AT524361A2 - Wälzlageranordnung - Google Patents

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AT524361A2 ATA50655/2021A AT506552021A AT524361A2 AT 524361 A2 AT524361 A2 AT 524361A2 AT 506552021 A AT506552021 A AT 506552021A AT 524361 A2 AT524361 A2 AT 524361A2
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Abstract

Offenbart wird eine Wälzlageranordnung (1), insbesondere Großwälzlageranordnung, wobei die Wälzlageranordnung (1) ein Wälzlager mit einem Innenring (2), einem Außenring (4) und mehreren Wälzkörpern (6) aufweist, die zwischen dem Innenring (2) und dem Außenring (4) angeordnet sind, wobei der Innenring (2) auf einer Welle (8) gelagert ist oder die Welle (8) den Innenring (2) bildet und/oder wobei der Außenring (4) in einem Gehäuse (10) gelagert ist oder das Gehäuse (10) den Außenring (4) bildet, wobei die Wälzlageranordnung (1) zumindest ein Abstandssensormodul (12) aufweist, das dazu ausgebildet ist, einen Abstand zwischen der Welle (8) und dem Gehäuse (10) zu messen, um einen Verschleiß des Wälzlagers zu detektieren.

Description

Vorliegende Erfindung betrifft eine Wälzlageranordnung, insbesondere eine
Großwälzlageranordnung, gemäß Patentanspruch 1.
In technischen Systemen werden häufig Wälzlager verwendet, beispielsweise zur Lagerung von Wellen in einem Gehäuse. Da sich im Betrieb solche Wälzlager abnutzen, ist es erforderlich, einen Verschleiß der Wälzlager zu überwachen, um gegebenenfalls eine Reparatur oder einen Austausch vornehmen zu können. Ein solcher Verschleiß kann über eine Sensorik überwacht werden, die beispielsweise eine Schwingung, Temperatur oder Akustik des Wälzlagers erfasst und diese analysiert. Bei Schwenklagern, wie sie beispielsweise in Konverteranlagen verwendet werden, erfolgt jedoch unter Umständen keine 360°-Umdrehung des Wälzlagers, sondern lediglich eine Schwenkbewegung. Eine Erfassung des Verschleißes über eine Schwingungs- oder Akustikmessung ist daher nur fehlerhaft durchführbar, da solche Messungen eine vollständige Umdrehung des Wälzlagers
erfordern, um zuverlässige Informationen zu liefern.
Es ist deshalb Aufgabe vorliegender Erfindung, eine zuverlässige Überwachung eines Wälzlagers zu ermöglichen, auch wenn das Wälzlager lediglich eine
Schwenkbewegung durchführt.
Diese Aufgabe wird durch eine Wälzlageranordnung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
dargestellt.
Die Wälzlageranordnung kann eine Schwenklageranordnung, insbesondere eine
Großwälzlageranordnung sein, wie sie beispielsweise verwendet wird, um einen
Stahlerzeugung oder der Nichteisenmetallerzeugung verwendet.
Die Wälzlageranordnung weist ein Wälzlager mit einem Innenring, einem Außenring und mehreren Wälzkörpern, die zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnet sind, auf. Beispielsweise kann das Wälzlager ein doppelreihiges Kegelrollenlager sein. Andere Arten von Wälzlager, wie beispielsweise Kugellager, sind ebenfalls möglich. Hierbei kann der Innenring auf einer Welle gelagert sein oder die Welle bildet den Außenring. Der Außenring kann im Gegenzug in einem
Gehäuse gelagert sein oder das Gehäuse bildet den Außenring.
Um nun einen Verschleiß des Wälzlagers zu überwachen und detektieren zu können, weist die Wälzlageranordnung zumindest ein Abstandssensormodul auf, das dazu ausgebildet ist, einen Abstand zwischen der Welle und dem Gehäuse zu messen. Ein Verschleiß des Wälzlagers, das zwischen der Welle und dem Gehäuse angeordnet ist oder dessen Ringe durch die Welle und/oder das Gehäuse gebildet werden, führt dazu, dass sich der Abstand zwischen der Welle und dem Gehäuse vergrößert. Durch das Abstandssensormodul kann dieser Abstand überwacht und durch eine Veränderung des Abstands ein Verschleiß des Wälzlagers detektiert
werden.
