DE102004048649A1 - Checking method, for monitoring condition of roller bearing in device with roller bearings and for forecasting its service life, uses computer evaluation with measured variable - Google Patents

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Lajos Dr. Farkas
Günter Schmid
Sven Dr. Gempper
Joachim Dr. Hering
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FAG Kugelfischer AG and Co OHG
INA Schaeffler KG
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00—Testing of machine parts
    • G01M13/04—Bearings

Abstract

In addition to measurements directly on roller bearings (RB) (1,2), like measurement of radial (F1) and axial (F2) forces acting on the RB, measurement of structure-borne noise (K) and/or temperature (T) of RB and/or revolutions per minute (n), a computer-aided evaluation includes a stored measured variable determined over the service life of the RB, to influence that service life.

Description

Gebiet der ErfindungTerritory of invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zustandsüberwachung und Lebensdauerprognose wenigstens eines Wälzlagers in einer wälzgelagerten Vorrichtung.The The invention relates to a method for condition monitoring and lifetime prediction at least one rolling bearing in a rolling bearing device.

Hintergrund der Erfindungbackground the invention

Bei Anlagen, Maschinen und Verkehrsmitteln kann es infolge eines Lagerschadens zu einem plötzlichen Ausfall derselben kommen. Ein solcher Lagerschaden kann durch Erreichen der Lagerlebensdauer, durch Konstruktions- und/oder Montagefehler und/oder durch Auslegungsfehler infolge einer nicht ausreichenden oder unvollständigen Datenerhebung von Betriebsbelastungen verursacht sein. Durch Überdimensionierung der Wälzlager kann solchen Folgen begegnet werden, wodurch jedoch erhöhte Herstellkosten entstehen. Ein Restrisiko hinsichtlich eines plötzlichen unvorhergesehenen Ausfalls eines Wälzlagers ist jedoch auch dadurch nicht ausgeschlossen.at Equipment, machines and means of transport may be due to a bearing damage to a sudden Failure of the same come. Such bearing damage can be achieved by the bearing life, by design and / or assembly errors and / or by Design error due to inadequate or incomplete data collection of Operating loads caused. By oversizing the rolling bearings can be countered with such consequences, which, however, increased manufacturing costs arise. A residual risk in terms of a sudden unforeseen Failure of a rolling bearing However, this is not excluded.

In Branchen, in denen eine Überdimensionierung der Lager durch den Zwang zu Gewichtseinsparungen nicht möglich ist, wie beispielsweise in der Fahrzeug- und Flugzeugindustrie, könnte ein plötzlich auftretender Schadensfall an Lagern darüber hinaus zur Schädigung von Personen führen. Dies ist auf jeden Fall zu vermeiden.In Industries where over-sizing the camp is not possible due to the compulsion to reduce weight, such as in the automotive and aircraft industries, could be a suddenly in addition to damage to bearings Lead people. This is definitely to be avoided.

Für die beschriebenen sicherheitsrelevanten und wirtschaftlich bedeutenden Anwendungsfälle werden in der Praxis Wartungspläne für beispielsweise Schmierstoffwechsel und Austauschpläne für die Wälzlager genutzt, die oft auf empirisch gewonnenen Informationen beruhen. Hierdurch ist nicht zu vermeiden, dass Wartungs- und Austauscharbeiten häufiger als objektiv erforderlich durchgeführt werden, welches zu unnötig hohen Kosten führt.For the described safety-relevant and economically significant applications in practice maintenance plans for example Lubricant change and replacement schedules used for the rolling bearings, often on based on empirically derived information. This is not avoid maintenance and replacement work more often than objectively required become too unnecessary high costs leads.

Demgegenüber hat sich als zukunftsweisende Alternative die Sensierung von betriebsrelevanten Lagerparametern als nützlich erwiesen, bei der physikalische Größen in dem Wälzlager erfasst und einer entsprechenden Auswertungsvorrichtung zugeführt werden. In der Auswertungsvorrichtung werden diese Daten im Hinblick auf eine diagnostische Aussage über den Zustand der Lagerung überprüft.In contrast, has as a forward-looking alternative the sensing of operational bearing parameters as useful proved to be the physical quantities in the rolling bearing recorded and fed to a corresponding evaluation device. In the evaluation device, these data with regard to a diagnostic statement about checked the condition of storage.

So ist aus der DE 101 36 438 A1 eine Sensoranordnung, die in einem Wälzlager zur Detektierung physikalischer Größen während der Bewegung der im Wälzlager geführten Bauteile geeignet ist, sowie ein Verfahren zur Auswertung der Sensorsignale bekannt, wobei die auf die Lagerschalen des Wälzlagers wirkenden Kräfte und Momente derart erfasst werden, dass die mechanischen Spannungen oder sonstige physikalische Beeinträchtigungen der Lagerschalen mit in die Lagerschalen integrierten Sensorelementen und eventuell damit zusammengefassten Elektronikbauteilen gemessen werden.So is out of the DE 101 36 438 A1 a sensor arrangement which is suitable in a roller bearing for detecting physical quantities during the movement of the guided in the rolling bearing components, and a method for evaluating the sensor signals, wherein the force acting on the bearing shells of the rolling bearing forces and moments are detected such that the mechanical stresses or other physical impairments of the bearing shells are measured with sensor elements integrated in the bearing shells and any electronic components combined therewith.

