DE102004056996A1 - Maschinenanordnung mit einer Maschine, die einen Grundkörper und einen Zusatzkörper aufweist - Google Patents

Maschinenanordnung mit einer Maschine, die einen Grundkörper und einen Zusatzkörper aufweist Download PDF

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    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract

Eine Maschinenanordnung weist eine Maschine (1) mit einem Grundkörper (2) und einem Zusatzkörper (3) auf. Der Zusatzkörper (3) ist über mindestens ein Wälzlager (5) relativ zum Grundkörper (2) gelagert. Das Wälzlager (5) weist mindestens zwei Wälzlageraufnahmen (6, 7) und in den Wälzlageraufnahmen (6, 7) abrollende Wälzelemente (8) auf. Die Maschine (1) weist eine Erfassungseinrichtung (12) auf, mittels derer ein Bewegungszustand (n) des Zusatzkörpers (3) relativ zum Grundkörper (2) erfassbar ist. Die Wälzlageraufnahmen (6, 7) und die Wälzelemente (8) sind Bestandteile einer elektrischen Messanordnung. Bei einer Bewegung des Zusatzkörpers (3) relativ zum Grundkörper (2) ist mittels einer in die Messanordnung messtechnisch eingebundenen Messeinrichtung (9) eine für die Messanordnung charakteristische elektrische Größe (C, U, R) erfassbar. Die charakteristische elektrische Größe (C, U, R) und der Bewegungszustand (n) sind einer Auswertungseinrichtung (11) zuführbar, von der durch Auswerten der charakteristischen elektrischen Größe (C, U, R) ein Schmierungszustand (S) des Wälzlagers (5) sowie anhand des Schmierungszustands (S) des Wälzlagers (5) und des Bewegungszustands (n) des Zusatzkörpers (3) ein Verschleißgrad (G) des Wälzlagers (5) ermittelbar sind, anhand dessen wiederum ein Ausgangssignal erzeugbar und ausgebbar ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Maschinenanordnung mit einer Maschine, die einen Grundkörper und einen Zusatzkörper aufweist, wobei der Zusatzkörper über mindestens ein Wälzlager relativ zum Grundkörper gelagert ist, wobei das Wälzlager mindestens zwei Wälzlageraufnahmen und in den Wälzlageraufnahmen abrollende Wälzelemente aufweist, wobei die Maschine eine Erfassungseinrichtung aufweist, mittels derer ein Bewegungszustand des Zusatzkörpers relativ zum Grundkörper erfassbar ist.
  • Derartige Maschinenanordnungen sind allgemein bekannt. Beispiele derartiger Maschinenanordnungen sind Verbrennungskraftmaschinen, Turbinen und elektrische Maschinen.
  • Bei Verbrennungskraftmaschinen entspricht der Grundkörper dem Motorblock, der Zusatzkörper der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine. Bei elektrischen Maschinen – sei es Antrieben, sei es Generatoren – entspricht der Grundkörper dem Gehäuse mit dem darin gehaltenen Stator, der Zusatzkörper der Motorwelle mit dem darauf befindlichen Rotor.
  • Auch antriebslose Elemente sind oftmals so aufgebaut. Ein Beispiel eines derartigen antriebslosen Elements ist ein Getriebe. Bei einem Getriebe entspricht der Grundkörper dem Gehäuse des Getriebes, die Getriebeeingangswelle und die Getriebeausgangswelle entsprechen Zusatzkörpern.
  • Bei den obenstehend beschriebenen Beispielen von Maschinenanordnungen führt der Zusatzkörper stets eine Drehbewegung relativ zum Grundkörper aus. Auch nachfolgend wird eine Maschine beschrieben, bei der der Zusatzkörper eine Drehbewegung relativ zum Grundkörper ausführt. Prinzipiell wäre aber auch möglich, dass der Zusatzkörper eine Linearbewegung relativ zum Grundkörper ausführt.
  • Damit Maschinen der eingangs genannten Art eine möglichst große Lebensdauer erreichen, ist es unter anderem erforderlich, dass die Wälzlager hinreichend geschmiert sind. Denn auf Grund der Schmierung des Wälzlagers bildet sich eine dünne Trennschicht zwischen den Wälzlageraufnahmen und den in den Wälzlageraufnahmen abrollenden Wälzelementen. Dennoch verschleißen die Wälzlager nach einer gewissen Betriebsdauer und müssen dann ausgetauscht werden. Der Austausch sollte dabei selbstverständlich erst dann erfolgen, wenn das Wälzlager tatsächlich verschlissen ist.
