DE102007020940B3

DE102007020940B3 - Vorrichtung zum Erkennen und Überwachen von Schäden bei Wälzlagern

Info

Publication number: DE102007020940B3
Application number: DE102007020940A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Werther; Jörg Dr. Rollmann
Original assignee: Rothe Erde GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp Rothe Erde Germany GmbH
Priority date: 2007-05-04
Filing date: 2007-05-04
Publication date: 2008-12-11
Anticipated expiration: 2027-05-05

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum Erkennen und Überwachen von Schäden an Laufbahnen oder angrenzenden Bereichen von Lagerringen (1, 2) bei Wälzlagern beschrieben. Die Vorrichtung enthält eine in einem Wälzkörperraum (3) angeordnete, elektrische Messeinrichtung (9) mit einem zur Abgabe von Messsignalen bestimmten Sensor (10) und einem Mittel zur Lieferung von Messdaten nach außen, eine ebenfalls im Wälzkörperraum (3) angeordnete Energiequelle (15) zur Lieferung der von der Messeinrichtung (9) benötigten elektrischen Energie und außerhalb des Wälzkörperraums (3) angeordnete Übertragungsmittel zur Übertragung von elektrischer Energie von außen her auf die Energiequelle (15). Erfindungsgemäß weist die Energiequelle (15) wenigstens eine nur über einen Teil des Lagerumfangs erstreckte Kontaktschiene (20) und einen mit dieser verbundenen, zur Speicherung von elektrischer Energie bestimmten Energiespeicher (21) auf, während das Übertragungsmittel einen der Kontaktschiene (20) zugeordneten Schleifkontakt (22) enthält (Fig. 1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erkennen und Überwachen von Schäden bei Wälzlagern nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Für verschiedene Einsatzfälle, insbesondere bei Großwälzlagern zum Einsatz im Offshore-Bereich, bei Kranen oder Bojen, ist es sinnvoll, Prüfvorrichtungen vorzusehen, die zerstörungsfrei und ohne Zerlegung des Lagers in der Lage sind, Fehler und Risse an der Laufbahn bzw. an angrenzenden Bereichen der Lagerringe festzustellen. Bei bekannten Vorrichtungen der eingangs bezeichneten Gattung ( EP 0 529 354 B1 ) erfolgt die Erkennung und Überwachung von Schäden an den Laufbahnen od. dgl. mit Hilfe von Messeinrichtungen, die im Wälzkörperraum angeordnet sind und Sensoren aufweisen, denen die Betriebsenergie berührungslos von außen her mit induktiven Mitteln zugeführt wird. Zu diesem Zweck ist im Wälzkörperraum eine erste Spule angeordnet, die der Versorgung der Messeinrichtung mit elektrischer Energie dient, während in einem der Lagerringe eine Induktionsspule vorgesehen ist, die sich in einer zum Wälzkörperraum hin offenen Umfangsnut dieses Lagerrings befindet und über den gesamten Lagerumfang erstreckt. Dadurch wird erreicht, dass unabhängig von der momentanen Stellung der Lagerringe eine gleichmäßige Energieübertragung möglich ist.
Als aufwendig und teuer wird bei derartigen Vorrichtungen allerdings empfunden, dass die zur Aufnahme der Induktionsspule bestimmte Umfangsnut in der meistens gehärteten, dem Wälzkörperraum zugewandten Fläche des betreffenden Lagerrings ausgebildet werden muss. Handelt es sich um Lager, die bei der Messung keine zwei kompletten Umdrehungen in der einen oder anderen Richtung zulassen, aber dennoch eine Überwachung der kompletten Lagerringe erfordern, dann müssen mehrere Messeinrichtungen vorgesehen werden. Damit sich dadurch bei der Datenübertragung keine gegenseitigen Störungen ergeben, ist es zweckmäßig, eine der Zahl der Messeinrichtungen entsprechende Anzahl von Induktionsspulen und entsprechend viele Umfangsnuten vorzusehen, was den Aufwand und die Kosten vervielfacht. Abgesehen davon können aus Platzmangel meistens nur höchstens zwei Induktionsspulen untergebracht werden, wodurch sich Beschränkungen hinsichtlich der Messmöglichkeiten ergeben.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung der eingangs bezeichneten Gattung so auszubilden, dass sie weniger aufwendig herstellbar und damit kostengünstiger ist und keine Umfangsnuten erfordert.
Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale des Anspruchs 1.
Die Unteransprüche enthalten sinnvolle Ausführungsformen dazu.
Erfindungsgemäß wird die bekannte induktive Übertragung von Energie zur Messeinrichtung durch ein System von Kontaktschienen und Schleifkontakten ersetzt. Eine die Schleifkontakte aufnehmende Hülse braucht sich nur über einen sehr kleinen Teil des Lagerumfangs erstrecken. Die gehärtete, dem Wälzkörperraum zugewandte Fläche braucht daher nur im Bereich dieser Hülse unterbrochen werden. Auch die Messdaten können bei Bedarf mit Hilfe der Kontaktschienen und Schleifkontakte nach außen übertragen werden. Schließlich brauchen sich auch die Kontaktschienen nur über einen kleinen Teil des Lagerumfangs erstrecken, da die Messeinrichtung zumindest über einen Energiespeicher und vorzugsweise auch über einen Datenspeicher verfügt. Die gewünschten Messungen können daher auch während Zeitspannen durchgeführt werden, in denen die Schleifkontakte nicht mit den Kontaktschienen in Berührung sind. Da die zusätzlich zu der bisherigen Vorrichtung benötigten Bauteile kostenmäßig nur wenig ins Gewicht fallen, ergibt sich insgesamt eine kostengünstige, flexibel anwendbare Überwachungsvorrichtung.
Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:
1 einen schematischen Radialschnitt durch ein Wälzlager mit Teilen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
2 schematisch den Aufbau einer Messeinrichtung der Vorrichtung nach 1;
3 eine Seitenansicht eines mit Kontaktschienen der erfindungsgemäßen Vorrichtung versehenen Käfigs;
4 schematisch ein Ausführungsbeispiel für einen elektrischen Schaltkreis der Energieversorgungseinrichtung der erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung und
5 einen schematischen Querschnitt durch das Wälzlager nach 1 und ein mehrere Messeinrichtungen aufweisendes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Das in 1 schematisch dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt ein Großwälzlager, das einen drehbaren Lagerring 1 und einen stationären Lagerring 2 aufweist, zwischen denen Wälzkörperräume 3 vorgesehen sind. Diese werden von Laufbahnen 4, 5 für nicht dargestellte Wälzkörper begrenzt, die hier z. B. als Zylinderrollen ausgebildet sind. Zur Führung und Separierung der Wälzkörper sind in den Wälzkörperräumen 3 außerdem Käfige 6 vorgesehen, die zwischen die Wälzkörper greifende Stege 7 aufweisen. Die Laufbahnen 4 und 5 und an diese angrenzende Bereiche, insbesondere Übergänge zwischen den Laufflächen 4, 5 und den Lagerringen, sind in der Regel mit einer Härteschicht versehen.
Zur Überwachung der Laufbahnen 4, 5 und der angrenzenden Bereiche und zur Erkennung von in diesen sich bildenden Ausbrüchen und Rissen 8 (2) ist in wenigstens einem der Wälzkörperräume 3, insbesondere in einem Steg 7 eines der Käfige 6, eine elektrische Messeinrichtung 9 untergebracht. Diese enthält wenigstens einen Sensor 10, der im Ausführungsbeispiel als Hochfrequenzspule ausgebildet ist, die gemäß 2 einer der Laufbahnen 4, 5 oder einem angrenzenden Bereich unter Bildung eines Luftspalts dicht gegenüber steht und ein hochfrequentes elektromagnetisches Wechselfeld 11 erzeugt, das in den aus Stahl bestehenden Laufbahnen 4, 5 und Übergängen Wirbelströme zur Folge hat. Die dadurch bewirkte magnetische Kopplung hat eine von der Änderung des Luftspalts abhängige Dämpfung eines den Sensor 10 enthaltenden Schwingkreises der Messeinrichtung 9 zur Folge. Die daraus resultierende Amplitudenänderung bestimmt die Größe von Messsignalen.
