DE10100551A1 - Vorrichtung zum Überwachen eines Gleitlagers - Google Patents
Vorrichtung zum Überwachen eines GleitlagersInfo
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Abstract
Es wird eine Vorrichtung zum Überwachen eines Gleitlagers, das eine in einem Stützkörper (4) eingespannte Lagerschale (1) aufweist, mit wenigstens einem im Lagerschalenbereich angeordneten Meßfühler für temperaturabhängige Meßsignale und mit einer Auswerteschaltung (8) für die Meßsignale beschrieben. Um vorteilhafte Konstruktionsbedingungen zu schaffen, wird vorgeschlagen, daß der Meßfühler als Druckfühler (7) für in Umfangsrichtung der Lagerschale (1) wirksame Druckkräfte oder für radiale Druckkräfte zwischen Lagerschale (1) und Stützkörper (4) ausgebildet ist.
Description
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 Lagerlauf
fläche vorausgeht, wurde bereits vorgeschlagen (EP 0 161 644 A2), 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 bis in die Lagerschale fortsetzende Bohrungen im Lagerstütz
körper Temperaturfühler eingesetzt, deren Meßsignale in einer Auswerteschaltung
erfaßt werden, um das Überschreiten eines zulässigen Temperaturbereiches anzu
zeigen. Nachteilig bei diesen bekannten Vorrichtungen zur Überwachung der Tempe
ratur 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 Tempe
raturfühler bestimmten Meßbereiche liegt. Dies bedeutet, daß örtliche Temperaturer
höhungen im Laufschichtbereich eines Gleitlagers nicht mit einer ausreichenden
Zuverlässigkeit rechtzeitig vor einem Lagerschaden erfaßt werden können.
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 Lager
schäden sicher und rechtzeitig erkannt werden können, um geeignete Gegenmaß
nahmen 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 abge
tragen werden, müssen die Lagerschalen spielfrei von den Lagerstützkörpern aufge
nommen 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 füh
ren. 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 Tempera
turerhöhungen ausgenützt werden. Die Ansprechzeit einer solchen Temperaturüber
wachung über die auftretenden Wärmespannungen kann sehr klein gehalten wer
den, weil sich die Wärmespannungen unmittelbar mit der Temperatur ändern. Au
ßerdem 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 vorgeschla
genen Maßnahmen eine einfache und verläßliche Vorrichtung zum Überwachen
eines Gleitlagers hinsichtlich von Schäden ergibt, die sich durch eine örtliche Tempe
raturerhöhung ankündigen.
Da bei Gleitlagern beispielsweise für Pleuelstangen von vornherein mit sich zyklisch
ändernden Belastungen gerechnet werden muß, kann die Erfassung von Druckkräf
ten, die auf einer Änderung der Wärmebelastung der Lagerschale beruhen, Schwie
rigkeiten bereiten. Um hier Abhilfe zu schaffen, kann bei sich zyklisch ändernden
Meßsignalen des Druckfühlers die Auswerteschaltung eine Vergleichsstufe für auf
einanderfolgende Meßsignalzyklen zur Signalauswertung aufweisen, so daß nicht die
sich innerhalb eines Meßsignalzyklus ändernden Druckkräfte sondern lediglich jene
Änderungen berücksichtigt werden, die sich im Vergleich aufeinanderfolgender Meß
signalzyklen ergeben. Damit wird es in einfacher Weise möglich, die auf Wärmeän
derungen 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 entsprechen
den Stützflächen der Lagerschalenteile eingespannt werden. Solche Stützflächen
können durch Ausnehmungen im Bereich des Schalenrückens oder durch Richtan
schläge gebildet werden, die durch örtlich begrenzte Ausprägungen der Lagerscha
lenteile im Bereich der Teilungsfläche zur axialen Festlegung der Lagerschalenteile
gegenüber dem Lagerstützkörper entstehen. Besonders günstige Konstruktionsbe
dingungen 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, büchsenför
mige Lagerschalen verwendet, so müssen die radial zwischen Lagerschale und
Stützkörper wirksamen Druckkräfte zur Überwachung des Gleitlagers ermittelt wer
den. 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 pie
zomagnetische Schicht den Lagerschalenteilen oder dem Lagerstützkörper zugeord
net wird.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Überwachen eines Gleitlagers mit
einer geteilten Lagerschale in einem schematischen Querschnitt,
Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrich
tung, 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 Lager
schale 1, die aus zwei Lagerschalenteilen 2 und 3 zusammengesetzt ist. Diese La
gerschalenteile 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 La
gerschale 1 erfassen zu können, sind im Stoßbereich 6 zwischen den Lagerscha
lenteilen 2 und 3 Druckfühler 7 in Form einer piezoelektrischen oder piezomagneti
schen Schicht auf den axialen Stirnflächen einer der beiden Lagerschalenteile 2 und
3 vorgesehen. Diese Druckfühler 7 sind an eine Auswerteschaltung 8 angeschlos
sen, die die Meßsignale der Druckfühler 7 über eine Signalaufbereitungsstufe 9
einerseits einem Signalspeicher 10 und anderseits einer Vergleichsstufe 11 zuführt.
