DE102005053335B4

DE102005053335B4 - Verfahren zur Messung des Verschleißes an den Laufflächen von Dichtungslaufringen und Verschleißmeßvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102005053335B4
Application number: DE102005053335A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Werther; Jörg Dr.-Ing. Rollmann
Original assignee: Rothe Erde GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp Rothe Erde Germany GmbH
Priority date: 2005-11-07
Filing date: 2005-11-07
Publication date: 2007-09-20
Anticipated expiration: 2025-11-08
Also published as: DE102005053335A1

Abstract

Verfahren zur Messung des Verschleißes an den Laufflächen von Dichtungslaufringen (1), insbesondere von Großwälzlagern, mit einem Ultraschallsensor (5), wobei der Ultraschallsensor (5) in einer Bohrung (8) in dem Dichtungslaufring (1) mit einem genau bestimmten Abstand (b) zur Lauffläche (2) angeordnet ist und mit dem Ultraschallsensor (5) durch das dazwischenliegende Material des Dichtungslaufringes (1) hindurch der Abstand (a) zwischen der Kontaktfläche (9) des Ultraschallsensors (5) und ein oder mehreren in der Lauffläche (2) angeordneten Verschleißspuren (3, 4) gemessen und die Differenz zwischen dem bekannten Abstand (b) und dem Abstand (a) erfaßt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche (9) des Ultraschallsensors (5) mit einer Druckfeder (7) gegen eine Anlagefläche in dem Dichtungslaufring (1) gepresst wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Messung des Verschleißes an den Laufflächen von Dichtungslaufringen, insbesondere von Großwälzlagern mit einem Ultraschallsensor gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 und eine Verschleißmeßvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Großwälzlager z. B. von Tunnelbohrmaschinen werden in der Regel über mehrere hintereinander liegende Dichtungen abgedichtet, die auf der gehärteten Oberfläche eines Dichtungslaufringes gleiten. Dichtungslaufring und Dichtungen verschleißen mit zunehmender Betriebsdauer, wobei in der Lauffläche der Dichtungslaufringe umlaufende Verschleißspuren entstehen, die näherungsweise einen dreieckigen oder kreisbogenförmigen Querschnitt haben. Für die rechtzeitige Einleitung einer Reparatur ist es notwendig, den Verschleiß im Dichtungslaufring zu überwachen. Hierzu können verschiedenartige Meßsonden oder magnetisierte Signalgeber eingesetzt werden (vgl. DE 197 23 327 A1 oder EP 814 338 B1 ).

Darüber hinaus gibt es mehrere Vorschläge zum Einsatz von Ultraschallsensoren, um den Verschleiß an den Laufflächen festzustellen und zu überwachen.

In der EP 228 731 B2 ist als Fühlmittel eine Ultraschallsonde beschrieben, die in einem Loch in wenigstens einem der Ringelemente angeordnet ist, wobei jedes Loch abseits der Laufbahn des Ringelementes derart mündet, dass sich die Ultraschallsonde direkt gegenüber dem anderen Ringelement befindet, um an dem gegenüberliegenden Ringelement kritische Bereiche zur Feststellung von darin befindlichen Materialfehlern abzutasten. Die Vorderkante der Ultraschallsonde ist dabei Schmutz und Verschleiß ausgesetzt, was zu Meßfehlern und Ausfall der Meßeinrichtung führen kann. Eine ähnliche Ultraschallabtastvorrichtung ist aus der EP 1 038 174 B1 bekannt, wobei diese in besonderer Weise schräg auf die Lauffläche des gegenüberliegenden Laufringes gerichtet ist, um gekrümmte Abschnitte der Laufringe abtasten zu können.

In der EP 413 119 B1 ist ein mittenfreies Großwälzlager beschrieben, bei dem ein Laufring zur Aufnahme einer Ultraschallsonde ausgebildet ist und der andere Laufring zur Prüfung eine Koppelfläche aufweist, die für die Ankopplung der Ultraschallsonde an seiner Außenfläche umlaufend und außerhalb der einander zugewandten Flächen von Außenring und Innenring angeordnet ist. Zur Befestigung der Ultraschallsonde ist dabei außen eine eigene Haltevorrichtung vorgesehen. Diese Art der Befestigung der Ultraschallsonde ist relativ aufwendig. Außerdem kann die außen angebrachte Haltevorrichtung leicht beschädigt werden.