Die Aufbereitung dieser Messsignale erfolgt in einer mit dem Sensor 10 verbundenen, elektrischen Schaltungsanordnung der Messeinrichtung 9, deren Komponenten je nach den aktuellen Platzverhältnissen in demselben oder einem benachbarten Steg 7 des betreffenden Käfigs 6 untergebracht sind. Schließlich weist die Messeinrichtung 9 ein hier als Sendeantenne 12 ausgebildetes Mittel zur Übertragung der Messsignale nach außen auf, wo die Messsignale z. B. mittels einer im Lagerring 2 untergebrachten Empfangsantenne 14 aufgenommen und der weiteren Verarbeitung und Auswertung zugeführt werden.
Die Betriebsenergie für die Sensoren 10 und die elektrischen bzw. elektronischen Komponenten der Messeinrichtung 9 wird bei bekannten Vorrichtungen von einer Energiequelle 15 bereitgestellt, die eine erste, am betreffenden Käfig 6 montierte Spule 16 und einen an diese angeschlossenen Gleichrichter 17 enthält. Die erste Spule 16 ist induktiv mit einem Übertragungsmittel in Form einer zweiten Spule 18 gekoppelt, die außerhalb des betreffenden Wälzkörperraums 3 angeordnet ist und dazu dient, die von der Messeinrichtung 9 benötigte elektrische Energie von außen her induktiv auf die erste Spule 17 zu übertragen.
Vorrichtungen der beschriebenen Art sind u. a. aus der Schrift EP 0 529 354 B1 bekannt, die zur Vermeidung von Wiederholungen hiermit durch Referenz auf sie zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung gemacht wird.
Erfindungsgemäß ist statt der induktiven Energieübertragung eine mit Schleifkontakten erfolgende Energieübertragung vorgesehen. Zu diesem Zweck weist die Energiequelle 15 nach 1 und 3 wenigstens eine, vorzugsweise nur über einen kleinen Teil des Lagerumfangs erstreckte, z. B. aus Messing hergestellte Kontaktschiene bzw. Schleifbahn 20 und wenigstens einen mit dieser verbundenen, zur Speicherung von elektrischer Energie bestimmten Energiespeicher 21 auf. Vorzugsweise sind wenigstens zwei, im Wesentlichen identisch ausgebildete Kontaktschienen 20 vorhanden. Der Energiespeicher 21 enthält z. B. wenigstens einen hochkapazitiven Kondensator oder Akkumulator. Als Kondensatoren für diesen Zweck kommen z. B. solche in Frage, die unter den Bezeichnungen "Gold Cap" oder "Super Cap" im Handel sind und je nach Größe und Spannung über Kapazitäten von z. B. 1 F bis zu einigen 100 F verfügen. Nur beispielhaft sei in diesem Zusammenhang erwähnt, dass die Energiequelle 15 mit einem Kondensator von 11 F bei einem erlaubten Spannungsabfall von 0,8 V ca. 14 Minuten lang einen Strom von 10 mA an die Messeinrichtung 9 (2) liefern kann.
