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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Überwachen eines Gleitlagers, das eine in einem Stützkörper eingespannte Lagerschale aufweist, mit wenigstens einem im Lagerschalenbereich angeordneten Messfühler für temperaturabhängige Messsignale und mit einer Auswerteschaltung für die Messsignale.
Da bei Gleitlagern mit einer in einem Stützkörper eingespannten Lagerschale im allgemeinen einem Lagerschaden ein Temperaturanstieg im Bereich der Lagerlauffläche vorausgeht, wurde bereits vorgeschlagen (EP 0 161 644 A2, DD 249 075 A1, DE 196 14 803 A, JP 61 105306 A), die Temperatur im Bereich der Lagerschalen während des Lagerbetriebes zu überwachen, um sich durch eine Temperaturerhöhung ankündigende Lagerschäden frühzeitig erkennen und für entsprechende Gegenmassnahmen Vorsorge treffen zu können. Zu diesem Zweck werden in sich teilweise bis in die Lagerschale fortsetzende Bohrungen im Lagerstützkörper Temperaturfühler eingesetzt, deren Messsignale in einer Auswerteschaltung erfasst werden, um das Überschreiten eines zulässigen Temperaturbereiches anzuzeigen.
Nachteilig bei diesen bekannten Vorrichtungen zur Überwachung der Temperatur im Laufschichtbereich ist einerseits, dass die Lagerschalen angebohrt werden müssen, wenn nicht mit längeren, durch die Wärmeleitung bedingten Ansprechzeiten für die Temperaturerfassung gerechnet werden soll, und anderseits, dass trotz der Anbohrung der Lagerschale an mehreren Stellen längere Ansprechzeiten für den Fall unvermeidbar sind, dass der sich durch eine Temperaturerhöhung ankündigende Schaden ausserhalb der unmittelbaren, durch die Lage der Bohrungen für die Temperaturfühler bestimmten Messbereiche liegt. Dies bedeutet, dass örtliche Temperaturerhöhungen im Laufschichtbereich eines Gleitlagers nicht mit einer ausreichenden Zuverlässigkeit rechtzeitig vor einem Lagerschaden erfasst werden können.
Ähnliche Nachteile ergeben sich, wenn der Schmiermitteldruck im Lagerspalt über eine die Lagerschale durchsetzende Bohrung erfasst wird (JP 11072398 A) oder im Bereich der Messstelle für den Schmiermitteldruck zusätzliche Temperaturfühler vorgesehen werden (EP 0029736 A1, JP 5782742 A).
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Überwachen eines Gleitlagers der eingangs geschilderten Art so auszugestalten, dass sich durch eine örtliche Temperaturüberhöhung im Laufschichtbereich ankündigende Lagerschäden sicher und rechtzeitig erkannt werden können, um geeignete Gegenmassnahmen einzuleiten.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass der Messfühler als Druckfühler für in Umfangsrichtung der Lagerschale wirksame Druckkräfte oder für radiale Druckkräfte zwischen Lagerschale und Stützkörper ausgebildet ist.
Da über die Lagerstützkörper die auf die Lagerschalen wirkenden Lagerkräfte abgetragen werden, müssen die Lagerschalen spielfrei von den Lagerstützkörpern aufgenommen werden. Dies bedeutet, dass Wärmedehnungen der Lagerschalen zufolge einer auf die Lagerschalen beschränkten Wärmebelastung unterdrückt werden, so dass solche Wärmebelastungen zu Zwangskräften innerhalb der Lagerschalen führen. Es treten daher auch bei einem örtlich beschränkten, zusätzlichen Wärmeanfall über den Umfang der Lagerschalen verteilte Wärmespannungen auf, die sich durch Kraftwirkungen sowohl in Umfangsrichtung als auch in radialer Richtung auswirken. Diese in Umfangsrichtung und in radialer Richtung wirksamen Druckkräfte können über entsprechende Messfühler erfasst und vorteilhaft zur Anzeige örtlicher Temperaturerhöhungen ausgenützt werden.
Die Ansprechzeit einer solchen Temperaturüberwachung über die auftretenden Wärmespannungen kann sehr klein gehalten werden, weil sich die Wärmespannungen unmittelbar mit der Temperatur ändern. Ausserdem ist eine solche Temperaturüberwachung weitgehend von der örtlichen Lage der Messstellen unabhängig, wenn nur sichergestellt ist, dass die Druckfühler einen ausreichenden axialen Schalenbereich erfassen, so dass sich durch die vorgeschlagenen Massnahmen eine einfache und verlässliche Vorrichtung zum Überwachen eines Gleitlagers hinsichtlich von Schäden ergibt, die sich durch eine örtliche Temperaturerhöhung ankündigen.