Als Sensorelemente werden in die Lagerschalen eingebrachte Dehnungsmessstreifen und Festkörperchips in Form von sogenannten SAW-Sensoren (SAW = surface acoustic wave) genutzt. Ferner wird eine berührungslose Übertragung (Infrarot bzw. Ultraschall) der Ausgangssignale der Sensoren zu einer geeigneten Auswerteeinheit als vorteilhaft erachtet.When Sensor elements are introduced into the bearing shells strain gauges and solid state chips in the form of so-called SAW sensors (SAW = surface acoustic wave) used. Furthermore, a non-contact transmission (infrared or ultrasound) of the output signals of the sensors to a suitable Evaluation unit considered advantageous.

Aus der DE 100 17 572 A1 ist zudem ein Wälzlager mit mindestens einer in eine Wälzlagerkomponente integrierten Erfassungseinheit bekannt, die über Antennen per Funk abfragbar ist, wobei die Erfassungseinheit mit mindestens einem nach dem SAW- und/oder BAW-Prinzip (BAW = bulk acoustic wave) arbeitenden Bauelement die Längenänderungen und/oder Temperaturänderungen im Material des Wälzlagers erfasst, und dieses Messergebnis nach dem Eintreffen eines Funksignals zurücksendet.From the DE 100 17 572 A1 In addition, a rolling bearing with at least one integrated into a rolling bearing component detection unit is known which can be interrogated via antennas by radio, the detection unit with at least one according to the SAW and / or BAW principle (BAW = bulk acoustic wave) device working the length changes and or temperature changes in the material of the rolling bearing detected, and returns this measurement result after the arrival of a radio signal.

In dieser Druckschrift wird weiter darauf hingewiesen, dass es an sich bekannt ist, zur Schadensfrüherkennung oder zur Überwachung des Betriebszustandes einer Maschine Erfassungseinheiten vorzusehen, die ihrerseits den direkt am Wälzlager entstehenden Körperschall messen. Schließlich wird dort vorgeschlagen, dass das Bauelement nach dem SAW- oder BAW-Prinzip derart angeordnet ist, dass mit der mindestens einen erfassten Wälzlagermessgröße mindestens eine Wälzlagerkenngröße ableitbar ist, wobei als Wälzlagerkenngrößen beispielhaft die Drehzahl, die Drehrichtung, Kräfte und Momente in den drei Raumrichtungen, translatorische und rotatorische Schwingungen, translatorische und rotatorische Schwingbeschleunigungen sowie die Temperatur genannt werden.In This document further states that it is in itself is known, for early damage detection or for monitoring the operating state of a machine to provide detection units, which, in turn, directly on the rolling bearing resulting structure-borne noise measure up. After all There is proposed that the device after the SAW or BAW principle is arranged such that with the at least one detected rolling bearing measurement at least a rolling bearing characteristic derivable is, as rolling bearing parameters exemplified the Speed, the direction of rotation, forces and moments in the three spatial directions, translational and rotational Vibrations, translatory and rotary vibration accelerations as well as the temperature are called.

Darüber hinaus ist aus der DE 199 37 203 A1 ein System zum Erfassen der Belastungen von Wälzelementen in einem Wälzlager bekannt, wobei eine Vielzahl von Sensoren um eine der inneren und äußeren Laufbahn des Wälzlagers herum angeordnet sind, um Sensordaten abzugeben, die festgestellten Lagerbelastungen entsprechen, welche ihrerseits durch die Wälzelemente verursacht sind. Die Lagerlebensdauer wird aus den Sensordaten durch Berechnung vorhergesagt. Auch hier werden Sensoren in Form von Dehnungsmessstreifen und Lastzellen favorisiert.In addition, from the DE 199 37 203 A1 a system for detecting the loads of rolling elements in a rolling bearing, wherein a plurality of sensors are arranged around one of the inner and outer raceway of the rolling bearing to deliver sensor data corresponding to detected bearing loads, which in turn are caused by the rolling elements. The bearing life is predicted from the sensor data by calculation. Again, sensors in the form of strain gauges and load cells are favored.

In der Praxis hat sich nunmehr erwiesen, dass eine Lebensdauerprognose alleine mittels direkt am Wälzlager ermittelter Messgrößen nicht ausreichend ist. Hier setzt die nachfolgend beschriebene Erfindung an.In practice it has now been found that a service life prognosis alone by means of measured variables determined directly at the roller bearing is not sufficient. This is where the invention described below begins.

Aufgabe der ErfindungTask of invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Zustandsüberwachung wenigstens eines Wälzlagers anzugeben, welches insbesondere geeignet ist, Instandhaltungen von Wälzlagern wirtschaftlich und technisch planbarer zu gestalten, die Verfügbarkeit und deren Zuverlässigkeit zu steigern sowie eine weitestgehend gesicherte Lebensdauerprognose abzugeben.Of the Invention is based on the object, a method for condition monitoring at least one rolling bearing specify, which is particularly suitable, maintenance of roller bearings economically and technically plannable, the availability and their reliability to increase as well as a largely assured lifetime prognosis leave.

Zusammenfassung der ErfindungSummary the invention

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass herkömmliche Maßnahmen zur Zustandsüberwachung von Wälzlagern im Betrieb nicht ausreichend sind, um eine Lebensdauerprognose von Wälzlagern abzugeben, die sich effektiv und wirtschaftlich vorteilhaft auswirkt.Of the Invention is based on the finding that conventional activities for condition monitoring of rolling bearings are not sufficient in operation to a life expectancy of rolling bearings which has an effective and economically beneficial effect.