Zur Übertragung von elektrischer Energie von außen her auf die Energiequelle 15 sind erfindungsgemäß Übertragungsmittel in Form von Schleifkontakten 22 vorgesehen, die z. B. als Schleifbürsten, Stifte od. dgl. ausgebildet und aus einem Material hergestellt sind, das eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit besitzt. Während die Kontakt schienen 20 an einer dem Lagerring 2 zugewandten Außenseite des Käfigs 6 angeordnet sind und sich in Umfangsrichtung des Lagers erstrecken, sind die Schleifkontakte 22 senkrecht zu den Kontaktschienen 20 bzw. radial zur Drehachse des Lagers im stationären Lagerring 2 angeordnet. Im Ausführungsbeispiel sind die Schleifkontakte 22 im einem Ende einer Hülse 23 (1) angeordnet und in dieser mit einer Halterung aus Isoliermaterial festgelegt. Am entgegengesetzten Ende weist die Hülse 23 eine als Anschlag wirkende Flanschplatte 24 auf, die mit Schraublöchern 25 versehen ist, um sie an der Innenseite des Lagerrings 2 befestigen zu können. Ferner ist in dem die Schleifkontakte 22 tragenden Ende der Hülse 23 vorzugsweise ein Detektor 26 montiert, der z. B. aus einem Halldetektor besteht, dessen Elektroden mit einer ebenfalls in der Hülse 23 angeordneten Schaltungsanordnung 27 verbunden sind. Schließlich ist die Flanschplatte 24 von einem stecker- und/oder dosenförmigen Kontaktsystem 28 durchragt, dessen Kontakte mit den Schleifkontakten 22, der Schaltungsanordnung 27 und ggf. den Detektor 26 verbunden sind. Im übrigen kann die Hülse 23 mit einer nicht dargestellten Vergussmasse gefüllt sein.
Wie 1 und 3 weiter zeigen, sind die Kontaktschienen 20 in je einer dem Lagerring 2 zugewandten Umfangsnut des Käfigs 6 angeordnet und vorzugsweise mittels einer Isoliermasse 29 in diese eingebettet, insbesondere wenn der Käfig 6 aus einem leitenden Material, z. B. einem Metall, besteht. Außerdem zeigt 3, in der die Bewegungsrichtung des Käfigs 6 beim Betrieb des Lagers durch Pfeile v angedeutet ist, dass der Käfig 6 in Drehrichtung (Pfeile v) vor und hinter den Kontaktschienen 20 weitere, vergleichsweise kurze Kontaktschienen 30a, 30b aufweist, die gegenüber den Kontaktbahnen 20 durch Isolationsstellen 31 elektrisch isoliert sind und daher nicht mit dem Energiespeicher 21 in elektrisch leitendem Kontakt stehen. Schließlich ist gemäß 3 in Drehrichtung vor den Kontaktschienen 30a und hinter den Kontaktschienen 30b je ein Permanentmagnet 32a, 32b angeordnet, der zweckmäßig ebenfalls in die Isoliermasse 29 eingebettet ist.
Wie sich sich aus 1 ergibt, ist die Anordnung so getroffen, dass die beiden Schleifkontakte 22 in Ebenen liegen, in denen sich die Kontaktschienen 20 bewegen, wenn der Lagerring 1 gedreht wird. Dagegen liegt der Detektor 26 in einer Ebene, längs welcher sich bei der Drehung des Lagerrings 1 die Permanentmagnete 32a, 32b (3) bewegen. Beim Betrieb der Vorrichtung gibt daher der Detektor 26 immer dann ein Signal ab, wenn er von einem der Permanentmagneten 32a, 32b passiert wird. Entsprechend stehen die Schleifkontakte 22 immer dann mit den Kontaktschienen 20 in elektrisch leitender Verbindung, wenn sich die Kontaktschienen 20 an der Hülse 23 vorbeibewegen.
4 zeigt schematisch die elektrischen Verbindungen der gesamten Vorrichtung. Danach ist die Energiequelle 15 einerseits an die Messeinrichtung 9 angeschlossen, andererseits mit den Kontaktschienen 20 verbunden. Dagegen sind die Schleifkontakte 22 und der Detektor 26 in der beschriebenen Weise an das Kontaktsystem 28 angeschlossen. Außerdem ist ersichtlich, dass die Sendeantenne 12 an einer den Kontaktschienen 20 nahen Stelle liegt, während die Empfangsantenne 14 zweckmäßig in der Hülse 23 untergebracht ist. Es versteht sich, dass die Anordnung außerdem zweckmäßig derart ist, dass die Schleifkontakte 22, wenn die Hülse 23 nach ihrer Einführung in die Bohrung des Lagerings 2 mit ihrer Flanschplatte 24 an diesem anliegt, automatisch die für die vorgesehene Energieübertragung richtige Position einnehmen.