Da bei Gleitlagern beispielsweise für Pleuelstangen von vornherein mit sich zyklisch ändernden Belastungen gerechnet werden muss, kann die Erfassung von Druckkräften, die auf einer Änderung der Wärmebelastung der Lagerschale beruhen, Schwierigkeiten bereiten. Um hier Abhilfe zu schaffen, kann bei sich zyklisch ändernden Messsignalen des Druckfühlers die Auswerteschaltung eine Vergleichsstufe für aufeinanderfolgende Messsignalzyklen zur Signalauswertung aufweisen, so dass nicht die sich innerhalb eines Messsignalzyklus ändernden Druckkräfte sondern lediglich jene Anderungen berücksichtigt werden, die sich im Vergleich aufeinanderfolgender Messsignalzyklen
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ergeben.
Damit wird es in einfacher Weise möglich, die auf Wärmeänderungen zurückführbaren Änderungen der Druckkräfte überwachen zu können, ohne auf die augenblickliche Grösse der erfassten Druckkräfte eingehen zu müssen.
Werden geteilte Lagerschalen eingesetzt, so können in vorteilhafter Weise die in Umfangsrichtung der Lagerschale wirksamen Druckkräfte erfasst werden, weil zu diesem Zweck lediglich eingeeigneter Druckfühler zwischen den Lagerschalenteilen anzuordnen ist. Dies kann durch Druckfühler geschehen, die zwischen entsprechenden Stützflächen der Lagerschalenteile eingespannt werden. Solche Stützflächen können durch Ausnehmungen im Bereich des Schalenrückens oder durch Richtanschläge gebildet werden, die durch örtlich begrenzte Ausprägungen der Lagerschalenteile im Bereich der Teilungsfläche zur axialen Festlegung der Lagerschalenteile gegenüber dem Lagerstützkörper entstehen.
Besonders günstige Konstruktionsbedingungen ergeben sich allerdings, wenn der Druckfühler aus einer piezoelektrischen oder piezomagnetischen Schicht im Stossbereich zwischen den Lagerschalenteilen besteht. Bei einer solchen Ausbildung des Druckfühlers können die Änderungen der in Umfangsrichtung wirksamen Druckkräfte in günstiger Weise über die gesamte axiale Schalenlänge auf einmal erfasst werden.
Werden keine geteilten Lagerschalen, sondern umfangsgeschlossene, büchsenförmige Lagerschalen verwendet, so müssen die radial zwischen Lagerschale und Stützkörper wirksamen Druckkräfte zur Überwachung des Gleitlagers ermittelt werden. Auch bei einer solchen Gleitlagerausbildung kann ein Druckfühler aus einer piezoelektrischen oder piezomagnetischen Schicht vorteilhaft eingesetzt werden. Diese piezoelektrische oder piezomagnetische Schicht muss allerdings zwischen Lagerschale und Stützkörper vorgesehen sein, wobei es für die Überwachung des Gleitlagers von untergeordneter Bedeutung ist, ob diese piezoelektrische oder piezomagnetische Schicht den Lagerschalenteilen oder dem Lagerstützkörper zugeordnet wird.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen
Fig. 1 eine erfindungsgemässe Vorrichtung zum Überwachen eines Gleitlagers mit einer geteil- ten Lagerschale in einem schematischen Querschnitt,
Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung einer erfindungsgemässen Vorrichtung, jedoch für ein Gleitlager mit einer umfangsgeschlossenen Lagerschale,
Fig. 3 die Anordnung eines Druckfühlers im Bereich von axialen Richtanschlägen in einer
Draufsicht auf die Lagerschalenteile im Stossbereich von der Innenseite her,
Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 3,
Fig. 5 die Anordnung von Druckfühlern in Schalenausnehmungen auf der Schalen rückseite in einer Draufsicht auf die Lagerschalenteile im Stossbereich von der Schalenaussenseite her und
Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie VI-VI der Fig. 5.
Das Gleitlager gemäss dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 1 zeigt eine Lagerschale 1, die aus zwei Lagerschalenteilen 2 und 3 zusammengesetzt ist. Diese Lagerschalenteile 2,3 werden durch einen ebenfalls geteilten Lagerstützkörper 4 in üblicher Weise zusammengespannt. Um in Umfangsrichtung wirkende Druckkräfte zufolge von örtlichen Temperaturerhöhungen im Bereich der Laufschicht 5 der Lagerschale 1 erfassen zu können, sind im Stossbereich 6 zwischen den Lagerschalenteilen 2 und 3 Druckfühler 7 in Form einer piezoelektrischen oder piezomagnetischen Schicht auf den axialen Stirnflächen einer der beiden Lagerschalenteile 2 und 3 vorgesehen. Diese Druckfühler 7 sind an eine Auswerteschaltung 8 angeschlossen, die die Messsignale der Druckfühler 7 über eine Signalaufbereitungsstufe 9 einerseits einem Signalspeicher 10 und anderseits einer Vergleichsstufe 11zuführt.