Die gestellte Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Hauptanspruchs durch ein Verfahren zur Zustandsüberwachung und Lebensdauerprognose wenigstens eines Wälzlagers gelöst, bei dem nacheinander folgende Verfahrensschritte über die gesamte Lebensdauer des wenigstens einen Wälzlagers durchzuführen sind:

  • – Kontinuierliches Messen der auf das jeweilige Wälzlager einwirkenden Radial- und/oder Axialkräfte und/oder der Drehzahl und/oder der Temperatur und/oder des Körperschalls des Wälzlagers mittels im Wälzlager integrierter Sensoren, und Generierung von auswertbaren Signalen durch dieselben.
  • – Übermittlung der generierten Signale an eine elektronische Speicher- und Rechnereinheit und Abspeicherung der Messgrößen mittels der Speicher- und Rechnereinheit.
  • – Auswertung aller bisher gespeicherten Messgrößen unter Hinzuziehung zumindest einer weiteren, den Zustand und die Lebensdauer des Wälzlagers beeinflussenden und über die Lebensdauer des Wälzlagers ermittelten sowie abgespeicherten Messgröße und/oder zur Verfügung gestellten relevanten Einflussgröße.
  • – Ermittlung des aktuellen Zustandes des Wälzlagers sowie Berechnung der Restlebensdauer und/oder der Dauer bis zu einer empfohlenen Instandhaltungsmaßnahme des Wälzlagers,
  • – Ausgabe der Information über den aktuellen Zustand sowie die Restlebensdauer „IIR" des Wälzlagers und/oder die Dauer bis zu einer empfohlenen Instandhaltungsmaßnahme.
The stated object is achieved according to the features of the main claim by a method for condition monitoring and lifetime prediction of at least one roller bearing, in which the following method steps are to be carried out over the entire service life of the at least one roller bearing:
  • - Continuous measurement of the radial and / or axial forces acting on the respective rolling bearing and / or the rotational speed and / or the temperature and / or the structure-borne noise of the rolling bearing by means of sensors integrated in the rolling bearing, and generation of evaluable signals by the same.
  • - Transmission of the generated signals to an electronic storage and computer unit and storage of the measured variables by means of the storage and computer unit.
  • - Evaluation of all previously stored parameters with the inclusion of at least one further, the state and the life of the bearing and influencing over the life of the bearing determined and stored measured variable and / or provided relevant influence.
  • - Determination of the current state of the rolling bearing as well as calculation of the remaining service life and / or the duration up to a recommended maintenance measure of the rolling bearing,
  • - Output of the information about the current condition as well as the residual life "II R " of the rolling bearing and / or the duration up to a recommended maintenance measure.

Von besonderer Bedeutung hinsichtlich dieser Erfindung ist, dass in Untersuchungen gefunden wurde, dass neben den herkömmlichen Messgrößen, die ihrerseits direkt am Wälzlager ermittelt werden, weitere den Zustand und die Lebensdauer des Wälzlagers beeinflussende Messgrößen und/oder relevante Einflussgrößen Berücksichtigung finden müssen, um insbesondere eine zufrieden stellende Lebensdauerprognose des Wälzlagers stellen zu können. Zumindest ein Teil dieser weiteren Messgrößen und/oder relevanten Einflussgrößen wird dabei außerhalb des jeweiligen Wälzlagers gewonnen.From of particular importance with respect to this invention is that in Investigations were found that in addition to the conventional Measurands that in turn, directly on the rolling bearing be determined, further the condition and life of the bearing influencing variables and / or Relevant influencing factors Consideration need to find in particular, a satisfactory life expectancy of the roller bearing to be able to make. At least part of these further measured variables and / or relevant parameters will be while outside of the respective rolling bearing won.

Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen oder Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens.The under claims describe preferred developments or refinements of inventive method.

Danach werden als weitere Messgrößen die Qualität, die Temperatur, die Durchflussmenge und der Druck eines verwendeten Schmiermittels, die Anzahl von Überrollungen durch die Wälzkörper im Hinblick auf zu verzeichnende Lastwechsel und/oder andere Messgrößen vorgeschlagen.After that are the other parameters that measure quality, temperature, the flow rate and pressure of a lubricant used, the number of rollovers through the rolling elements in the With regard to recorded load changes and / or other measured variables.

Als relevante Einflussgrößen können die Art und Weise der Schmierung des Wälzlagers, die Viskosität des Schmiermittels und der Temperaturverlauf der Viskosität über die Zeit, ein etwaiges Schmiermittelaustausch- oder Nachschmierungs- oder sonstiges Wartungsintervall, die Einpressüberdeckung des Wälzlagers in einer Vorrichtung, ein etwaiges Lagerspiel, der Gehäusewerkstoff, die Wälzkörper- und Laufbahnhärte und/oder auf das Wälzlager einwir kende Störgrößen in Form von Kräften, Momenten, Wärmespannungen, Fluchtungsfehler und dergleichen Verwendung finden.When relevant influencing variables can be the Type of lubrication of the bearing, the viscosity of the lubricant and the temperature profile of the viscosity over time, any lubricant exchange or relubrication or other maintenance interval, the press-in coverage of the rolling bearing in a device, any bearing clearance, the housing material, the rolling elements and Raceway hardness and / or on the rolling bearing einwir ing disturbances in shape of forces, Moments, thermal stresses, Misalignment and the like find use.

Die genannten relevanten Einflussgrößen werden vorzugsweise durch manuelle Eingabe der genannten elektronischen Speicher- und Rechnereinheit zur Verfügung gestellt und dort weiterverarbeitet. Weiter ist vorgesehen, dass bei einem bevorstehenden oder bereits eingetretenen Störfall des Wälzlagers von der Speicher- und Rechnereinheit ein diesbezügliches Signal abgegeben wird.The relevant influencing factors preferably by manual input of said electronic Storage and computer unit provided and further processed there. Next it is envisaged that at an imminent or already occurred accident of the rolling bearing from the storage and computer unit a signal in this regard is delivered.