Wie sich insbesondere aus 4 ergibt, ist es im Falle einer Überprüfung des Lagers auf die genannten Fehler lediglich erforderlich, ein Prüfgerät 33 an das Kontaktsystem 28 anzuschließen, das z. B. ein zum Anschluss an die Schleifkontakte 22 und die Schaltungsanordnung 27 bestimmtes Netzteil 34 und eine an die Empfangsantenne 14 anzuschließende Datenverarbeitungsanlage 35 enthält, die auch ein PC oder Laptop sein kann. Mit dem Prüfgerät 33 wird dann einerseits den Schleifkontakten 22 der im Einzelfall erforderliche elektrische Strom zugeführt, um mit Hilfe der Kontaktschienen 20 immer dann, wenn diese an der Hülse 23 vorbeilaufen, den Energiespeicher 21 aufzuladen. Dadurch wird sichergestellt, daß der Messeinrichtung 9 auch dann der erforderliche Strom zugeführt wird, wenn sich die Kontaktbahnen 20 und Schleifkon takte 22 nicht einander gegenüber stehen. Andererseits können mittels der Datenverarbeitunganlage 35 die von der Sendeantenne 12 an die Empfangsantenne 14 gesendeten Messdaten aufgenommen und je nach Bedarf direkt ausgewertet oder zwecks späterer Auswertung in einem Datenspeicher der Datenverarbeitungsanlage 35 geladen werden. Nach Beendigung der Überprüfung des Lagers wird das Prüfgerät 33 wieder vom Kontaktsystem 28 getrennt. Denkbar wäre natürlich auch, das Prüfgerät 33 stationär am Lager zu belassen und mit einer Anschlussdose für das Anschlusskabel einer Spannungsquelle od. dgl. zu versehen.
Ein besonderer Vorteil der Anwendung der Kontaktschienen 20 und Schleifkontakte 22 besteht darin, dass die Energieübertragung zum Energiespeicher 21 im Gegensatz zur induktiven Energieübertragung mit Gleich- oder Wechselstrom erfolgen kann. Wird Wechselstrom verwendet, muss allerdings zwischen den Kontaktschienen 20 und dem Energiespeicher 21 zusätzlich ein Gleichrichter 36 (1 und 4) und bei Bedarf ein diesem zugeordneter Glättungskondensator 37 geschaltet werden.
Die anhand der 1 und 3 beschriebene Überprüfung des Lagers erfolgt zweckmäßig manuell. Hierzu braucht lediglich das Prüfgerät 33 an das Kontaktsystem 28 angeschlossen werden. Um während der üblichen Nutzung des Lagers einen frühzeitigen Verschleiß der Schleifkontakte 22 zu vermeiden, ist es zweckmäßig, die Hülse 23 während des normalen Betriebs in einer etwas zurückgezogenen Stellung anzuordnen oder ganz aus der Bohrung des Lagerrings 2 herauszuziehen. In diesem Fall könnte die Bohrung mit einem Deckel verschlossen werden, um das Eindringen von Verunreinigungen oder Nasse in die Bohrung zu verhindern.
