DE102005056983A1

DE102005056983A1 - Verfahren zur Verlängerung der Nutzungsdauer eines Gelenklagers sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE102005056983A1
Application number: DE102005056983A
Authority: DE
Inventors: Arndt Dr. Schweigert; Sergej Dr. Schwarz; Uwe Dr. Stephan
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2005-11-30
Filing date: 2005-11-30
Publication date: 2007-05-31

Abstract

Zur Verlängerung der Nutzungsdauer eines Gelenklagers, das unter großen einseitigen Lasten Schwenk- und Kippbewegungen mit kleinen Amplituden ausführt, ist vorgesehen, dass die örtlich begrenzte Verschleißzone beim eingebauten Lager mittels Sensoranordnungen unabhängig von dessen Einbaulage ermittelt, dann das Lager ausgebaut und derart gedreht wieder eingebaut wird, dass in der Lastzone ein nicht verschlissener Bereich des Lagers angeordnet ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verlängerung der Nutzungsdauer eines Gelenklagers, das unter großen einseitigen Lasten Schwenk- und Kippbewegungen mit kleinen Amplituden ausführt, wobei das Gelenklager eine Außenringanordnung mit einem Gleitbelag und eine Innenringanordnung aufweist, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei derartigen Gelenklagern ist die vom Verschleiß betroffene Zone des Gleitbelags häufig örtlich mit der Folge sehr begrenzt, dass nur ein Abschnitt des Gleitbelags, der im Lastbereich liegt, einem Verschleiß unterliegt, während der restliche Gleitbelag, der sich über den Innenumfang der Außenringanordnung erstreckt, für Lagerzwecke durchaus noch geeignet ist. Üblicherweise wird bisher gleichwohl das gesamte Lager ausgetauscht, was mit einem hohen Aufwand an Zeit und Kosten verbunden ist.

Zur Messung des Verschleißes des Oberfläche eines Maschinenteils ist es bereits aus der DE 43 12 354 C1 bekannt, einen Sensor in das Maschinenteil derart einzusetzen, dass er mit der einem Verschleiß ausgesetzten Oberfläche des Maschinenteils fluchtet. Der Sensor ist mit einem Stift gebil det, der gestufte Leiter aufweist, die mit zunehmendem Verschleiß unterbrochen werden und damit eine entsprechende Erhöhung des Gesamtwiderstandes einer Reihenschaltung von Widerständen zur Folge hat. Eine ähnliche Einrichtung zur Überwachung des Verschleißes von Lagern, beispielsweise von Kunststofflagern schwerer Walzenstraßen ist aus der DE-OS 21 15 506 bekannt und in Form eines Stiftes ausgebildet, in dem ein oder mehrere gestufte, das Lager von außen nach innen durchdringende Kontaktgeber zur Abgabe eines optischen und/oder akustischen Signals vorgesehen sind. Diese vorgenannten Überwachungseinrichtungen basieren auf dem Prinzip, dass durch den direkten Kontakt eines Lagerelements auch Verschleiß an ihnen ausgeübt wird, wodurch sie nur einmal verwendet werden können.

Aus der DE 10 17 572 A1 ist es weiterhin bekannt, bei einem Wälzlager in mindestens einer der Wälzlagerkomponenten funkabfragbare Erfassungseinheiten mit einem geeigneten Sensor vorzusehen, um Längenänderungen und/oder Temperaturänderungen im Material des Wälzlagers zu erfassen und zu übermitteln. Hierzu sind Sensoren in umlaufenden Nuten am Außenring oder am Innenring angeordnet. Dabei geht es um die Erfassung von Wälzlagerkenngrößen wie Drehzahl, Drehrichtung, Kräfte und Lastverteilung, Schwingungen und Temperatur, nicht jedoch der Erfassung des Verschleißes eines örtlich begrenzten Verschleißzustandes eines Gleitbelags.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung anzugeben, mit dem bzw. der derartige Gelenklager hinsichtlich ihrer Nutzungsdauer optimiert werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe verfahrensseitig durch die in dem Patentanspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Vorrichtungsseitig sind zur Lösung dieser Aufgabe die im Anspruch 2 angeführten Merkmale gelöst, wobei vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Vorrichtung in den dem Anspruch 2 nachgeordneten Patentansprüchen angegeben sind.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Verfahrens kann vorteilhaft der Verschleiß des Gleitbelags unabhängig von der Einbaulage des Lagers mit Hilfe von Sensoren überwacht werden, die entlang des gesamten Umfangs der Außenringanordnung vorgesehen sind und jeweils den Abstand zwischen dem Außenring und dem Innenring ermitteln. Dabei sind vorteilhaft außer der Verschleißmessung auch andere Betriebsparameter erfassbar, beispielsweise eine Messung der im jeweiligen Sensorpunkt wirkenden Last, der Temperatur, der Reibung und der Anlagendynamik insgesamt.