Schließlich ist vorgesehen, dass die Informationen über den aktuellen Zustand sowie die Restlebensdauer des Wälzlagers und/oder die Dauer bis zu einer empfohlenen Instandhaltungsmaßnahme sowie die Störfallsignalerzeugung hinsichtlich eines etwaige bevorstehenden oder bereits eingetretenen Störfalles des Wälzlagers optisch und/oder akustisch von der Speicher- und Rechnereinheit ausgegeben werden.Finally is provided that information about the current state as well the remaining service life of the rolling bearing and / or the duration of a recommended maintenance action as well the fault signal generation with regard to any imminent or already occurred incident of the rolling bearing visually and / or acoustically from the storage and computer unit be issued.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description the drawings

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung an einigen Ausführungsformen näher erläutert. Darin zeigenThe invention will be described below with reference to the accompanying drawings in some Ausführungsfor explained in more detail. Show in it

1 ein Diagramm zur Ausfallwahrscheinlichkeit P eines Wälzlagers über dessen Nutzungszeit t, 1 a diagram of the probability of failure P of a rolling bearing over its useful life t,

2 den prinzipiellen Aufbau eines Systems zur Zustandsüberwachung und Lebensdauerprognose zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens am Beispiel einer mittels Wälzlager in Form eines Los- und eines Festlagers in einer Bohrung einer beliebigen Struktur gelagerten Welle, 2 the basic structure of a system for condition monitoring and lifetime prediction for carrying out the method according to the invention using the example of a rolling bearing in the form of a loose and a fixed bearing mounted in a hole of any structure wave,

3 ein möglicher Kraftverlauf für das Loslager gemäß 2, und 3 a possible force curve for the floating bearing according to 2 , and

4 ein möglicher Kraftverlauf für das Festlager gemäß 2. 4 a possible force curve for the fixed bearing according to 2 ,

Detaillierte Beschreibung der Zeichnungendetailed Description of the drawings

Das in 1 gezeigte Diagramm gibt die Ausfallwahrscheinlichkeit P von Wälzlagern über deren Nutzungszeit t wieder. Dabei werden drei Bereiche I, II, III unterschieden, wobei der erste Bereich I für Frühausfälle steht, der Bereich II eine zugesagte Lagerlebensdauer angibt, die sich ihrerseits in eine aktuelle Nutzungszeit IIa und eine Restlebensdauer IIR untergliedert, und III steht für einen Bereich, der den Zeitraum t bis zum Totalausfall des Lagers kennzeichnet, bzw. bei dem eine hohe Wahrscheinlichkeit P hinsichtlich eines Totalausfalls nach Überschreiten der zugesagten Lagerlebensdauer zu verzeichnen ist.This in 1 The diagram shows the failure probability P of rolling bearings over their useful life t. Three areas I, II, III are distinguished, the first area I standing for early failures, the area II indicating a promised storage life, which in turn is subdivided into a current utilization time IIa and a remaining lifetime II R , and III stands for an area, which identifies the period of time t until the total failure of the bearing, or in which a high probability P with respect to a total failure after exceeding the promised bearing life is recorded.

Ausfälle im Bereich I können durch Auslegungs-, Konstruktions- oder Montagefehler zustande kommen. Plötzliche Ausfälle innerhalb der genannten Zeiträume I, II, III können jedoch hinreichend durch Messung und Überwachung des Körperschalls K abgesichert werden, indem Änderungen am Wälzlager im Vergleich zum Normalbetrieb gemessen werden, um daraus Rückschlüsse auf die auftretenden Schäden an demselben zu ziehen.Failures in the area I can due to design, construction or assembly errors. sudden losses within the stated periods I, II, III can but sufficiently by measuring and monitoring the structure-borne noise K be hedged by making changes at the rolling bearing compared to normal operation, in order to draw conclusions the occurring damages to pull at the same.

Eine weitestgehend gesicherte Lebensdauerprognose für den Bereich II ist demgegenüber mit einer alleinigen Körperschallmessung nicht möglich. Auch weitere Messungen direkt am Wälzlager, wie eine Messung der Lagertemperatur T, der Drehzahl n und der auf das Wälzlager einwirkenden Radial- und Axialkräfte F1 bzw. F2 führten in der Praxis noch nicht zu dem gewünschten Erfolg.A largely assured lifetime prognosis for area II, in contrast, is not possible with a single structure-borne noise measurement. Also, further measurements directly on the rolling bearing, such as a measurement of the bearing temperature T, the rotational speed n and acting on the rolling bearing radial and axial forces F 1 and F 2 did not lead in practice to the desired success.

Ausgehend von dieser Erkenntnis ist es erforderlich, zumindest eine weitere und bisher nicht genutzte, den Zustand und die Lebensdauer des Wälzlagers beeinflussende sowie über die Lebensdauer des jeweiligen Wälzlagers ermittelte und abgespeicherte Messgröße und/oder zur Verfügung gestellte relevante Einflussgröße in eine Auswertung des Lagerbetriebs einzubeziehen, um eine weitestgehend gesicherte Lebensdauerprognose für ein solches Wälzlager abgeben zu können. Diese wenigstens eine Messgröße wird bevorzugt außerhalb des Wälzlagers festgestellt.outgoing From this realization it is necessary, at least one more and previously unused, the condition and life of the bearing influencing as well as over the life of the respective rolling bearing ascertained and stored measured variable and / or provided relevant influencing variable in one Evaluation of the warehouse operation to include as much as possible secured lifetime forecast for such a rolling bearing to be able to deliver. This is at least one measure preferably outside of the rolling bearing detected.