Die Permanentmagnete 32a, 32b dienen in Verbindung mit dem Detektor 26 dem Zweck, immer dann ein elektrisches Signal zu erzeugen, wenn einer der Permanentmagnete 32a, 32b den Detektor 26 passiert. Wird daher die aus den Kontaktschienen 20, 30a, 30b bestehende Einheit in Richtung der Pfeile v an der Hülse 23 vorbei bewegt, dann signalisiert zunächst der Permanentmagnet 32a, dass der Beginn der Einheit erreicht ist. Daraufhin wird die Hülse 23 manuell in eine Position gebracht, in der die Schleifkontakte 22 auf der ersten Kontaktbahn 30a aufliegen. Dadurch ist die erfindungsgemäße Vorrichtung vorbereitet, so dass das Netzteil 34 (4) eingeschaltet und beim Auflaufen der Schleifkontakte 22 auf die Kontaktschienen 20 mit der Energieübertragung begonnen werden kann. Sollte die zur vollen Ladung des Energiespeichers beim Drehen des Lagers zu kurz sein, kann der Lagerring 1 auch kurzzeitig aufgehalten werden. Nach dem Passieren der Kontaktschiene 20 kommt die weitere Kontaktschiene 30b mit den Schleifkontakten 22 in Berührung. Dadurch wird die Energieübertragung automatisch unterbrochen. Passiert nun auch der Permanentmagnet 32b die Hülse 23 und damit den Detektor 26, dann signalisiert dieser über die Schaltungsanordnung 27, dass der Übertragungsvorgang beendet ist und die Schleif kontakte 22 wieder zurückgezogen werden können. Bei Bedarf können die vom Detektor 26 beim Vorbeigang eines Permanentmagneten 32a, 32b erzeugten Signale auch zur Erzeugung einer optischen oder akustischen Anzeige benutzt werden.
Schließlich ermöglicht die beschriebene Vorrichtung auch die Anwendung eines automatisch steuerbaren Betätigungsmechanismus zum Aufsetzen der Schleifkontakte 22 auf die Kontaktschienen 20, 30a, 30b bzw. zum Abheben der Schleifkontakte 22 von auf die Kontaktschienen 20, 30a, 30b bzw. zum Abheben der Schleifkontakte 22 von den Kontaktschienen 20, 30a, 30b. Ein derartiger Betätigungsmechanismus könnte z. B. einen in der Hülse 23 befestigten Halter 38 (1) aufweisen, in welchem die Schleifkontakte 22 verschiebbar gelagert und mittels je einer Feder 39 in Richtung des Kontaktsystems 28, d. h. in eine Außerbetriebstellung vorgespannt sind. Dadurch sind die Schleifkontakte 22 normalerweise mit Abstand vom Käfig 6 und den in diesen angeordneten Kontaktschienen 20, 30a, 30b angeordnet. Außerdem könnte der Betätigungsmechanismus für jeden Schleifkontakt 22 je einen steuerbaren, nicht gezeigten Hubmagneten aufweisen, der beim Einschalten eines Steuerstroms die Schleifkontakte 22 gegen den Druck der Feder 39 an die Kontaktschienen 20, 30a, 30b anlegt. Die Hubmagnete werden in diesem Fall eingeschaltet, sobald der Permanentmagnet 32a das Erreichen der Kontaktschiene 30a anzeigt und wieder in ihren entregten Zustand gebracht, wenn der Permanentmagnet 32b anzeigt, dass die Schleifkontakte 22 die Kontaktbahn 30b verlassen haben. Ein Vorteil dieser Steuerung besteht darin, dass das Absetzen und Abheben der Schleifkontakte 22 automatisch und nur dann erfolgt, wenn keine Energie auf die Kontaktschiene 20 übertragen wird.
Die Übertragung der Messdaten von der Sendeantenne 12 auf die Empfangsantenne 14 ist, wenn nicht eine Datenübertragung per Funk erfolgt, in der Regel ebenfalls nur möglich, wenn sich die beiden Antennen 12, 14 gegenüber stehen. Daher ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, die Messeinrichtung 9 (2) mit einem zusätzlichen Datenspeicher zu versehen, in dem die bei einer vollen (oder teilweisen) Umdrehung des Lagers ermittelten Messdaten zwischengespeichert werden. Immer dann, wenn die beiden Antennen 12, 14 aufeinander ausgerichtet sind, wird dann eine Übertragung der Messdaten an die Empfangsantenne 14 durchgeführt. Der Datenspeicher besteht aus einem Speicherchip, der auf einen Prozessor angepasst ist, der den internen Ablauf steuert und die Kommunikation aufbaut.
