DD252102A3

DD252102A3 - Verfahren zur schadensdiagnose an waelz- und gleitlagern

Info

Publication number: DD252102A3
Application number: DD27661085A
Authority: DD
Inventors: Adolf Sturm; Manfred Bode; Stephan Uhlemann; Rudolf Foerster; Norbert Hippmann
Original assignee: Zittau Ing Hochschule
Priority date: 1985-05-23
Filing date: 1985-05-23
Publication date: 1987-12-09

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schadensdiagnose an Waelz- und Gleitlagern, die es ermoeglicht, auf originelle Weise den Schadenszustand von Waelz- und Gleitlagern zu beschreiben, insbesondere an solchen Lagern, die durch ihre besondere Konstruktion fuer andere Diagnoseverfahren nicht zugaenglich sind. Erfindungsgemaess werden Schwankungsanteile in der Drehzahl ermittelt, hinsichtlich ihrer Schadensrelevanz ausgewertet und die entsprechenden Anlagensteuerungen ausgeloest. Das Verfahren zeichnet sich durch besondere Einfachheit und durch Anwendung von Betriebsmessgroessen aus.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schadensdiagnose an Wälz- und Gleitlagern einschließlich Lagerungen mit rotierendem Innen- und Außenring bzw. Wellenzapfen und Lagerkörper.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die Lebensdauer eines Wälzlagers ist von Konstruktion, Fertigung, Montage und Betriebsbeanspruchung abhängig und liegt in der Größenordnung von 10⁴-10⁵ Stunden. Der Zeitraum von der Zerstörung eines Lagerbauteiles, z. B. des Käfigs bis zur Blockierung des Lagers ist dagegen um Größenordnungen kleiner und kann sich auf Bruchteile einer Sekunde beschränken.

Allgemein kann für Wälzlager eine mit großer Häufigkeit auftretende Schadensfolgekette abgeleitet werden. Sturm, A.; Förster, R.; Hippmann, N.; Kinsky, D.: Wälzlagerdiagnostik für Maschinen und Anlagen, VEB Verlag Technik Berlin 1985 (in Vorb.)

- Beanspruchung und Abnutzung der Lagereinzelteile

- Zerstörung eines Lagerbauteils

- Blockierung des Lagers ,

- Ausbildung von Folgeschäden (Beschädigung der Lagersitze, angrenzender Aggregate, Entzündung des Schmiermittels, Brand in der Anlage).

Zur Vermeidung von Folgeschäden kommt es darauf an, beginnende Schädigungserscheinungen, die gewöhnlich durch Gleichlaufstörungen infolge erhöhter Reibung gekennzeichnet sind, eindeutig zu erkennen und die betreffende Anlage sofort außer Betrieb zu nehmen.

Die Betriebsüberwachung beschränkte sich bisher auf die Kontrolle der Lagerschwingungen, der kontinuierlichen Erfassung der Lageröl- und Lagermetalltemperaturen und der Stromaufnahme der Antriebsaggregate.

Die Lageröltemperatur reagiert erst bei fortgeschrittener Schädigung mit relativ großem Zeitverzug, so daß eine gezielte Schadensdiagnose kaum möglich ist.

(Pittroff, H.;Wede, H.:

Wälzlagerfunktion kontrollieren mittels Temperaturüberwachung, Maschinenmarkt Würzburg 84, 1978, 82, S. 1598 bis 1600) Schwankungen der Stromaufnahme des Antriebsaggregates konnten bisher nur bei einem bereits eingetretenen Wälzlagerschaden eindeutig festgestellt werden. Der Einsatz eines Wellenschwingungsmeßsystems ist sehr aufwendig und z. Z. gerätetechnisch nur bedingt abzusichern. Andere bekannte und industriell angewendete Verfahren zur Diagnose (vgl. vorherige Seite) sind aufgrund konstruktiver Besonderheiten der Lagerungen ungeeignet.

Wälzlager mit rotierendem Innen- und Außenring bzw. Gleitlager mit rotierendem Wellenzapfen und Lagerkörper, die z. B. in Strömungsgebieten eingesetzt sind, werden vor allem bei An- und Abfahrprozessen aufgrund hoher Drehzahl- und Drehmomentdifferenzen stark beansprucht.

Eine wirksame Betriebsüberwachung der inneren Wälzlager mit rotierendem Innen- und Außenring in o. g. Strömungsgetrieben, war bei dem bisher erreichten Stand der Technik nicht möglich. Die Anwendung der K(t)-Wert-Methode (Bode, M.; Kinsky, D.; Sturm, A.; Zippe, W.:

Anordnung zur Zustandsbestimmung von Maschinenteilen und deren Anwendung, Wirtschaftspatent 208 497, G 01 M 13/00), der SPM-Methode (Baumbärtner, K.: Die Beurteilung des Wälzlagerzustandes mit der SPM-Methode, Der Maschinenschaden 51 [1978]

H. 6, S. 221-225) und des Kurtosis-Faktors (Nojak, K.: Lagerschaden - Früherkennung mit der Kurtosis-Methode, Elektronik 12