In 2 ist der prinzipielle Aufbau eines Systems zur Zustandsüberwachung und Lebensdauerprognose am Beispiel einer mittels eines Loslagers 1 und eines Festwälzlagers 2 in einer Bohrung 3 einer beliebigen Struktur 4 gelagerten Welle 5 dargestellt. Im wesentlichen ist zur Zustandsüberwachung und Lebensdauerprognose verfahrensgemäß vorgesehen, dass über die gesamte Lebensdauer der Wälzlager 1 und 2 zunächst an sich bekannte Messgrößen, wie die direkt auf das jeweilige Wälzlager 1, 2 einwirkenden Kräfte F1, F2 (Radial- und/oder Axialkräfte), und/oder die Drehzahl n und/oder die Temperatur T und/oder der Körperschall K des jeweiligen Wälzlagers 1, 2 mittels im Wälzlager 1, 2 integrierter an sich bekannter und demgemäß nicht näher gezeigter Sensoren kontinuierlich gemessen werden, die ihrerseits auswertbare Signale generieren.In 2 is the basic structure of a system for condition monitoring and lifetime prediction using the example of a floating bearing 1 and a ball bearing 2 in a hole 3 any structure 4 stored wave 5 shown. Essentially, it is provided according to the method for condition monitoring and lifetime prediction that over the entire service life of the roller bearings 1 and 2 initially known per se, such as directly to the respective rolling bearing 1 . 2 acting forces F 1 , F 2 (radial and / or axial forces), and / or the rotational speed n and / or the temperature T and / or the structure-borne sound K of the respective rolling bearing 1 . 2 by means of rolling bearings 1 . 2 integrated per se known and thus not shown in detail sensors are continuously measured, which in turn generate evaluable signals.

Was die auf die Wälzlager 1 bzw. 2 einwirkenden Kräfte F1 (Radialkraft), F2 (resultierend aus der axialen und radialen Kraftkomponente F2a und F2r) anbelangt, so sind in den 3 und 4 für das Loslager 1 bzw. das Festlager 2 mögliche Kraftverläufe dargestellt. Die mittels der genanten Sensoren erzeugten Signale werden elektrisch oder berührungslos per Infrarot, Ultraschall oder Funk an eine elektronische Speicher- und Rechnereinheit 6 übermittelt und dort abgespeichert.What the on the rolling bearings 1 respectively. 2 As far as forces F 1 (radial force), F 2 (resulting from the axial and radial force components F 2 a and F 2 r) are concerned, in the 3 and 4 for the floating bearing 1 or the camp 2 possible power courses shown. The signals generated by the genanten sensors are electrically or non-contact by infrared, ultrasound or radio to an electronic storage and computer unit 6 transmitted and stored there.

Die verwendete Sensorik ist vorzugsweise nach an sich bekannten Technologien der Mikromechanik und Mikroelektronik hergestellt und wird üblicherweise mit einer elektrischen Spannung U versorgt. Dementsprechend werden diesbezügliche physikalische Größen in Signale mit einer elektrischen Spannung U umgewandelt, die in einem Analog-Digital-Wandler, beispielsweise in der Speicher- und Rechnereinheit 6, in digitale Werte umgewandelt werden.The sensor system used is preferably made according to micromechanical and microelectronic technologies known per se and is usually supplied with an electrical voltage U. Accordingly, physical quantities in this regard are converted into signals having an electrical voltage U, which in an analog-to-digital converter, for example in the storage and computer unit 6 to be converted into digital values.

Die elektronischen Komponenten zur aktiven Verarbeitung der Messgrößen, wie beispielsweise Signalverstärkungsmittel, Temperaturkompensationsmittel, eine Linearisierungseinrichtung und die Analog-Digital-Wandlung können jedoch ebenfalls in den Wälzlagern 1, 2 integriert sein, so dass am Signalausgang derselben ein genormtes Ausgangssignal mit elektrischen Stromstärken von vorzugsweise 4 bis 20 mA zur Verfügung steht (nicht näher dargestellt).However, the electronic components for actively processing the measured quantities, such as signal amplification means, temperature compensation means, a linearization device and the analog-to-digital conversion can also be found in the rolling bearings 1 . 2 be integrated, so that at the signal output of the same a standardized output signal with electrical currents of preferably 4 to 20 mA is available (not shown).

Die Sensoren können beispielsweise durch Dehnungsmessstreifen und/oder Lastzellen beziehungsweise den genannten SAW- und/oder BAW-Sensoren gebildet sein.The Sensors can for example, by strain gauges and / or load cells or be formed said SAW and / or BAW sensors.