Aus der US 5,176,034 ist ein Verfahren zur Messung des Verschleißes an Dichtungs- und Lagerelementen gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 bekannt, wobei ein Messwertwandler über ein Gewinde nachstellbar in einer Bohrung positioniert ist. Insbesondere durch Temperaturänderung kann es hierbei zu Veränderungen in der Position des Messelementes kommen, so dass das Messelement häufig nachpositioniert werden muss.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verschleißmessung vorzuschlagen, bei der das Problem der Verschmutzung, des Verschleißes und der Beschädigung der Meßsonde vermieden wird und die Messsonde immer automatisch genau positioniert wird.

Die Lösung dieser Aufgabe ist in den Ansprüchen 1 und 3 beschrieben. Die Unteransprüche 2 und 4 enthalten sinnvolle Ergänzungsvorschläge.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass der an sich bekannte Ultraschallsensor an einer geschützten Stelle in einer Bohrung im Dichtungslaufring positioniert wird. Er kann dabei insbesondere mit einer Druckfeder mit seiner vorderen Kontaktfläche gegen eine entsprechende Anlagefläche in dem Dichtungslaufring gepreßt werden, wobei ein weiches Koppelmedium zwischen Kontaktfläche und Anlagefläche für einen blasenfreien Kontakt sorgt. Während der Abstand (a) zwischen der Kontaktfläche des Ultraschallsensors und der nicht abgenutzten Lauffläche genau feststeht und als festes Maß in einer Auswertungseinheit gespeichert ist, wird der Abstand (b) zu ein oder mehreren Verschleißspuren in der Lauffläche, vorzugsweise kontinuierlich gemessen und an die Auswerteeinheit übermittelt, so dass laufend die Differenz zwischen den Abständen (a) und (b) errechnet werden kann. Bei Erreichen oder Überschreiten eines bestimmten Differenzbetrages kann ein Alarmsignal ausgelöst werden, um rechtzeitig die notwendigen Maßnahmen zum Austausch oder zur Reparatur der Laufringe vornehmen zu können. Es hat sich gezeigt, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren laufend die Verschleißtiefe in der Lauffläche eines Dichtungslaufringes unbeeinflußt von dem gegenüberliegenden Laufring ermittelt werden kann. Der Ultraschallsensor kann während der gesamten Betriebszeit völlig geschützt in einer Bohrung des Dichtungslaufringes verbleiben, da er dort keiner Verschmutzung und keinem Verschleiß ausgesetzt ist.

Es hat sich gezeigt, dass selbst bei einer axialen Verschiebung einer Verschleißspur in Grenzen noch die Tiefe der Verschleißspur ausreichend ermittelt werden kann.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten 1 und 2 beispielsweise näher erläutert.
1 zeigt den Schnitt durch einen Dichtungslaufring 1 mit zwei nebeneinander angeordneten Ultraschallsensoren 5.
2 ist ein vergrößerter Ausschnitt zu 1 mit einer detalierten Schnittdarstellung des Ultraschallsensors 5.
In den Figuren besitzt der Dichtungslaufring 1 jeweils eine induktiv gehärtete Lauffläche 2 mit einer Dicke c. Von der der Lauffläche 2 abgewandten Seite aus sind Bohrungen 8 in den Dichtungslaufring 1 eingebracht, in denen der Ultraschallsensor 5 befestigt ist. Die Kontaktfläche 9 des Ultraschallsensors 5 wird mit einer Druckfeder 7 gegen eine Anlagefläche im Dichtungslaufring 1 gepreßt, so dass zwischen der Kontaktfläche 9 und der unbeschädigten Lauffläche 2 ein fester Abstand b entsteht, der als festes Maß in eine nicht dargestellte Auswerteeinrichtung eingegeben werden kann. Um einen dauerhaften luftblasenfreien Kontakt der Kontaktfläche 9 mit der Anlagefläche zu gewährleisten, ist zusätzlich ein weiches Koppelmedium aus z. B. Silikon, Gel, Kleber oder ähnlichen Material eingebracht.
In der Lauffläche 2 sind Verschleißspuren 3 und 4 dargestellt, deren Tiefe mit dem erfindungsgemäßen Meßverfahren festgestellt werden kann. Wenn z. B. die Tiefe der Verschleißspur 3, 4 größer ist als die Dicke c der gehärteten Schicht der Lauffläche 2, kann ein Alarmsignal ausgelöst werden.
Bei Versuchen wurde beispielsweise ein Abstand b zwischen der Kontaktfläche 9 und der unbeschädigten Lauffläche 2 von 20 mm gewählt. Bei einer beschädigten Lauffläche 2 mit einer Spurtiefe der Verschleißspur 3, 4 von 3 mm wurde ein Abstand a als Meßweg von 17 mm angezeigt. Bereits bei einer Verschleißtiefe von 1,5 mm konnte an der Verschleißspur 3, 4 eine eindeutige Unterscheidung zwischen Rückwandecho und Verschleißspur erfaßt werden. Oberhalb dieser Tiefe ist ohne weiteres eine Auflösung von 0,2 mm zu erreichen.
Es hat sich gezeigt, dass handelsübliche Ultraschallprüfköpfe, insbesondere Stoßwellenprüfköpfe sich sehr gut für die erfindungsgemäßen Abstandsmessungen eignen, da sie eine hohe Dämpfung besitzen und sehr kurzzeitige Impulse erzeugen können, die eine Auflösung im zehntel Millimeterbereich ermöglichen. Die Meßköpfe bzw. Ultraschallsensoren 5 sind über eine flexible Meßleitung 6 an in den Figuren nicht dargestellte Auswerteeinrichtungen angeschlossen, die entweder für die Messung an die Meßleitung 6 ankoppelbar oder fest mit dem sich drehenden Dichtungslaufring 1 verbunden sind.