Anstatt einer Datenübertragung mittels Antennen kann auch vorgesehen werden, die Daten mittels der Kontaktschienen 20 und Schleifkontakte 22 zu übertragen. Die Datenübertragung kann zeitgleich mit der Energieübertragung oder auch mit zeitlichem Versatz zu dieser erfolgen. Bei gleichzeitiger Übertragung werden z. B. die Rückwirkungen gemessen, die sich aufgrund des Betriebs des Sensors 10 im Hinblick auf den Ladestrom für den Energiespeicher 21 ergeben. Die Daten können z. B. auch in binär codierter Form durch die Schleifkontakte 22 zum Prüfgerät 33 übertragen werden. Zur besseren Trennung der Daten – von der Energieübertragung ist dagegen können entweder Schleifkontakte 22 vorgesehen werden, die nur für die Datenübertragung oder nur für die Energieübertragung zuständig sind. Eine andere Möglichkeit würde darin bestehen, zur Datenübertragung die weiteren Kontaktschienen 30a, 30b zu nutzen und die Daten immer dann zu übertragen, wenn die Schleifkontakte 22 an diesen Kontaktschienen 30a, 30b anliegen. Weitere Möglichkeiten bestehen schließlich darin, in Umfangsrichtung der Käfige 6 mehrere, voneinander getrennte Kontaktschienen 20 und/oder in Umfangsrichtung des Lagerrings 2 mehrere, nebeneinander angeordnete Hülsen 23 mit Schleifkontakten 22 vorzusehen und dadurch die Energieübertragung vollständig von der Datenübertragung zu trennen.
Die beschriebenen Komponenten der Messeinrichtung 9 können im Prinzip auf beliebig viele, vorzugsweise nebeneinander liegende Käfige 6 verteilt werden, die zuweilen auch als bloße Zwischenstücke zwischen den Wälzkörpern ausgebildet sind. In Abhängigkeit von den räumlichen Verhältnissen ist es außerdem möglich, einzelne Wälzkörper zu entfernen, um dadurch Platz für die Komponenten der Messeinrichtung 9 zu schaffen. Beim Vorhandensein von Käfigen 6 aus Kunststoff kann es ferner zweckmäßig sein, einige dieser Käfige 6 und von diesen geführte Wälzkörper zu entfernen und in den dadurch frei gewordenen Teil des Wälzkörperraums 3 einen Käfig aus Stahl einzubauen. Hierdurch kann vermieden werden, dass sich beim Betrieb etwa ergebende Verformungen von Kunststoffkäfigen ungünstig auf die Messgenauigkeit auswirken.