Im Vergleich zu bisherigen Sensoren, die sich beispielsweise auf eine Messung von Schwingungen beziehen, kann durch ein solches Abstandssensormodul auch ein Wälzlager überwacht werden, das lediglich in einer Schwenkbewegung verwendet wird. Eine solche Schwenkbewegung führt dazu, dass ein Verschleiß des Wälzlagers nicht durch einen Schwingungssensor detektiert werden kann, der eine vollständige Umdrehung des Wälzlagers benötigt, um ein Auftreten von
Schwingungen detektieren zu können.
Wird jedoch wie hier vorgeschlagen ein Abstandssensormodul verwendet, kann der Verschleiß des Wälzlagers auch dann zuverlässig detektiert werden, wenn dieses
nur eine Schwenkbewegung durchführt.
ohne großen Aufwand von außen möglich ist.
Bei den bislang verwendeten Temperatur- oder Schwingungssensoren war es erforderlich, die Wälzlageranordnung zu zerlegen, beispielsweise das Gehäuse zu öffnen, um einen Zugriff auf die Sensoren zu haben. Bei der hier vorgeschlagenen Wälzlageranordnung ist dies nicht nötig, da das Abstandssensormodul von außen in das Gehäuse oder den Außenring eingeschoben werden kann. Dies vereinfacht auch die Montage, da zunächst alle übrigen Elemente der Wälzlageranordnung montiert werden können und erst zum Schluss das Abstandssensormodul in das
Gehäuse eingeschoben wird.
Des Weiteren ermöglicht dies einen einfachen Austausch oder Einstellung des Abstandssensormoduls von außen, ohne dass ein zusätzliches Teil des Gehäuses demontiert werden muss. Auch ist es möglich, bestehende Wälzlageranordnungen mit einem Abstandssensormodul nachzurüsten, da nur eine Durchgangsöffnung in dem Gehäuse erforderlich ist, um das Abstandssensormodul in die Wälzlageranordnung einzufügen. Durch das Bereitstellen des Abstandssensors als Modul, d.h. ein Modul, das alle Sensorelemente enthält, wird die Handhabung und die Montage des Abstandssensors im Vergleich zu einzelnen Elementen
vereinfacht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Abstandssensormodul an einer Radialfläche des Gehäuses oder des Außenrings, benachbart zu einem axialen Ende des Wälzlagers, angeordnet. Das Abstandssensormodul kann beispielsweise
an einer inneren Radialfläche des Gehäuses oder des Außenrings montiert werden.
Die Wälzlageranordnung kann auch zwei oder mehr Abstandssensormodule
aufweisen, die jeweils an einem axialen Ende des Wälzlagers angeordnet sind.
eine Verkippung der Welle hin.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Abstandssensormodul mehrere Sensorelemente auf und ist so angeordnet, dass zumindest ein Sensorelement nahe an der Welle angeordnet ist. Vorzugsweise erstreckt sich das Abstandssensormodul von dem Gehäuse oder dem Außenring in Richtung der Welle. Vorteilhafterweise kann ein Sensorelement nahe an der Welle angeordnet sein, während gleichzeitig das Abstandssensormodul von außen in das Gehäuse oder den Außenring eingeschoben ist. Durch einen geringen Abstand zwischen der Welle und dem Sensorelement ist eine gute Erfassung und Detektion des Abstands zwischen Welle und Gehäuse möglich, da das Sensorelement selbst nur einen
geringen Abstand zur Welle hat, wodurch die Sensitivität erhöht wird.
Um eine Anordnung des Sensorelements nahe an der Welle zu ermöglichen, kann das Abstandssensormodul eine röhrenförmige, radial verlaufende, sich in Richtung der Welle erstreckende Aufnahme für Sensorelemente aufweisen. Bevorzugt ist die röhrenförmige Aufnahme in eine Öffnung des Gehäuses oder des Außenrings eingeschoben. Unter einer röhrenförmigen Aufnahme kann in diesem Zusammenhang eine runde röhrenförmige Aufnahme, aber auch eine eckige
röhrenförmige Aufnahme, beispielsweise in einer Vierkantform, verstanden werden.