  • Im Stand der Technik wird die Lebensdauer von Wälzlagern auf Grund von Erfahrungswerten oder anhand von Diagrammen spezifiziert bzw. geschätzt. Die so ermittelte Lebensdauer unterliegt in der Praxis jedoch einer großen Streuung. Es kommt in der Praxis daher trotz der Spezifizierung der erwarteten Lebensdauer zu unvorhergesehenen Lagerausfällen mit daraus resultierenden Stillstandszeiten der Maschine.
  • Natürlich kann die Lebensdauer der Wälzlager auch derart spezifiziert werden, dass ein Ausfall des Wälzlagers unwahrscheinlich bzw. sehr unwahrscheinlich ist. In diesem Fall kann aber die tatsächlich mögliche Lebensdauer der Wälzlager nicht ausgenutzt werden.
  • Weiterhin ist es natürlich möglich, den Zustand der Wälzlager von Zeit zu Zeit durch eine entsprechende Inspektion zu überprüfen. Dies ist aber sehr personalintensiv. Darüber hinaus muss das Wälzlager bei dieser Vorgehensweise während der Inspektion zugänglich sein, so dass die Maschine während der Inspektionszeiten nicht betrieben werden kann.
  • Es ist bereits bekannt, bei einer Maschinenanordnung der eingangs genannten Art mittels einer kapazitiven Messmethode die Qualität der Schmierung des Wälzlagers zu erfassen. Es ist also eine Maschinenanordnung der oben genannten Art bekannt, bei der die Wälzlageraufnahmen und die Wälzelemente Bestandteile einer elektrischen Messanordnung sind, bei einer Bewegung des Zusatzkörpers relativ zum Grundkörper mittels einer in die Messanordnung eingebundenen Messeinrichtung eine für die Messanordnung charakteristische elektrische Größe erfassbar ist und die charakteristische elektrische Größe einer Auswertungseinrichtung zuführbar ist, von der durch Auswerten der charakteristischen elektrischen Größe ein Schmierungszustand des Wälzlagers ermittelbar ist.
  • Eine Möglichkeit zur einfachen messtechnischen Ermittlung des Verschleißgrades des Wälzlagers ist der Anmelderin bzw. dem Erfinder im Stand der Technik jedoch nicht bekannt.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Maschinenanordnung der zuletzt beschriebenen Art dahingehend weiterzuentwickeln, dass mit ihr ein Verschleiß des Wälzlagers rechtzeitig erkennbar ist.
  • Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Auswertungseinrichtung auch der Bewegungszustand zuführbar ist, dass von der Auswertungseinrichtung anhand des Schmierungszustands des Wälzlagers und des Bewegungszustands des Zusatzkörpers ein Verschleißgrad des Wälzlagers ermittelbar ist und dass von der Auswertungseinrichtung ein vom Verschleißgrad des Wälzlagers abhängiges Ausgangssignal erzeugbar und ausgebbar ist.
  • Diese Vorgehensweise ist möglich, weil vom Erfinder der vorliegenden Erfindung erkannt wurde, dass der sich einstellende Wert der charakteristischen elektrischen Größe nicht nur von der Qualität der Schmierung abhängt, sondern dass auch die Qualität der Schmierung vom Verschleißgrad des Wälzlagers abhängt.
  • Es ist von Vorteil, wenn die Messanordnung in Anschlusselementen endet, die derart am Grundkörper angeordnet sind, dass sie im laufenden Betrieb der Maschine zugänglich sind, und die Messeinrichtung über die Anschlusselemente mit der Messanordnung verbindbar ist. In diesem Fall ist eine flexible Gestaltung der Messeinrichtung möglich, da nicht auf die oftmals beengten Verhältnisse innerhalb der Maschine Rücksicht genommen werden muss. Die Anschlusselemente können dabei zu einer vorkonfektionierten – vorzugsweise genormten – Steckverbindung zusammengefasst sein.
  • Die Messeinrichtung kann aber auch Bestandteil der Maschine sein. Wenn dies der Fall ist, kann die Gesamtanordnung relativ kompakt sein.