Da sich die Messsignale der Druckfühler 7 aufgrund des Lagereinsatzes im allgemeinen zyklisch ändern werden, kann durch einen Vergleich von aufeinanderfolgenden Messsignalzyklen jeweils nur die Änderung der Druckkräfte im Vergleich zu den jeweils vorausgegangenen Messzyklen erfasst und für die Signalauswertung herangezogen werden. Aus diesem Grunde wird in der Vergleichsstufe 11der jeweilige Messsignalzyklus mit einem abgespeicherten, vorausgegangenen Messsignalzyklus verglichen, um bei entsprechenden Änderungen diese Messwertänderungen für die Messsignalauswertung nutzbar und in einer Anzeigestufe 12 ersichtlich zu machen.
Damit können über die Druckfühler 7 Temperaturerhöhungen im Bereich der Laufschicht 5 der Lagerschale 1 in einfacher Weise erfasst und zur frühzeitigen Erkennung von Lagerschäden ausgenützt werden. Örtlich begrenzte Temperaturerhöhungen im Bereich der Laufschicht 5 bedingen ja über den Umfang der Lagerschale 1 verteilte Umfangskräfte, die über die Messfühler 7
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zumindest teilweise aufgenommen werden.
Wird gemäss der Fig. 2 eine büchsenartige, umfangsgeschlossene Lagerschale 1 eingesetzt, so können die in Umfangsrichtung wirkenden Druckkräfte der Lagerschale 1 nicht gemessen werden.
Die auftretenden Wärmespannungen bedingen aber neben den Umfangskräften auch radiale Druckkräfte, die zwischen der Lagerschale 1 und dem Lagerstützkörper 4 über einen Druckfühler 7 erfasst werden können. Dieser Druckfühler 7 kann wiederum in vorteilhafter Weise als piezoelektrische oder piezomagnetische Schicht ausgebildet sein. Die Messsignale dieses Messfühlers 7 werden gemäss der Fig. 2 einer Sendeeinheit 13 zugeführt, um die Messsignale drahtlos an die Auswerteschaltung 8 übertragen zu können, die mit einer Empfangseinheit 14 für die Messsignale versehen ist. Eine solche drahtlose Messsignalübertragung empfiehlt sich immer dort, wo das Gleitlager selbst bewegt wird, wie dies beispielsweise bei Pleuellagern der Fall ist.
Dass die Erfindung nicht auf Messfühler 7 in Form einer piezoelektrischen oder piezomagnetischen Schicht beschränkt ist, geht aus dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3 und 4 hervor, das den Einsatz eines Druckfühlers 7 zwischen Stützflächen 15 der Teile 2 und 3 einer geteilten Lagerschale 1 veranschaulicht. Die Stützflächen 15 werden im Bereich axialer Richtanschläge 16 erhalten, die durch ein radiales Ausprägen der Lagerschalenteile 2 und 3 im Stossbereich 6 erhalten werden, um über diese Richtanschläge 16, die in entsprechende axiale Ausnehmungen 17 des Lagerstützkörpers 4 eingreifen, die Lagerschale 1 axial gegenüber dem Lagerstützkörper 4 festzulegen.
Im Ausführungsbeispiel nach den Fig. 5 und 6 werden die Stützflächen 15 zum Einspannen der Druckfühler 7 zwischen den beiden Lagerschalenteilen 2 und 3 durch an die Aussenform der Druckfühler 7 angepasste Ausnehmungen 18 im Rücken der Lagerschalenteile 2 und 3 gebildet. Es braucht wohl nicht besonders hervorgehoben zu werden, dass die Druckfühler 7 gemäss den Ausführungsbeispielen sowohl nach den Fig. 3 und 4 als auch nach den Fig. 5 und 6 nur einen Teil der zwischen den Lagerschalenteilen 2 und 3 in Umfangsrichtung wirksamen Druckkräfte erfassen können, was im Vergleich mit einer Druckfühleranordnung entsprechend der Fig. 1 zu einem Empfindlichkeitsverlust führt.
PATENTANSPRÜCHE:
1. Vorrichtung zum Überwachen eines Gleitlagers, das eine in einem Stützkörper einge- spannte Lagerschale aufweist, mit wenigstens einem im Lagerschalenbereich angeordne- ten Messfühler für temperaturabhängige Messsignale und mit einer Auswerteschaltung für die Messsignale, dadurch gekennzeichnet, dass der Messfühler als Druckfühler (7) für in Um- fangsrichtung der Lagerschale (1) wirksame Druckkräfte oder für radiale Druckkräfte zwi- schen Lagerschale (1) und Stützkörper (4) ausgebildet ist.