[1982]) ist nicht möglich, da keine schaileitende Verbindung zwischen Wälzlagersitz und Meßstelle am Gehäuse besteht und somit keine repräsentativen Schwingungswerte der Lagerung gemessen werden können.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Schadensdiagnose an Wälz- und Gleitlagern auch mit rotierendem Innen- und Außenring bzw. Wellenzapfen und Lagerkörper aufzuzeigen, das es ermöglicht, einen sich entwickelnden oder eintretenden Schaden in der kinematischen Paarung so rechtzeitig zu erkennen, daß Folgeschäden und die damit verbundenen volkswirtschaftlichen Verluste vermieden werden können.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Schädigungserscheinungen an Wälz- und Gleitlagern auch mit rotierenden Innen- und Außenringen bzw. Wellenzapfen und Lagerkörper eindeutig zu erkennen und ggf. die betreffende Anlage sofort außer Betrieb zu nehmen.

Schädigungserscheinungen in kinematischenPaarungen äußern sich in Gleichlaufstörungen infolge erhöhter Reibung bzw. Blockierungseffekten. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß bei stationärem bzw. instationärem Betrieb der Wellen eine Drehzahl, bei gekoppelten Wellen mit Schlupf beide Drehzahlen hinsichtlich der Ungleichförmigkeit(en) der Drehzahl(en) analysiert werden.

Die Ungleichförmigkeit der Drehzahl als Parameter für einen eintretenden bzw. eingetretenen Schaden wird ermittelt durch dynamische Bewertung des Drehzahlsignals im Zeit- und Frequenzbereich bzw. hinsichtlich der Phasenlage.

Eine weitere Möglichkeit besteht in der Bewertung des Drehwinkeis bei einzelnen Wellen. Bei gekoppelten Wellen mit Schlupf erfolgt eine Bewertung der Drehwinkel beider Wellen.

Zur Schadensdiagnostik nach dem beschriebenen Verfahren wird die Drehbewegung mit hochauflösenden Impulsgebern (> 400 Imp./Umdr.) ausgewertet. Im ungeschädigten Zustand liefert der Geber eine Impulsfolge, deren Impulslänge bzw. Pausendauer determiniert ist und deren Anzahl ein Maß für die Drehzahl bzw. die durchfahrenen Drehwinkelschritte darstellt. Die durch den Schaden hervorgerufene Ungleichförmigkeit der Drehbewegung äußert sich in einer Änderung der Impulsdauer bzw. der Pausenlänge in Abhängigkeit von Ort, Art und Lage des Schadens. Diese Änderung wird mittels bekannter Signalanalysetechnik im Zeit- und Frequenzbereich ausgewertet.

Neben der Schadensdiagnostik ist das beschriebene Verfahren auch für die Qualitätskontrolle bei Fertigung und Montage anwendbar.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird am Beispiel eines Strömungsgetriebes erläutert: Der Läufer des Strömungsgetriebes ist aus Pumpen- und Turbinenläufer zusammengesetzt (Fig. 1). Der Pumpenläufer 6 besitzt zwei Auflager, das Traglager 1 und das Schubtraglager 3. Beide Lager sind als Gleitlager ausgeführt und mit dem Gehäuse 5 verbunden. Der Turbinenläufer 7 ist wälzgelagert. Ein Rollenlager 2 trägt den Turbinenläufer in der linken Pumpenläuferhälfte. Zwei Schrägkugellager 4 stützen den Turbinenläufer in der rechten Pumpenläuferhälfte. Der Turbinenläufer bewegt sich im Pumpenläufergehäuse. Die Kraftübertragung vom Pumpenläufer über den Turbinenläufer erfolgt in der rechten Pumpenläuferwelle, die als Hohlwelle ausgeführt ist.

.Alle Lagerstellen des Turbinenläufers befinden sich somit innerhalb des Pumpenläufers. Aufgrund der Gleitlagerung des Pumpenläufers besteht keine schalleitende Verbindung zwischen den inneren Wälzlagern und dem Gehäuse. Erfindungsgemäß werden an leicht zugänglichen Stellen der treibenden bzw. angetriebenen Welle (z. B. 8; 9) Drehzahlgeber angebracht und das Ausgangssignal dieser Geber einer Auswerteeinheit (10) zugeführt. Im Interesse einer höchstmöglichen Genauigkeit sollten digitale Drehzahlmesser mit einer Impulsrate > 400/Umdrehung Verwendung finden. Die Drehzahlen werden hinsichtlich Drehwinkel, Verhalten im Zeit- und Frequenzbereich bzw. Phasenlage ausgewertet.

Claims

Verfahren zur Schadensdiagnose an Wälz- und Gleitlagern mittels Bewertung der Drehbewegung, gekennzeichnet dadurch, daß die durch die Schädigung hervorgerufene Ungleichförmigkeit der Drehbewegung mittels eines oder mehrerer zeitlich hochauflösender Meßwertaufnehmer (> 400 Impulse pro Umdrehung) erfaßt und der Grad der Ungleichförmigkeit des Ausgangssignals der Meßwertgeber durch Analyse im Zeit- und Frequenzbereich dargestellt wird.

Hierzu 1 Seite Zeichnung