  • In analoger Weise ist es auch möglich, dass die Auswertungseinrichtung Bestandteil der Maschine ist. Auch hier ergibt sich wieder der Vorteil eines kompakten Aufbaus. Alternativ kann aber auch hier die charakteristische elektrische Größe von der Messeinrichtung über ein Ausgabeelement nach außerhalb der Maschine ausgegeben werden und die charakteristische elektrische Größe von der Auswertungseinrichtung von außerhalb der Maschine erfasst werden.
  • Vorzugsweise ist die Auswertungseinrichtung derart ausgebildet, dass sie den Verschleißgrad nur dann ermittelt, wenn der Zusatzkörper während einer Mindestdauer permanent mit einer Mindestgeschwindigkeit relativ zum Grundkörper bewegt wird. Denn dadurch ist eine sehr zuverlässige Bestimmung des Verschleißgrades möglich.
  • Wenn der Auswertungseinrichtung auch eine Betriebstemperatur der Maschine und/oder eine Schmiermittelmenge zuführbar sind und diese die Betriebstemperatur und/oder die Schmiermittelmenge bei der Ermittlung des Verschleißgrades berücksichtigt, kann der Verschleißgrad noch genauer bestimmt werden. Zum Erfassen dieser beider Größen weist die Maschinenanordnung vor zugsweise einen Temperatursensor und/oder einen Schmiermittelmengensensor auf.
  • Das von der Auswertungseinrichtung abgegebene Ausgangssignal kann verschiedener Natur sein. So ist es beispielsweise möglich, dass das Ausgangssignal von einem Menschen mit einem seiner Sinnesorgane unmittelbar wahrnehmbar ist. Beispiele derartiger Signale sind akustische, optische und taktile Ausgangssignale. Alternativ oder zusätzlich ist es aber auch möglich, dass das Ausgangssignal einer Steuereinrichtung für die Maschine zuführbar ist. In diesem Fall ist es möglich, dass mittels der Steuereinrichtung im Falle eines auftretenden Verschleißes die Maschine abgeschaltet wird bzw. nur noch ein eingeschränkter Betrieb der Maschine zugelassen wird.
  • Die charakteristische elektrische Größe kann beispielsweise ein mittlerer Widerstandswert der Messanordnung sein. Alternativ kann die charakteristische elektrische Größe auch eine Durchschlagsspannung oder eine Kapazität sein. Auch Kombinationen dieser Messgrößen sind möglich.
  • Wenn die Messeinrichtung die übrige Messanordnung mit einer elektrischen Wechselgröße beaufschlagt, ist das Erfassen der charakteristischen elektrischen Größe besonders einfach. Dies gilt in besonders starkem Maße, wenn die elektrische Wechselgröße hochfrequent ist. Der Begriff „hochfrequent" ist dabei derart zu verstehen, dass die Frequenz der Wechselgröße oberhalb von etwa 20 kHz liegt. Auf Grund der Beaufschlagung mit einer elektrischen Wechselgröße ist es insbesondere möglich, die charakteristische elektrische Größe anhand einer kapazitiven Messung zu ermitteln.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen. Dabei zeigen in Prinzipdarstellung
  • 1 eine Maschinenanordnung,
  • 2 eine Messanordnung mit einem Wälzlager,
  • 3 ein Ersatzschaltbild der Messanordnung von 2,
  • 4 ein Flussdiagramm und
  • 5 bis 7 weitere Maschinenanordnungen.
  • Gemäß 1 weist eine Maschinenanordnung eine Maschine 1 auf, die ihrerseits wiederum einen Grundkörper 2 und einen Zusatzkörper 3 aufweist. Die Maschine 1 von 1 ist dabei beispielhaft als elektrische Maschine ausgebildet. Der Zusatzkörper 3 ist daher als Läufer der elektrischen Maschine ausgebildet. Prinzipiell könnte die Maschine 1 aber auch andersartig ausgebildet sein, z.B. als Verbrennungskraftmaschine, als Turbine oder als Getriebe.
  • Gemäß 1 wird die Maschine 1 über einen Umrichter 4 mit elektrischer Energie versorgt. Die Maschine 1 ist somit als umrichtergespeiste elektrische Maschine ausgebildet. Sie wirkt also als Antrieb. Prinzipiell könnte die Maschine 1 aber auch als Generator ausgebildet sein.