Die röhrenförmige Aufnahme kann an dem Gehäuse oder dem Außenring befestigt sein. Beispielsweise kann sich die röhrenförmige Aufnahme durch das Gehäuse oder den Außenring hindurch erstrecken. Die röhrenförmige Aufnahme kann alle Sensorelemente des Abstandssensormoduls in sich aufnehmen, wodurch eine
Positionierung des Sensors nahe an der Welle möglich ist und beispielsweise eine
kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Abstandssensormodul ein Anschlusselement zur Verbindung mit einer Auswerteeinheit auf. Das Anschlusselement kann beispielsweise ein Stecker sein, über den eine Verbindung zu einer externen Auswerteeinheit möglich ist. Das Anschlusselement kann beispielsweise über ein Kabel mit dem Sensor verbunden werden. Vorzugsweise befindet sich das Außenelement außerhalb des Gehäuses, sodass eine einfache
Verbindung mit einer Auswerteeinheit möglich ist.
Das Abstandssensormodul kann eine Einstellvorrichtung zur Anpassung des Abstands zwischen dem Abstandssensormodul und der Welle aufweisen. Durch eine solche Einstellvorrichtung ist es möglich, dasselbe Abstandssensormodul für unterschiedliche Wälzlageranordnungen zu verwenden, da eine Anpassung an die konkreten Abstände und Abmessungen der Wälzlageranordnung durch die Einstellvorrichtung möglich sind. Die Einstellvorrichtung kann beispielsweise eine Einstellschraube oder ähnliches sein, die den Abstand zwischen dem
Abstandssensormodul und der Welle verändern kann.
Das Abstandssensormodul kann mittels Befestigungsmitteln an dem Gehäuse oder dem Außenring befestigt sein. Solche Befestigungsmittel können Schraubverbindungen aufweisen. In einer Ausführungsform kann die
Einstellvorrichtung auch gleichzeitig als Befestigungsmittel dienen.
Das Abstandssensormodul weist vorzugsweise einen Sensor, insbesondere einen Näherungsschalter, Wirbelstromsensor (Eddy-Probe) oder einen Wegsensor auf. Das Abstandssensormodul kann beliebige Sensoren aufweisen, die in der Lage sind, einen Abstand zwischen dem Gehäuse und der Welle zu überwachen und eine Veränderung zu detektieren. Ein Näherungsschalter kann beispielsweise als induktiver oder kapazitive Näherungsschalter implementiert werden. Alternativ kann der Sensor auch ein optischer Näherungsschalter sein. In jedem Fall reagiert ein
solcher Näherungsschalter oder Näherungssensor auf eine Annäherung des
Welle geringer, gibt ein solcher Näherungsschalter ein entsprechendes Signal aus.
Alternativ kann der Sensor ein Wegsensor sein, beispielsweise ein induktiver Sensor, kapazitive Sensor, Laserentfernungsmesser, Ultraschallsensor oder ähnliches. Ein solcher Wegsensor misst ebenfalls den Abstand zwischen dem
Gehäuse bzw. dem Sensor und der Welle.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen sind in der Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen angegeben. Dabei sind insbesondere die in der Beschreibung und in den Zeichnungen angegebenen Kombinationen der Merkmale rein exemplarisch, so dass die Merkmale auch einzeln oder anders kombiniert
vorliegen können.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden. Dabei sind die Ausführungsbeispiele und die in den Ausführungsbeispielen gezeigten Kombinationen rein exemplarisch und sollen nicht den Schutzbereich der Erfindung
festlegen. Dieser wird allein durch die anhängigen Ansprüche definiert.
Es zeigen Fig. 1 eine Schnittansicht einer Wälzlageranordnung mit einem Abstandssensormodul; und
Fig. 2 eine vergrößerte Teilschnittansicht des Abstandssensormoduls von Fig. 1.
Im Folgenden werden gleiche oder funktionell gleichwirkende Elemente mit
denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
Fig. 1 zeigt eine Wälzlageranordnung 1, beispielsweise ein Schwenklager, insbesondere eine Großwälzlageranordnung. Die Wälzlageranordnung 1 weist ein
Wälzlager mit einem Innenring 2 und einem Außenring 4, in diesem Fall einem
von Wälzlagern, wie beispielsweise Kugellager, sind ebenfalls möglich.