Unter Hinzuziehung zumindest einer weiteren, den Zustand und die Lebensdauer von Wälzlagern 1 bzw. 2 beeinflussenden und über die Lebensdauer t derselben ermittelten sowie abgespeicherten Messgrößen erfolgt erfindungsgemäß die Auswertung aller einbezogenen gespeicherten Messgrößen mittels der elektronischen Speicher- und Rechnereinheit 6.Taking into account at least one other, the condition and life of rolling bearings 1 respectively. 2 According to the invention, the evaluation of all stored stored measured variables by means of the electronic storage and computer unit takes place according to the invention and influencing over the life t of the same determined and stored measured variables 6 ,

Wie 2 weiter zeigt, ist vorliegend der aktuelle Zustand des Schmiermittelkreislaufes 7 einer Ölschmierung mit in die Auswertung einbezogen, dessen Ölreservoire 8 und motorbetriebene Ölförderpumpe 9 sowie die Ölleitungen 10 dargestellt sind. Danach ist ein Sensor zur laufenden Ermittlung der Qualität des Schmieröles vorgesehen, welches bekanntermaßen mit Verunreinigungen versehen sein kann.As 2 shows further, is present the current state of the lubricant circuit 7 an oil lubrication included in the evaluation, whose oil reservoirs 8th and motorized oil pump 9 as well as the oil lines 10 are shown. Thereafter, a sensor for continuously determining the quality of the lubricating oil is provided, which may be known to be provided with impurities.

So kann beispielsweise durch die Analyse des aktuellen ph-Wertes und/oder des elektrischen Leitwertes GÖl des Schmieröls, die sich mit dem Wassergehalt des Schmieröles verändern, die Qualität des Schmieröles gemessen werden.For example, the quality of the lubricating oil can be measured by analyzing the current ph value and / or the electrical conductance G oil of the lubricating oil, which changes with the water content of the lubricating oil.

Außerdem ist vorzugsweise außerhalb der Wälzlager 1, 2 jeweils ein Sensor zur Ermittlung der Öltemperatur TÖl, des Öldurchflussvolumens VÖl und des Öldruckes pÖl vorhanden. Diese Sensoren generieren ebenfalls geeignete Signale und übermitteln diese der elektronischen Speicher- und Rechnereinheit 6.In addition, it is preferably outside of the rolling bearings 1 . 2 in each case a sensor for determining the oil temperature T oil , the oil flow volume V oil and the oil pressure p oil present. These sensors also generate suitable signals and transmit them to the electronic storage and computer unit 6 ,

Die elektronische Speicher- und Rechnereinheit 6 ermittelt aus allen zur Verfügung gestellten Kenngrößendaten, einschließlich der Kenngrößen des Schmiermittelkreislaufs 7, den aktuellen Zustand des entsprechenden Wälzlagers 1, 2 und errechnet des Weiteren nach den anerkannten Regeln der Lebensdauerberechnung die prognostizierte Restlebensdauer IIR und/oder die Dauer bis zu einer empfohlenen Instandhaltungsmaßnahme des jeweiligen Wälzlagers 1, 2.The electronic storage and computer unit 6 determined from all characteristic data provided, including the parameters of the lubricant circuit 7 , the current state of the corresponding rolling bearing 1 . 2 and furthermore calculates the predicted remaining service life II R and / or the duration up to a recommended maintenance measure of the respective rolling bearing according to the accepted rules of the service life calculation 1 . 2 ,

Im Anschluss daran erfolgt die Ausgabe der Information über den aktuellen Zustand sowie die Restlebensdauer IIR des Wälzlagers 1, 2 und/oder die Dauer bis zu einer empfohlenen Instandhaltungsmaßnahme. 2 zeigt hierzu ein Bedientableau 11 samt Bildschirm 12 zum Eingeben, Abrufen und zur optischen Anzeige der genannten Informationen.This is followed by the output of the information about the current state and the remaining service life II R of the rolling bearing 1 . 2 and / or the duration of a recommended maintenance action. 2 shows a control panel 11 including screen 12 for entering, retrieving and visually displaying said information.

Neben den vorstehend erläuterten weiteren Messgrößen, die den Schmiermittelkreislauf 7 betreffen, ist es auch denkbar und wird durch die Erfindung mit erfasst, beispielsweise die Anzahl der Überrollungen von Lagersensoren durch die Wälzkörper im Hinblick auf zu verzeichnende Lastwechsel in die Auswertung einzubeziehen. Diese Lastwechsel führen infolge von extremen Beschleunigungen und Verzögerungen, wie sie bei Linearführungen durch die Hin- und Herbewegung in den Umkehrpunkten beim Drehrichtungswechsel der Wälzkörper zu verzeichnen sind, zu einem verstärkten Verschleiß.In addition to the above-mentioned further parameters that the lubricant circuit 7 relate, it is also conceivable and is covered by the invention, for example, to include the number of rollovers of bearing sensors by the rolling elements in terms of recorded load changes in the evaluation. These load changes lead to increased wear due to extreme accelerations and delays, as they are recorded in linear guides by the reciprocating motion in the reversal points in the direction of rotation of the rolling elements.

Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf diese weiteren Messgrößen, sondern umfasst jegliche anderen geeigneten messbaren Größen sowie auch relevante Einflussgrößen, die nicht unmittelbar während des laufenden Betriebes des wenigstens einen Wälzlagers 1, 2 erfasst werden.However, the invention is not limited to these further measured variables, but includes any other suitable measurable variables as well as relevant influencing variables that are not directly during the ongoing operation of the at least one rolling bearing 1 . 2 be recorded.

So kann es angezeigt sein, im Sinne der Erfindung die Art und Weise der Schmierung der Wälzlager 1 bzw. 2, wie Fettschmierung, Ölnebelschmierung, Spritzölschmierung oder wie vorliegend Ölumlaufschmierung beziehungsweise Ölumlaufschmierung mit Rückkühlung, welche unbestritten ebenfalls einen wesentlichen Einfluss auf die Lebensdauer der Lager 1, 2 haben kann, in die Berechnung der Lagerlebensdauer oder des nächsten Wartungszeitpunktes als zusätzliche Komponente mit zu berücksichtigen.Thus, it may be appropriate for the purposes of the invention, the way the lubrication of the bearings 1 respectively. 2 As grease lubrication, oil mist lubrication, spray oil lubrication or as in this case oil circulation lubrication or oil circulation lubrication with recooling, which indisputably also a significant impact on the life of the bearing 1 . 2 may have to be considered as an additional component in the calculation of the bearing life or the next maintenance time.