  • Der Zusatzkörper 3 der Maschine 1 ist über Wälzlager 5 relativ zum Grundkörper 2 gelagert. Im vorliegenden Fall ist der Zusatzkörper 3 dabei relativ zum Grundkörper 2 drehbar.
  • Jedes Wälzlager 5 weist gemäß 2 zwei Wälzlageraufnahmen 6, 7 und Wälzelemente 8 auf. Die Wälzelemente 8 können beispielsweise als Kugeln oder als Walzen ausgebildet sein. Sie rollen in den Wälzlageraufnahmen 6, 7 ab.
  • Die Wälzlageraufnahmen 6, 7 und die Wälzelemente 8 sind gemäß den 1 bis 3 Bestandteile einer elektrischen Messanordnung, die zusätzlich auch jeweils eine Messeinrichtung 9 umfasst. Die Messeinrichtung 9 ist somit messtechnisch in die Messanordnung eingebunden. Mittels der Messeinrichtung 9 wird die übrige Messanordnung mit einer elektrischen Wechselgröße beaufschlagt. Die elektrische Wechselgröße ist dabei vorzugsweise hochfrequent, weist also eine Frequenz oberhalb von etwa 20 kHz auf. Z.B. kann sie 30, 50 oder 100 kHz betragen.
  • Auf Grund der hohen Frequenz der elektrischen Wechselgröße wirken die Wälzlageraufnahmen 6, 7 und die Wälzelemente 8 als Kapazität C. Sie verstimmen daher einen Modulator 10, der Bestandteil der Messeinrichtung 9 ist und die elektrische Wechselgröße an die übrige Messanordnung ausgibt. Das Ausmaß der Verstimmung ist dabei selbstverständlich von der Größe der Kapazität C abhängig. Im Umkehrschluss kann somit aus der Größe der Verstimmung auf die Größe der Kapazität C geschlossen werden.
  • Die Kapazität C der übrigen Messanordnung ist davon abhängig, wie gut ein elektrischer Kontakt der Wälzlageraufnahme 6 zu den Wälzelementen 8 ist und wie gut ein elektrischer Kontakt der Wälzelemente 8 zu der Wälzlageraufnahme 7 ist. Der Kontakt wiederum ist vom Schmierungszustand S des Wälzlagers 5 abhängig. Besteht eine gute Schmierung, bildet sich ein Dielektrikum zwischen den Wälzelementen 8 und den Wälzlageraufnahmen 6, 7. Ist die Schmierung schlecht, besteht ein direkter galvanischer Kontakt zwischen den Wälzelementen 8 und den Wälzlageraufnahmen 6, 7.
  • Es ist daher möglich die Kapazität C der übrigen Messanordnung als charakteristische elektrische Größe C zu erfassen und aus dieser Kapazität C den Schmierungszustand S des Wälzlagers 5 abzuleiten. Die charakteristische elektrische Größe C wird gemäß 2 somit anhand einer kapazitiven Messung ermittelt.
  • Um die Kapazität C, die sich während der Bewegung des Zusatzkörpers 3 relativ zum Grundkörper 2 ändern kann, sinnvoll erfassen zu können, sollte die Frequenz, welche die elektrische Wechselgröße aufweist, erheblich größer als die Drehzahl sein, mit der sich die Wälzelemente 8 bei zulässiger Maximal geschwindigkeit des Zusatzkörpers 3 relativ zum Grundkörper 2 drehen, sein. Dies ist der Grund, weshalb die Frequenz der elektrischen Wechselgröße oberhalb von etwa 20 kHz liegen sollte.
  • Der Modulator 10 ist weiterhin vorzugsweise als Frequenzmodulator ausgebildet. Denn dann ist eine besonders zuverlässige und störungsunempfindliche Messung der Kapazität C möglich.
  • Gemäß 2 weist jedes Wälzlager 5 eine eigene Messeinrichtung 9 auf. Die Messeinrichtungen 9 führen die von ihnen erfassten charakteristischen elektrischen Größen C einer Auswertungseinrichtung 11 zu. Diese ermittelt durch Auswerten der charakteristischen elektrischen Größen C den Schmierungszustand S der Wälzlager 5.