Der Innenring 2 ist hier auf einer Welle 8 gelagert. Alternativ kann die Welle 8 den Innenring 2 bilden. Der Außenring 4 ist in einem Gehäuse 10 gelagert. Alternativ kann das Gehäuse 10 den Außenring 4 bilden. Um einen Verschleiß des Wälzlagers zu detektieren, weist die Wälzlageranordnung 1 ein oder mehrere
Abstandssensormodule 12, in diesem Fall zwei Abstandssensormodule 12, auf.
Das Abstandssensormodul 12 ist dazu ausgebildet, einen Abstand zwischen dem Gehäuse 10 und der Welle 8 zu überwachen. Über die Betriebszeit der Wälzlageranordnung 1 nutzt sich das Wälzlager ab und führt zu einem wachsenden Abstand zwischen dem Gehäuse 10 und der Welle 8. Durch die Überwachung des Abstands zwischen dem Gehäuse 10 und der Welle 8 kann somit ein Verschleiß des Wälzlagers detektiert werden und rechtzeitig ein Austausch oder eine Reparatur
des Wälzlagers erfolgen.
Das Abstandssensormodul 12 ist in der hier gezeigten Ausführungsform in das Gehäuse 10 integriert. Alternativ kann das Abstandssensormodul 12 auch in den Außenring 4 integriert sein. Das Abstandssensormodul 12 weist einen Sensor 16 auf, der dazu dient, einen Abstand 14 zwischen dem Sensor 16 und der Welle 8 zu messen. Dieser Abstand 14 ist repräsentativ für den Abstand zwischen dem Gehäuse 10 und der Welle 8, da sich bei einem Verschleiß des Wälzlagers der Abstand zwischen der Welle 8 und dem Gehäuse 10 ändert und sich damit der Sensor 16 zu der Welle 8 hinbewegt oder von dieser wegbewegt. Der Sensor 16 kann ein Näherungsschalter oder Wegsensor sein, der dazu geeignet ist, einen
Abstand 14 zu der Welle 8 zu messen.
Werden zwei Abstandssensormodule 12 verwendet, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, kann zusätzlich zu einem Abstand zwischen dem Gehäuse 10 und der Welle 8 auch eine Verkippung der Welle 8 detektiert werden. Da der Verschleiß des Wälzlagers
über die Länge des Wälzlagers unterschiedlich sein kann, kann es zu einer
Welle 8 erkannt werden.
Das Abstandssensormodul 12, das in Fig. 2 in einer vergrößerten Ansicht gezeigt ist, weist eine röhrenförmige Aufnahme 18 auf, in die der Sensor 16 aufgenommen ist. Die röhrenförmige Aufnahme 18 kann in eine Durchgangsöffnung 20 des Gehäuses 10 eingeschoben sein. Vorzugsweise wird das Abstandssensormodul 12 mit der röhrenförmige Aufnahme 18 von außen in das Gehäuse 10 eingeschoben. Auf diese Weise ist eine einfache Montage des Abstandssensormodul 12 von außen möglich, ohne dass hierzu die Wälzlageranordnung 1 demontiert werden muss. Des Weiteren kann die Wälzlageranordnung 1 bereits vollständig montiert sein, und das Abstandssensormodul 12 zum Schluss eingeschoben und befestigt
werden.
Das Abstandssensormodul 12 weist ein Anschlusselement 22 auf, das von außen zugänglich ist. Das Anschlusselement 22 kann mit einer externen Auswerteeinheit (nicht gezeigt) verbunden werden, um Informationen des Sensors 16 zu verarbeiten. Das Anschlusselement 22 ist über ein Kabel 24 mit dem Sensor 16, beispielsweise über ein Verbindungselement 26, verbunden. Alternativ kann eine solche Verbindung auch kabellos erfolgen. Das Kabel 24 und sämtliche anderen Sensorelemente sind in der röhrenförmige Aufnahme 18 angeordnet, sodass diese zum einen als ein einziges Modul montiert werden können und zum anderen in der
röhrenförmigen Aufnahme 18 geschützt sind.
Das Abstandssensormodul 12 kann über Befestigungsmittel 28 mit dem Gehäuse 10 verbunden werden. Diese Befestigungselemente 28 können gleichzeitig als Einstellvorrichtung dienen, um eine Anpassung des Abstands 14 zwischen dem
Abstandssensormodul 12, bzw. dem Sensor 16, und der Welle 8 vorzunehmen.