Da sich die Meßsignale der Druckfühler 7 aufgrund des Lagereinsatzes im allgemei
nen zyklisch ändern werden, kann durch einen Vergleich von aufeinanderfolgenden
Meßsignalzyklen jeweils nur die Änderung der Druckkräfte im Vergleich zu den je
weils vorausgegangenen Meßzyklen erfaßt und für die Signalauswertung herange
zogen werden. Aus diesem Grunde wird in der Vergleichsstufe 11 der jeweilige Meß
signalzyklus mit einem abgespeicherten, vorausgegangenen Meßsignalzyklus vergli
chen, um bei entsprechenden Änderungen diese Meßwertänderungen für die Meß
signalauswertung 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 zumindest teilweise aufgenommen werden.
Wird gemäß der Fig. 2 eine büchsenartige, umfangsgeschlossene Lagerschale 1
eingesetzt, so können die in Umfangsrichtung wirkenden Druckkräfte der Lager
schale 1 nicht gemessen werden. Die auftretenden Wärmespannungen bedingen
aber neben den Umfangskräften auch radiale Druckkräfte, die zwischen der Lager
schale 1 und dem Lagerstützkörper 4 über einen Druckfühler 7 erfaßt werden kön
nen. 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 Empfangs
einheit 14 für die Meßsignale versehen ist. Eine solche drahtlose Meßsignalübertra
gung empfiehlt sich immer dort, wo das Gleitlager selbst bewegt wird, wie dies bei
spielsweise bei Pleuellagern der Fall ist.
Daß die Erfindung nicht auf Meßfühler 7 in Form einer piezoelektrischen oder piezo
magnetischen 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 Aus
prägen der Lagerschalenteile 2 und 3 im Stoßbereich 6 erhalten werden, um über
diese Richtanschläge 16, die in entsprechende axiale Ausnehmungen 17 des Lager
stützkörpers 4 eingreifen, die Lagerschale 1 axial gegenüber dem Lagerstützkörper 4
festzulegen.
Im Ausführungsbeispiel nach den Fig. 5 und 6 werden die Stützflächen 15 zum Ein
spannen 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.
Claims (5)
1. 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, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßfühler
als Druckfühler (7) für in Umfangsrichtung der Lagerschale (1) wirksame Druckkräfte
oder für radiale Druckkräfte zwischen Lagerschale (1) und Stützkörper (4) ausge
bildet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei sich zyklisch
ändernden Meßsignalen des Druckfühlers (7) die Auswerteschaltung (8) eine Ver
gleichsstufe (11) für aufeinanderfolgende Meßsignalzyklen zur Signalauswertung
aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer
geteilten Lagerschale (1) der Druckfühler (7) zur Erfassung der in Umfangsrichtung
wirksamen Druckkräfte zwischen den Lagerschalenteilen (2, 3) angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennnzeichnet, daß der Druckfühler
(7) aus einer piezoelektrischen oder piezomagnetischen Schicht im Stoßbereich (6)
zwischen den Lagerschalenteilen (2, 3) besteht.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
Druckfühler (7) aus einer piezoelektrischen oder piezomagnetischen Schicht zwis
chen Lagerschafe (1) und Stützkörper (4) besteht.
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