  • Der Schmierungszustand der Wälzlager 5 ist von der Geschwindigkeit abhängig, mit der sich der Zusatzkörper 3 relativ zum Grundkörper 2 bewegt, im vorliegenden Fall also einer Drehzahl n des Läufers 3 der elektrischen Maschine 1. Denn bei Stillstand des Zusatzkörpers 3 wird der Schmierfilm zwischen den Wälzelementen 8 und den Wälzlageraufnahmen 6, 7 verdrängt, so dass sich stets ein galvanischer elektrischer Kontakt ausbildet. Eine Auswertung der Messung ist daher in der Regel nur dann sinnvoll, wenn der Zusatzkörper 3 sich relativ zum Grundkörper 2 bewegt.
  • Eine Erfassung, ob und gegebenenfalls mit welcher Drehzahl n sich der Zusatzkörper 3 dreht, ist in einer Vielzahl von Fällen ohne weiteres möglich. Denn oftmals weist die Maschine 1 eine Erfassungseinrichtung 12 auf, mittels derer ein Bewegungszustand des Zusatzkörpers 3 relativ zum Grundkörper 2 erfassbar ist. Bei positionsgeregelten Systemen kann dies beispielsweise ein Inkrementalgebersystem sein. Für nur drehzahlgeregelte Systeme ist in manchen Fällen eine einfache Erregerspule ausreichend, in der bei Drehung des Zusatzkörpers 3 von einem Permanentmagneten ein Wechselfeld induziert wird.
  • In jedem Fall sollte es möglich sein, anhand des von der Erfassungseinrichtung 12 gelieferten Zustandssignals zu entscheiden, ob die Drehzahl n oberhalb oder unterhalb einer Grenzdrehzahl n0 liegt.
  • Der Auswertungseinrichtung 11 wird daher auch die Drehzahl n zugeführt. Diese Drehzahl n entspricht einem Bewegungszustand des Zusatzkörpers 3 relativ zum Grundkörper 1.
  • Anhand der zugeführten Kapazität C (also der charakteristischen elektrischen Größe C) ermittelt die Auswertungseinrichtung 11 somit zunächst einen Schmierungszustand S der Wälzlager 5.
  • Der Schmierungszustand S des Wälzlagers 5 ist von verschiedenen weiteren Parametern abhängig. Einer dieser Parameter ist der Zeitraum, über den der Schmierfilm Zeit hatte, sich auszubilden. Ein weiterer Parameter ist auch der Verschleißgrad G des Wälzlagers 5.
  • Wie nachfolgend in Verbindung mit 4 näher erläutert, wird daher von der Auswertungseinrichtung 11 zunächst in einem Schritt S1 die Drehzahl n des Zusatzkörpers 3 erfasst. In einem Schritt S2 wird sodann überprüft, ob die Drehzahl n länger als eine Grenzzeit T0 oberhalb der Grenzdrehzahl n0 liegt. Die Grenzzeit T0 liegt dabei in der Regel zwischen 0,1 und 3 Sekunden.
  • Wenn die Drehzahl n des Zusatzkörpers 3 während einer Zeitdauer, die größer als die Grenzzeit T0 ist, permanent oberhalb der Grenzdrehzahl n0 liegt, wird mit einem Schritt S3 fortgefahren. In diesem Schritt S3 werden die von den Messeinrichtungen 9 erfassten charakteristischen elektrischen Größen C von der Auswertungseinrichtung 11 übernommen. Anhand der charakteristischen elektrischen Größen C ermittelt die Auswertungseinrichtung 11 in einem Schritt S4 für jedes Wälzlager 5 einen korrespondierenden Schmierungszustand S. Diesen Schmierungszustand S vergleicht die Auswertungseinrichtung 11 in einem Schritt S5 mit einem Sollschmierungszustand, der oberhalb der Grenzdrehzahl n0 vorliegen sollte. Anhand des Vergleichs ermittelt sie dann – noch im Schritt S5 – für jedes der Wälzlager 5 einen Verschleißgrad G.
  • In einem Schritt S6 erzeugt die Auswertungseinrichtung 11 ein Ausgangssignal und gibt es aus. Dabei kann alternativ für jedes der Wälzlager 5 ein eigenes Ausgangssignal erzeugt und ausgegeben werden oder aber für mehrere Wälzlager 5 ein gemeinsames Ausgangssignal. In jedem Fall aber ist das Ausgangssignal von dem im Schritt S5 ermittelten Verschleißgrad G abhängig.