Die Erfindung macht sich bei dem gattungsgemäßen Gelenklager die Erkenntnis zunutze, dass der Verschleiß wegen der kleinen Amplituden der Schwenk- und Kippbewegung nur in einem örtlich stark begrenzten Lastbereich auftritt, während außerhalb des örtlich stark begrenzten Lastbereichs die tribologische Schicht bzw. der Gleitbelag kaum oder gar nicht verschleißt. Durch exakte Erfassung des Verschleißbereichs ist es aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens vorteilhaft möglich, sukzessiv angrenzende Abschnitte des Gleitbelags für die Lagerung einzusetzen, die noch nicht eine definierte Verschleißgrenze erreicht haben. Wenn das Lager mehrmals relativ zu dem Lastbereich dementsprechend gedreht werden kann, lässt sich vorteilhaft die Nutzungsdauer des Lagers wesentlich erhöhen.

Vorteilhaft ist bei dem erfinderischen Konzept weiterhin, dass nach dem Ende der maximal möglichen Nutzungsdauer die Möglichkeit besteht, das Lager mit der gesamten Messsensorik erneut nach neuer Auskleidung mit einem frischen Gleitbelag einzusetzen. Hierdurch ergeben sich auch vorteilhaft niedrige Fertigungskosten.

Durch die Verschleißermittlung wird vorteilhaft auch eine ständige Überwa chung des Verschleißfortschritts ermöglicht, was günstigerweise eine rechtzeitige Planung von Wartungs- und Stillstandszeiten und damit eine optimierte Prozessplanung fördert. In diesem Zusammenhang ist auch als Vorteil anzusehen, dass die hohen Kosten von Folgeschäden in Zusammenhang mit einem Lagerausfall bzw. -fraß vermieden werden können. Auch eine Ausfallursache bei einem Maschinenausfall lässt sich schneller und eindeutiger orten, was auch vorteilhaft im Fall einer Produkthaftung ist.

Zusätzlich zur Verschleißmessung können in günstiger Weise auch andere Parameter, wie Temperaturen, Lasten, Lastverteilung, Reibung, Anlagendynamik usw. im Hinblick auf die Erzielung großer Informationsgewinne für die Anwendung gemessen werden. Dies bedeutet, dass das Erfassen derartiger Parameter mit anderen Messeinrichtungen und Methoden eingespart werden kann und die Möglichkeit eröffnet ist, die Prozessüberwachung ebenfalls über die Sensorik im Lager zu gestalten.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist vorteilhaft über den Innenumfang der Außenringanordnung gleichmäßig verteilte Sensoranordnungen auf, durch die über den Umfang des Gleitbelags Verschleißzustände messbar sind, wobei die Sensoranordnungen mit einer Auswertelektronik als Schnittstelle verbunden sind, die sich ebenfalls in der Außenringanordnung befindet.

Die Sensoranordnungen sind vorteilhaft jeweils zur Messung des Abstandes zwischen der Außenringanordnung und der Innenringanordnung entlang des gesamten Umfangs des Außenrings vorgesehen, wobei bevorzugt Sensoren jeweils in zugeordneten Bohrungen integriert sind, welche gleichmäßig verteilt radial zur Mittelachse der Außenringanordnungen orientiert sind.