1: Dichtungslaufring
2: Lauffläche von 1 (gehärtet)
3: Verschleißspur
4: Verschleißspur
5: Ultraschallsensor
6: Meßleitung
7: Druckfeder
8: Bohrung in 1
9: Kontaktfläche von 5 an 1
a: Abstand zwischen 9 und 3, 4
b: Abstand zwischen 9 und 2
c: Dicke der gehärteten Schicht von 2

Claims

Verfahren zur Messung des Verschleißes an den Laufflächen von Dichtungslaufringen (1), insbesondere von Großwälzlagern, mit einem Ultraschallsensor (5), wobei der Ultraschallsensor (5) in einer Bohrung (8) in dem Dichtungslaufring (1) mit einem genau bestimmten Abstand (b) zur Lauffläche (2) angeordnet ist und mit dem Ultraschallsensor (5) durch das dazwischenliegende Material des Dichtungslaufringes (1) hindurch der Abstand (a) zwischen der Kontaktfläche (9) des Ultraschallsensors (5) und ein oder mehreren in der Lauffläche (2) angeordneten Verschleißspuren (3, 4) gemessen und die Differenz zwischen dem bekannten Abstand (b) und dem Abstand (a) erfaßt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche (9) des Ultraschallsensors (5) mit einer Druckfeder (7) gegen eine Anlagefläche in dem Dichtungslaufring (1) gepresst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erreichen oder Überschreiten eines bestimmten Differenzbetrages zwischen den Abständen (a) und (b) ein Signal ausgegeben wird.
Verschleißmeßvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den vorhergehenden Ansprüchen bestehend aus einem in eine Bohrung (8) des Dichtlaufringes (1) eingebrachten, senkrecht oder im wesentlichen senkrecht zur Lauffläche (2) angeordneten Ultraschallsensor (5), der dauerhaft in einem festen Abstand (b) zur Lauffläche (2) angeordnet ist und zur Bestimmung des Abstand (a) zu ein oder mehreren Verschleißspuren (3, 4) in der Lauffläche (2) dient und mit Einrichtungen zur Feststellung und Auswertung der gemessenen Differenz zwischen den Abständen (a) und (b) verbunden ist, wobei die Kontaktfläche (9) des Ultraschallsensors (5) mit einer Druckfeder (7) gegen eine Anlagefläche in dem Dichtungslaufring (1) gepresst wird.
Verschleißmeßvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Kontaktfläche (9) und Anlagefläche im Dichtungslaufring (1) zur Gewährleistung eines blasenfreien Kontaktes ein weiches Koppelmedium aus Silikon, Gel, Kleber oder ähnlichem Material eingebracht ist.