  • Das von der Auswertungseinrichtung 11 ausgegebene Ausgangssignal kann verschiedener Natur sein. Beispielsweise ist es möglich, eine Leuchtdiode 13 anzusteuern, so dass diese blinkt oder leuchtet. In diesem Fall ist das Ausgangssignal von einem Menschen mit einem seiner Sinnesorgane, nämlich den Augen, unmittelbar wahrnehmbar. Auch eine andere Ausgabe, z.B. von einem Warnton oder die Anzeige eines Zahlenwerts, sind denkbar und möglich.
  • Es ist aber auch möglich, dass das Ausgangssignal von der Auswertungseinrichtung 11 einer Steuereinrichtung 14 für die Maschine 1 zugeführt wird. In diesem Fall kann die Steuereinrichtung 14 in Abhängigkeit von dem übermittelten Ausgangssignal direkt in den Betrieb der Maschine 1 eingreifen. Beispielsweise kann ein Betrieb nur noch in einem eingeschränkten Drehzahlbereich oder nur noch für einen begrenzten Zeitraum zugelassen werden. Auch ist es möglich, die Maschine 1 sofort still zu setzen.
  • Das Ausgangssignal kann weiterhin sowohl ein Analogsignal als auch ein Digitalsignal sein. Auch kann es alternativ nur zwei Werte (logisch ja/logisch nein) annehmen können oder vielwertig sein.
  • Gemäß dem obenstehend in Verbindung mit den 1 bis 4 beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die charakteristische elektrische Größe C, wie bereits erwähnt, eine Kapazität C. Sie könnte beispielsweise aber auch ein mittlerer Widerstandswert R oder eine Durchschlagsspannung U der Messanordnung sein. In diesem Fall erstreckt sich die Messanordnung gemäß 5 in der Regel über zwei Wälzlager 5, so dass mittels der Messanordnung nur der Summenverschleiß der beiden Wälzlager 5 ermittelbar ist. Die übrige Ausgestaltung der Maschinenanordnung entspricht der obenstehend in Verbindung mit den 1 bis 4 beschriebenen Maschinenanordnung.
  • Prinzipiell ist es auch möglich, den Schmierungszustand S auf beliebige andere Art zu erfassen. Denn es kommt bei der vorliegenden Erfindung nicht auf die – an sich bekannte und vorausgesetzte – Ermittlung des Schmierungszustandes S an, sondern auf die nachfolgende erfindungsgemäße Kopplung mit dem Bewegungszustand n des Zusatzkörpers 3 relativ zum Grundkörper 2 und die dadurch mögliche Ermittlung des Verschleißgrades G.
  • Bei dem obenstehend in Verbindung mit den 1 bis 4 beschriebenen Ausführungsbeispiel sind sowohl die Messeinrichtungen 9 als auch die Auswertungseinrichtung 11 Bestandteile 9, 11 der Maschine 1. Dies ist aber nicht zwingend erforderlich.
  • Gemäß 6 – die im Übrigen 3 entspricht – sind beispielsweise die Messeinrichtungen 9 und die Auswertungseinrichtung 11 außerhalb der Maschine 1 angeordnet. Gemäß 6 sind sie beispielsweise in der Steuereinrichtung 14 angeordnet. Alternativ könnten sie beispielsweise auch im Umrichter 4 angeordnet sein.
  • Bei dieser Ausführungsform enden die Messanordnungen in Anschlusselementen 15. Die Anschlusselemente 15 sind derart am Grundkörper 2 angeordnet, dass sie im laufenden Betrieb der Maschine 1 zugänglich sind. Dadurch sind die Messeinrichtungen 9 über die Anschlusselemente 15 mit ihren Messanordnungen verbindbar. Vorzugsweise sind dabei die Anschlusselemente 15 zu einer vorkonfektionierten Steckverbindung 16 zusammengefasst. Die Steckverbindung 16 kann dabei insbesondere genormt sein, beispielsweise als Sub-D-Stecker oder als sogenannter Western-Stecker ausgebildet sein.
  • In gewissem Umfang ist der Schmierungszustand S weiterhin von der Betriebstemperatur T der Maschine 1 und der im Wälzlager 5 insgesamt vorhandenen Schmiermittelmenge M abhängig.