Ferner können auch die Viskosität des Schmiermittels und der Temperaturverlauf desselben über die Zeit t, ein etwaiges Schmiermittelaustauschintervall, Nachschmierungsintervall oder sonstiges Wartungsintervall, die Einpressüberdeckung des Wälzlagers 1 bzw. 2, ein etwaiges Lagerspiel, der Gehäusewerkstoff, die Wälzkörper- sowie Laufbahnhärte und dergleichen mehr als weitere Berechnungskomponenten Berücksichtigung finden. Schließlich kann es auch sinnvoll sein, dass andere mögliche Störgrößen in Form von Kräften, Momenten, Wärmespannungen, Fluchtungsfehler usw. in die Berechnung mit einbezogen werden.Further, the viscosity of the lubricant and the temperature profile of the same over the time t, a possible lubricant exchange interval, relubrication interval or other maintenance interval, the Einpressüberdeckung the rolling bearing 1 respectively. 2 , any bearing clearance, the housing material, the Wälzkörper- and career hardness and the like more than other calculation components considered. Finally, it may also make sense that other possible disturbances in the form of forces, moments, thermal stresses, misalignment, etc. are included in the calculation.

Derartige Einfluss- und/oder Störgrößen, die vorzugsweise empirisch ermittelt wurden bzw. anderweitig bekannt sind, werden gemäß dem Verfahren beispielsweise manuell über das Bedientableau 11 zu Beginn der Lagernutzung oder in vorbestimmten Abständen in die elektronische Speicher- und Rechnereinheit 6 eingegeben, oder können auch schon in einem Rechendatensatz bzw. in der Software für die Speicher- und Rechnereinheit 6 integriert sein.Such influences and / or disturbances, which were preferably determined empirically or otherwise known, are, for example, manually via the control panel according to the method 11 at the beginning of storage use or at predetermined intervals in the electronic storage and computer unit 6 entered, or even in a data record or in the software for the storage and computer unit 6 be integrated.

Werden im laufenden Betrieb der Wälzlager 1, 2 über bestimmte festgelegte Grenzbereiche hinaus Anomalien erkannt, so wird seitens der Software auf einen unmittelbar bevorstehenden oder bereits eingetretenen Störfall geschlossen. Es erfolgt dann die Erzeugung eines geeigneten Störfallsignals in optischer und/oder akustischer Form.Are the rolling bearings during operation 1 . 2 If anomalies are detected beyond certain specified limits, the software will infer an imminent or already occurring incident. There then takes place the generation of a suitable fault signal in optical and / or acoustic form.

11
Wälzlager (Loslager)roller bearing (Movable bearing)
22
Wälzlager (Festlager)roller bearing (Fixed bearing)
33
Bohrungdrilling
44
Strukturstructure
55
Wellewave
66
Speicher- und RechnereinheitStorage- and computer unit
77
SchmiermittelkreislaufLubricant circuit
88th
Ölreservoireoil reservoirs
99
ÖlförderpumpeOil pump
1010
Ölleitungoil line
1111
Bedientableaucontrol panel
1212
Bildschirmscreen
PP
Ausfallwahrscheinlichkeitprobability of default
tt
Nutzungszeit/LebensdauerUse of Time / Life
II
Bereich betreffend FrühausfälleArea regarding early failures
IIII
Bereich einer zugesagten LebensdauerArea a promised lifetime
IIaIIa
aktuelle Nutzungszeitcurrent use time
IIR II R
RestlebensdauerRemaining life
IIIIII
Bereich einer hohen Wahrscheinlichkeit P hinsichtlich TotalausfälleArea a high probability of P total failure
F1 F 1
auf das Wälzlager 1 einwirkende Krafton the rolling bearing 1 acting force
F2 F 2
auf das Wälzlager 2 einwirkende Krafton the rolling bearing 2 acting force
F2aF 2 a
Axialkraftaxial force
F2rF 2 r
Radialkraftradial force
nn
Drehzahlrotation speed
TT
Temperaturtemperature
UU
elektrische Spannungelectrical tension
KK
Körperschallstructure-borne sound
GÖl G oil
elektrischer Leitwert des Schmierölselectrical Conductance of the lubricating oil
TÖl T oil
Öltemperaturoil temperature
VÖl V oil
ÖldurchflussvolumenOil volume
pÖl p oil
Öldruckoil pressure

Claims (7)