Nach einer bevorzugten weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Vorrichtung Sensoren auf, durch die zusätzlich zur Verschleißmessung eine Messung von auf den Umfang des Außenrings bezogenen Betriebsparametern, wie Temperatur, Reibung, Last und Lastverteilung, vorgesehen ist.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines neuen Gleitbelags in einem Großgelenklager in einem Ausgangszustand;
2 eine schematische Darstellung des Gleitbelags gemäß 1 in einem fortgeschrittenen Verschleißzustand;
3 den in 2 gezeigten Gleitbelag nach Drehung des Lagers; und
4 eine teilgeschnittene Seitenansicht eines Gelenklagers mit drei Verschleißsensoren.
In den 1 bis 3 ist schematisiert das erfindungsgemäße Verfahren zur Verlängerung der Nutzungsdauer eines Gelenklagers dargestellt. Dabei zeigen die 1 bis 3 schematisch einen Gleitbelag 10, der in einem Gelenklager 11, wie in 4 gezeigt, an dem Innenumfang einer Außenringanordnung 12 aufgebracht ist. Zu dem Gelenklager 11 gehört weiterhin eine Innenringanordnung 13. Die Außenringanordnung 12 ist mittig geteilt, und die wechselseitigen Anlageflächen zwischen der Innenringanordnung 13 und den mit dem Gleitbelag 10 ausgekleideten Außenringanordnungen 12 kann, wie dargestellt, auf sphärischen Flächen liegen oder auch beispielsweise radial oder schräg verlaufen.
In den Teilschnitten von 4 sind drei Sensoranordnungen 14, 15 und 16 gezeigt, die radial gleichmäßig an der Außenringanordnung 12 in zugeordneten passenden Bohrungen 17–19 angeordnet sind. Der Winkel α zwischen benachbarten Sensoranordnungen 14 und 15, 15 und 16, 16 und 14 beträgt jeweils 120°. Die Sensoranordnungen 14, 15 und 16 bestehen jeweils in nicht dargestellter Weise aus zwei miteinander verbundenen Sen soren, wobei ein Sensor in einer Außenringhälfte vorgesehen ist. Die Sensoranordnungen 14 bis 16 sind untereinander über eine axial umlaufende Ringnut verbunden, in der auch die nicht dargestellte Auswertelektronik untergebracht ist.
In den 1 bis 3 wird bezogen auf die Darstellung des Gleitbelags 10 das erfindungsgemäße Verfahren erläutert. In dem in 1 dargestellten Ausgangszustand des Gleitbelags 10 ist dieser noch vollkommen neu und befindet sich unter Belastung einer äußeren Kraft 21 zwischen dem nicht dargestellten Außenring 12 und dem nicht dargestellten Innenring 13. Durch die Kraft 21 wird auf den Gleitbelag 10 eine Last in einem in 1 dargestellten unteren Bereich ausgeübt, der in 1 als Lastzone 20 bezeichnet ist.
In 2 ist schematisch und übertrieben der Zustand des Gleitbelags 10 in einem fortgeschrittenen Verschleißstadium bei 22 angedeutet. Der Verschleiß ist aufgrund der unter großen einseitigen Lasten ausgeführten Schwenk- und Kippbewegungen mit kleiner Amplitude auf die Lastzone 20 begrenzt und würde bisher dazu führen, dass das gesamte Lager wegen Erreichens der Verschleißgrenze ausgetauscht werden müsste. Ermittelt wird dieser Zustand im fortgeschrittenen Verschleißstadium bei 22 unabhängig von der Einbaulage des Lagers 11 mit Hilfe der in 4 beschriebenen Sensoranordnungen.
Wenn der Zustand gemäß 2 erreicht ist, wird das Lager ausgebaut und gedreht wieder so eingebaut, dass ein unverschlissener Abschnitt des Gleitbelags 10 in der Lastzone 20 angeordnet ist. Auf diese Weise lässt sich die Nutzungsdauer des Gelenklagers 11, abhängig von der jeweiligen Größe der Lastzone und des vorherigen örtlich begrenzten Verschleißes 22, vorteilhaft um ein Vielfaches verlängern. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel könnte das Gelenklager vorteilhaft das Vierfache der üblichen Nutzungsdauer erreichen.

10: Gleitbelag
11: Gelenklager
12: Außenring
13: Innenring
14: Sensoranordnung
15: Sensoranordnung
16: Sensoranordnung
17: Bohrung
18: Bohrung
19: Bohrung
20: Lastzone
21: äußere Kraft
22: Verschleiß
α: Winkel

Claims

Verfahren zur Verlängerung der Nutzungsdauer eines Gelenklagers, das unter großen einseitigen Lasten Schwenk- und Kippbewegungen mit kleinen Amplituden ausführt, wobei das Gelenklager eine Außenringanordnung mit einem Gleitbelag und eine Innenringanordnung aufweist, bestehend aus folgenden Verfahrensschritten: a) Ermitteln von Verscheißzuständen über den Umfang des Gleitbelags am eingebauten Lager unabhängig von dessen Einbaulage; b) Ausbauen des Lagers; c) Drehen des ausgebauten Lagers, bis sich im vorgesehenen Last bereich ein Abschnitt des Gleitbelags befindet, der über einer definierten Verschleißgrenze liegt; und d) Wiedereinbau des Lagers in dem derart gedrehten Zustand.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass über den Innenumfang der Außenringanordnung (12) Sensoranordnungen (14, 15, 16) gleichmäßig verteilt sind, durch die über den Umfang des Gleitbelages (10) Verschleißzustände messbar sind, und dass die Sensoranordnungen (14, 15, 16) mit einer Auswertelektronik als Schnittstelle verbunden sind, welche sich eben falls in der Außenringanordnung (12) befindet.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren jeweils für die Messung des Abstandes zwischen der Außenringanordnung (12) und der Innenringanordnung (13) entlang des gesamten Umfangs der Außenringanordnung (12) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnungen (14, 15, 16) jeweils in zugeordneten Bohrungen (17, 18, 19) integriert sind, welche radial zur Mittelachse der Außenringanordnung (12) orientiert sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch Sensoranordnungen zusätzlich zur Verschleißmessung auch eine Messung von auf dem Umfang der Außenringanordnung (12) bezogenen Betriebsparametern, wie Temperatur, Reibung, Last und Lastverteilung, vorgesehen ist.