  • In 6 ist daher noch eine weitere Modifikation der Maschinenanordnung gezeigt, die aber von der Anordnung der Messeinrichtungen 9 und der Auswertungseinrichtung 11 unabhängig ist. Gemäß dieser Modifikation weist die Maschine 1 einen Temperatursensor 17 und einen Schmiermittelmengensensor 18 auf. Mittels des Temperatursensors 17 ist die Betriebstemperatur T der Maschine 1 erfassbar. Mittels des Schmiermengensensors 18 ist die Schmiermittelmenge M der Wälzlager 5 erfassbar. Beide Größen T, M werden – vorzugsweise ebenfalls über die Steckverbindung 16 – der Auswertungseinrichtung 11 zugeführt. Die Auswertungseinrichtung 11 kann daher eine oder beide Größen T, M bei der Ermittlung des Verschleißgrades G berücksichtigen. Dies ist in 4 im Schritt S5 in Klammern angedeutet.
  • 7 zeigt nun eine Ausgestaltung, bei der zwar die Messeinrichtungen 9 Bestandteile 9 der Maschine 1 sind, die Auswertungseinrichtung 11 hingegen außerhalb der Maschine 1 angeordnet ist. Bei dieser Ausgestaltung, die im Übrigen den Ausgestaltungen gemäß den 1 bis 4 bzw. gemäß 5 oder 6 entsprechen kann, geben die Messeinrichtungen 9 die von ihnen ermittelten charakteristischen elektrischen Größen C, U, R über Ausgabeelemente 19 nach außerhalb der Maschine 1 aus. Vorzugsweise sind auch hier wieder die Ausgabeelemente 19 zu einer vorkonfektionierten (vorzugsweise genormten) Steckver bindung 20 zusammen gefasst. Die Steckverbindung 20 ist wieder derart am Grundkörper 2 angeordnet, dass sie im laufenden Betrieb der Maschine 1 zugänglich ist. Dadurch ist es möglich, dass die Auswertungseinrichtung 11, die außerhalb der Maschine 1 angeordnet ist, die charakteristischen elektrischen Größen C von außerhalb der Maschine 1 aus erfasst.
  • Gemäß den obenstehend beschriebenen Ausgestaltungen ermittelt die Auswertungseinrichtung 11 den Verschleißgrad G der Wälzlager 5 laufend (selbstverständlich unter der Voraussetzung, dass die Drehzahl n des Zusatzkörpers 3 hinreichend lange oberhalb der Grenzdrehzahl n0 gelegen hat). Es ist aber auch möglich, dass die Auswertungseinrichtung 11 den Verschleißgrad G nur von Zeit zu Zeit ermittelt. Beispielsweise ist es möglich, dass die Auswertungseinrichtung 11 den Verschleißgrad G in periodischen Zeitabständen, z.B. einmal pro Stunde oder einmal pro Tag, ermittelt. Auch ist es möglich, dass die Auswertungseinrichtung 11 den Verschleißgrad G nur dann ermittelt, wenn ihr von außen ein entsprechendes Anforderungssignal übermittelt wird. Das Anforderungssignal kann der Auswertungseinrichtung 11 dabei gegebenenfalls von einer Bedienperson oder von der Steuereinrichtung 14 oder von einer anderen Einrichtung vorgegeben werden.
  • Mittels der erfindungsgemäßen Maschinenanordnung ist es somit möglich, im laufenden Betrieb direkt den Verschleißgrad G der Wälzlager 5 zu ermitteln und so die Lebensdauer der Wälzlager 5 individuell auszunutzen und dennoch einem Ausfall der Maschine 1 durch Lagerverschleiß sicher vorzubeugen.

