.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der an oder in den Lagerringen (4, 5, 6, 7) angeordneten Temperatursensoren (8, 9, 10, 11) ausgebildet ist, den gemessenen Temperaturwert (T_I1, T_I2) drahtlos an die Mittel (12) zu übertragen.
Verfahren zum Betrieb einer Lageranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend die Schritte: a) Messung der Temperatur (T_I1, T_I2) des mindestens einen Lagerinnenrings (4, 5) und Zuleiten des Signals zu den Mitteln (12) zur Ermittlung der Temperaturdifferenz (ΔT); b) Messung der Temperatur (T_A1, T_A2) des mindestens einen Lageraußenrings (6, 7) und Zuleiten des Signals zu den Mitteln (12) zur Ermittlung der Temperaturdifferenz (ΔT); c) Ermittlung der Temperaturdifferenz (ΔT) zwischen dem Lagerinnenring (4, 5) und dem Lageraußenring (6, 7) und Vergleichen der ermittelten Temperaturdifferenz (ΔT) mit einem in den Mitteln (12) gespeicherten Referenzwert (Δ_Tmax); d) Ausgeben eines Signals (S), falls die ermittelte Temperaturdifferenz (ΔT) größer ist als der gespeicherte Referenzwert (Δ_Tmax) und/oder Speichern der ermittelten Temperaturdifferenz (ΔT) in einem Speicherelement (14).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ölanteil in der Luft oder der Ölnebelgehalt im Zwischenraum zwischen den Lagerringen (4, 5, 6, 7) ermittelt und den Mitteln (12) zugeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in den Mitteln (12) der zulässige Referenzwert (Δ_Tmax) der Temperaturdifferenz anhand gespeicherter Daten oder anhand einer gespeicherten Funktion in Abhängigkeit des Ölanteils in der Luft oder des Ölnebelgehalts festgelegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in den Mitteln (12) die gemessenen Werte periodisch in dem Speicherelement (14) gespeichert werden, wobei die gespeicherte Werte auslesbar oder übertragbar abgespeichert sind.