Verfahren zur Zustandsüberwachung und Lebensdauerprognose wenigstens eines Wälzlagers (1, 2) in einer wälzgelagerten Vorrichtung, gekennzeichnet durch folgende, über die gesamte Lebensdauer (t) des wenigstens einen Wälzlagers (1, 2) durchzuführende Verfahrensschritte, – Kontinuierliches Messen der auf das jeweilige Wälzlager (1, 2) einwirkenden Radial- und/oder Axialkräfte (F1, F2) und/oder der Drehzahl (n) und/oder der Temperatur (T) und/oder des Körperschalls (K) des Wälzlagers (1, 2) mittels im Wälzlager (1, 2) integrierter Sensoren, und Generierung von auswertbaren Signalen durch dieselben. – Übermittlung der generierten Signale an eine elektronische Speicher- und Rechnereinheit (6) und Abspeicherung der Messgrößen mittels der Speicher- und Rechnereinheit (6). – Auswertung aller bisher gespeicherten Messgrößen unter Hinzuziehung zumindest einer weiteren, den Zustand und die Lebensdauer (t) des Wälzlagers (1, 2) beeinflussenden sowie über die Lebensdauer (t) des Wälzlagers (1, 2) ermittelten und abgespeicherten Messgröße und/oder zur Verfügung gestellten relevanten Einflussgröße. – Ermittlung des aktuellen Zustandes des Wälzlagers (1, 2) sowie Berechnung der Restlebensdauer (IIR) und/oder der Dauer bis zu einer empfohlenen Instandhaltungsmaßnahme des Wälzlagers (1, 2). – Ausgabe der Information über den aktuellen Zustand sowie die Restlebensdauer (IIR) des Wälzlagers (1, 2) und/oder die Dauer bis zu einer empfohlenen Instandhaltungsmaßnahme.Method for condition monitoring and lifetime prediction of at least one roller bearing ( 1 . 2 ) in a roller-mounted device, characterized by the following, over the entire service life (t) of the at least one roller bearing ( 1 . 2 ) to be carried out, - continuous measurement of the respective rolling bearing ( 1 . 2 ) acting radial and / or axial forces (F 1 , F 2 ) and / or the rotational speed (n) and / or the temperature (T) and / or the structure-borne noise (K) of the rolling bearing ( 1 . 2 ) by means of rolling bearings ( 1 . 2 ) integrated sensors, and generating evaluable signals by the same. Transmission of the generated signals to an electronic storage and computer unit ( 6 ) and storage of the measured variables by means of the memory and computer unit ( 6 ). Evaluation of all previously stored measured variables with the aid of at least one further, the state and the service life (t) of the rolling bearing ( 1 . 2 ) and over the life (t) of the rolling bearing ( 1 . 2 ) determined and stored measured variable and / or provided relevant influence. - Determination of the current state of the rolling bearing ( 1 . 2 ) as well as the calculation of the residual service life (II R ) and / or the duration up to a recommended maintenance measure of the rolling bearing ( 1 . 2 ). - Output of information about the current state and the remaining service life (II R ) of the rolling bearing ( 1 . 2 ) and / or the duration of a recommended maintenance action. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als weitere Messgrößen die Qualität, die Temperatur (TÖl), das Öldurchflussvolumen (VÖl) sowie der Druck (pÖl) eines verwendeten Schmiermittels, und/oder die Anzahl von Überrollungen durch die Wälzkörper im Hinblick auf die zu verzeichnenden Lastwechsel verwendet werden.A method according to claim 1, characterized in that the quality, the temperature (T oil ), the oil flow volume (V oil ) and the pressure (p oil ) of a lubricant used, and / or the number of rolling over by the rolling elements in Be used in view of the recorded load changes. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als relevante Einflussgrößen die Art und Weise der Schmierung des Wälzlagers (1, 2), die Viskosität des Schmiermittels und der Temperaturverlauf der Viskosität über die Zeit (t), ein etwaiges Schmiermittelaustausch- oder Nachschmierungs- oder sonstiges Wartungsintervall, die Einpressüberdeckung des Wälzlagers (1, 2), ein etwaiges Lagerspiel, der Gehäusewerkstoff, die Wälzkörper- und Laufbahnhärte und/oder auf das Wälzlager (1, 2) einwirkende Störgrößen in Form von Kräften, Momenten, Wärmespannungen und Fluchtungsfehler verwendet werden.A method according to claim 1, characterized in that the relevant manner of influencing the manner of lubrication of the rolling bearing ( 1 . 2 ), the viscosity of the lubricant and the temperature profile of the viscosity over time (t), any lubricant replacement or relubrication or other maintenance interval, the press-in coverage of the rolling bearing ( 1 . 2 ), any bearing clearance, the housing material, the rolling element and raceway hardness and / or on the rolling bearing ( 1 . 2 ) acting disturbances in the form of forces, moments, thermal stresses and misalignment can be used. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Messgrößen und/oder relevanten Einflussgrößen außerhalb des Wälzlagers (1, 2) ermittelt werden.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the further measured variables and / or relevant parameters outside of the rolling bearing ( 1 . 2 ) be determined. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die relevanten Einflussgrößen manuell der elektronischen Speicher- und Rechnereinheit (6) zur Verfügung gestellt werden.A method according to claim 4, characterized in that the relevant influencing variables manually the electronic memory and computer unit ( 6 ) to provide. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem bevorstehenden oder bereits eingetretenen Störfall des Wälzlagers (1, 2) ein Störfallsignal erzeugt wird.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that in an imminent or already occurred accident of the rolling bearing ( 1 . 2 ) an accident signal is generated. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationen über den aktuellen Zustand sowie die Restlebensdauer (IIR) des Wälzlagers (1, 2) und/oder die Dauer bis zu einer empfohlenen Instandhaltungsmaßnahme sowie die Erzeugung des Störfallsignals hinsichtlich eines etwaige bevorstehenden oder bereits eingetretenen Störfalles des Wälzlagers (1, 2) optisch und/oder akustisch ausgegeben werden.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the information about the current state and the remaining life (II R ) of the rolling bearing ( 1 . 2 ) and / or the time until a recommended maintenance measure and the generation of the fault signal with respect to any imminent or already occurred fault of the rolling bearing ( 1 . 2 ) are output visually and / or acoustically.
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