Claims (18)

  1. Maschinenanordnung mit einer Maschine (1), die einen Grundkörper (2) und einen Zusatzkörper (3) aufweist, – wobei der Zusatzkörper (3) über mindestens ein Wälzlager (5) relativ zum Grundkörper (2) gelagert ist, – wobei das Wälzlager (5) mindestens zwei Wälzlageraufnahmen (6, 7) und in den Wälzlageraufnahmen (6, 7) abrollende Wälzelemente (8) aufweist, – wobei die Maschine (1) eine Erfassungseinrichtung (12) aufweist, mittels derer ein Bewegungszustand (n) des Zusatzkörpers (3) relativ zum Grundkörper (2) erfassbar ist, – wobei die Wälzlageraufnahmen (6, 7) und die Wälzelemente (8) Bestandteile einer elektrischen Messanordnung sind, – wobei bei einer Bewegung des Zusatzkörpers (3) relativ zum Grundkörper (2) mittels einer in die Messanordnung messtechnisch eingebundenen Messeinrichtung (9) eine für die Messanordnung charakteristische elektrische Größe (C, U, R) erfassbar ist, – wobei die charakteristische elektrische Größe (C, U, R) einer Auswertungseinrichtung (11) zuführbar ist, – wobei von der Auswertungseinrichtung (11) durch Auswerten der charakteristischen elektrischen Größe (C, U, R) ein Schmierungszustand (S) des Wälzlagers (5) ermittelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Auswertungseinrichtung (11) auch der Bewegungszustand (n) zuführbar ist, dass von der Auswertungseinrichtung (11) anhand des Schmierungszustands (S) des Wälzlagers (5) und des Bewegungszustands (n) des Zusatzkörpers (3) ein Verschleißgrad (G) des Wälzlagers (5) ermittelbar ist und dass von der Auswertungseinrichtung (11) ein vom Verschleißgrad (G) des Wälzlagers (5) abhängiges Ausgangssignal erzeugbar und ausgebbar ist.
  2. Maschinenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messanordnung in Anschlusselementen (15) endet, die derart am Grundkörper (2) angeordnet sind, dass sie im laufenden Betrieb der Maschine (1) zugänglich sind, und dass die Messeinrichtung (9) über die Anschlusselemente (15) mit der Messanordnung verbindbar ist.
  3. Maschinenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusselemente (15) zu einer vorkonfektionierten – vorzugsweise genormten – Steckverbindung (16) zusammengefasst sind.
  4. Maschinenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (9) Bestandteil der Maschine (1) ist.
  5. Maschinenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinrichtung (11) Bestandteil der Maschine (1) ist.
  6. Maschinenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die charakteristische elektrische Größe (C, U, R) von der Messeinrichtung (9) über ein Ausgabeelement (19) nach außerhalb der Maschine (1) ausgebbar ist und dass die charakteristische elektrische Größe (C, U, R) von der Auswertungseinrichtung (11) von außerhalb der Maschine (1) erfassbar ist.
  7. Maschinenanordnung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinrichtung (11) derart ausgebildet ist, dass sie den Verschleißgrad (G) nur dann ermittelt, wenn der Zusatzkörper (3) während einer Mindestdauer (T0) permanent mit einer Mindestgeschwindigkeit (n0) relativ zum Grundkörper (2) bewegt wird.
  8. Maschinenanordnung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Auswertungseinrichtung (11) auch eine Betriebstemperatur (T) der Maschine (1) und/oder eine Schmiermittelmenge (M) zuführbar sind und dass die Auswertungseinrichtung (11) die Betriebstemperatur (T) und/oder die Schmiermittelmenge (M) bei der Ermittlung des Verschleißgrades (G) berücksichtigt.
  9. Maschinenanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Temperatursensor (17) zum Erfassen der Betriebstemperatur (T) und/oder einen Schmiermittelmengensensor (18) zum Erfassen der Schmiermittelmenge (M) aufweist.
  10. Maschinenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal von einem Menschen mit einem seiner Sinnesorgane unmittelbar wahrnehmbar ist.
  11. Maschinenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal einer Steuereinrichtung (14) für die Maschine (1) zuführbar ist.
  12. Maschinenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die charakteristische elektrische Größe (C, U, R) ein mittlerer Widerstandswert (R) oder eine Durchschlagsspannung (U) ist.
  13. Maschinenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die charakteristische elektrische Größe (C, U, R) eine Kapazität (C) ist.
  14. Maschinenanordnung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (9) die übrige Messanordnung mit einer elektrischen Wechselgröße beaufschlagt.
  15. Maschinenanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Wechselgröße hochfrequent ist.
  16. Maschinenanordnung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die charakteristische elektrische Größe (C, U, R) anhand einer kapazitiven Messung ermittelt wird.
  17. Maschinenanordnung nach einem der obigen Ansprüche, dadadurch gekennzeichnet, dass die Maschine (i) als Antrieb ausgebildet ist.
  18. Maschinenanordnung nach einem der obigen Ansprüche, dadadurch gekennzeichnet, dass die Maschine (1) als elektrische Maschine ausgebildet ist und dass der Zusatzkörper (3) als Läufer der elektrischen Maschine ausgebildet ist.
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