Insbesondere können diese Befestigungsmittel 28 in einem Befestigungsgehäuse 29 angeordnet sein, dass die Aufnahme 18 umgibt. Zwischen dem
Befestigungsgehäuse 29 und der Aufnahme 18 ist ein Gewinde 30 vorgesehen. Um
geklemmt werden.
Auf diese Weise kann dasselbe Abstandssensormodul 12 in verschiedenen Wälzlageranordnungen 1 verwendet werden, da es an die speziellen Abmessungen
einer Wälzlageranordnung 1 angepasst werden kann.
Durch die hier vorgeschlagene Wälzlageranordnung mit dem Abstandssensormodul ist es auf einfache Weise möglich, einen Verschleiß eines Wälzlagers zu detektieren, in dem der Abstand zwischen einem Gehäuse und einer Welle überwacht wird. Somit kann ein Verschleiß des Wälzlagers zuverlässig detektiert
werden, auch wenn lediglich eine Schwenkbewegung des Wälzlagers vorliegt
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Wälzlageranordnung Innenring
Außenring Wälzkörper
Welle
Gehäuse Abstandssensormodul Abstand
Sensor
röhrenförmige Aufnahme Durchgangsöffnung Anschlusselement Kabel Verbindungselement Befestigungsmittel Befestigungsgehäuse Gewinde Klemmelement Feststellvorrichtung
Einstellvorrichtung
10

Claims (1)

  1. (344171.3)
    Patentansprüche
    1. Wälzlageranordnung (1), insbesondere GroRwälzlageranordnung, wobei die Wälzlageranordnung (1) ein Wälzlager mit einem Innenring (2), einem Außenring (4) und mehreren Wälzkörpern (6) aufweist, die zwischen dem Innenring (2) und dem Außenring (4) angeordnet sind, wobei der Innenring (2) auf einer Welle (8) gelagert ist oder die Welle (8) den Innenring (2) bildet und/oder wobei der Außenring (4) in einem Gehäuse (10) gelagert ist oder das Gehäuse (10) den Außenring (4) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzlageranordnung (1) zumindest ein Abstandssensormodul (12) aufweist, das dazu ausgebildet ist, einen Abstand zwischen der Welle (8) und dem Gehäuse (10) zu messen, um einen Verschleiß
    des Wälzlagers zu detektieren.
    2. Wälzlageranordnung gemäß Anspruch 1, wobei das Abstandssensormodul
    (12) in dem Gehäuse (10) oder dem Außenring (4) integriert ist.
    3. Wälzlageranordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Abstandssensormodul (12) an einer Radialfläche des Gehäuses (10) oder des
    Außenrings (4), benachbart zu einem axialen Ende des Wälzlagers, angeordnet ist.
    4. Wälzlageranordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (10) oder der Außenring (4) eine radial verlaufende Öffnung (20)
    aufweist, in die das Abstandssensormodul (12) von außen eingeschoben ist.
    5. Wälzlageranordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Abstandssensormodul (12) mehrere Sensorelemente aufweist und sich von dem Gehäuse (10) oder dem Außenring (4) in Richtung der Welle (8) erstreckt, so
    dass zumindest ein Sensorelement (16) nahe an der Welle (8) angeordnet ist.
    Aufnahme (18) an dem Gehäuse (10) oder dem Außenring (4) befestigt ist.
    7. Wälzlageranordnung gemäß Anspruch 6, wobei die röhrenförmige Aufnahme (18) in eine Öffnung (20) des Gehäuses (10) oder des Außenrings (4) eingeschoben
    ist.
    8. Wälzlageranordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Abstandssensormodul (12) eine Einstellvorrichtung (36) zur Anpassung des
    Abstands (14) zwischen dem Abstandssensormodul (12) und der Welle (8) aufweist.
    9. Wälzlageranordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Abstandssensormodul (12) mittels Befestigungsmitteln (28) an dem Gehäuse (10) oder dem Außenring (4) befestigt ist.
    10. Wälzlageranordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Abstandssensormodul (12) einen Sensor (16), insbesondere einen
    Näherungsschalter oder einen Wegsensor, aufweist.
    11. Wälzlageranordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
    die Wälzlageranordnung ein Schwenklager ist.
ATA50655/2021A 2020-10-26 2021-08-12 Wälzlageranordnung AT524361B1 (de)

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