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit mehreren, in Umfangsrichtung des Lagers beabstandeten Käfigen 6a, 6b und 6c, in denen jeweils eine separate Energiequelle 15 und eine mit dieser verbundene Messeinrichtung 9 angeordnet sind. Da die Energie und die Daten wiederum nur an einer Stelle des Lagerumfangs übergeben werden, an der sich die Hülse 23 mit den Schleifkontakten 22 befindet, können sich die verschiedenen Messeinrichtungen 9 nicht gegenseitig beeinflussen. Im Ausführungsbeispiel sind die drei Käfige 6a, 6b und 6c in Umfangsrichtung um ca. je 120° versetzt, doch können natürlich auch nur zwei oder mehr als drei Käfige 6 mit Energiequellen und Messeinrichtungen vorgesehen werden.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, die auf vielfache Weise abgewandelt werden können. Dies gilt insbesondere für die Zahl und die Anordnung der insgesamt vorhandenen Kontaktschienen 20, 30a, 30b und Schleif kontakte 22 und der mit diesen verbundenen Einrichtungen. Die Anwendung mehrerer, in Umfangsrichtung beabstandeter Kontaktschienen und Schleifkontakte hätte z. B. den Vorteil, dass die Laufbahnen 4, 5 und angrenzenden Bereiche rundum überprüft werden können, ohne dass die Käfige 6 eine volle Umdrehung machen müssen. Weiter muss die Antenne 14 nicht in die Hülse 23 integriert werden. Sie kann vielmehr auch in einer weiteren Bohrung des Lagerrings 2 plaziert werden, die ein paar Zentimeter nach der einen oder anderen Seite von der Hülse 23 beabstandet ist. Dies ist in 5 schematisch durch eine Linie 40 angedeutet. Auch hierdurch lässt sich eine saubere Trennung der Datenübertragung von der Energieübertragung erreichen. Außerdem sind die angegebenen Möglichkeiten der Datenübertragung nur als Beispiele aufzufassen, da es auch andere Möglichkeiten für eine berührungslose Datenübertragung gibt. Weiter ist klar, dass die Messeinrichtungen 9 im Prinzip nur den Sensor 10 und das Mittel zur Übertragung der mit diesem erhaltenen Messsignale aufweisen braucht, da die komplette Aufbereitung und Auswertung der Messsignale auch mit einem an das Kontaktsystem 28 angeschlossenen Rechner od. dgl. vorgenommen werden könnte. Schließlich versteht sich, dass die verschiedenen Merkmale auch in anderen als den beschriebenen und dargestellten Kombinationen angewendet werden können.

1: Lagerring
2: Lagerring
3: Wälzkörperraum
4: Laufbahn
5: Laufbahn
6, 6a, 6b, 6c: Käfig
7: Stege
8: Risse
9: Meßeinrichtung
10: Sensor
11: Wechselfeld
12: Sendeantenne
14: Empfangsantenne
15: Energiequelle
16: Spule
17: Gleichrichter
18: Spule
19
20: Kontaktschiene
21: Energiespeicher
22: Schleifkontakt
23: Hülse
24: Flanschplatte
25: Schraublöcher
26: Detektor
27: Schaltungsanordnung
28: Kontaktsystem
29: Isoliermasse
30a, 30b: Kontaktschiene
31: Isolierstellen
32a, 32b: Permanentmagnet
33: Prüfgerät
34: Netzteil
35: Datenverarbeitungsanlage
36: Gleichrichter
37: Glättungskondensator
38: Halter
39: Feder
40: Linie
v: Pfeile

Claims

Vorrichtung zum Erkennen und Überwachen von Schäden an Laufbahnen oder angrenzenden Bereichen von Lagerringen (1, 2) bei Wälzlagern mit einer in einem Wälzkörperraum (3) des Wälzlagers angeordneten, elektrischen Messeinrichtung (9), die wenigstens einen zur Abgabe von Messsignalen bestimmten Sensor (10) und ein Mittel zur Lieferung von Messdaten nach außen aufweist, eine ebenfalls im Wälzkörperraum (3) angeordnete Energiequelle (15) zur Lieferung der von der Messeinrichtung (9) benötigten elektrischen Energie und einem außerhalb des Wälzkörperraums (3) angeordneten Übertragungsmittel zur Übertragung von elektrischer Energie von außen her auf die Energiequelle (15), dadurch gekennzeichnet, dass die Energiequelle (15) wenigstens eine nur über einen Teil des Lagerumfangs erstreckte Kontaktschiene (20) und einen mit dieser verbundenen, zur Speicherung von elektrischer Energie bestimmten Energiespeicher (21) aufweist und das Übertragungsmittel einen der Kontaktschiene (20) zugeordneten Schleifkontakt (22) enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleifkontakt (22) in einer in eine Bohrung eines der Lagerringe (2) einführbaren Hülse (23) befestigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (21) einen Kondensator oder einen Akkumulator enthält.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktschiene (20) an einem Käfig (6) befestigt ist, der sich über mehrere Wälzkörperteilungen erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktschiene (20) eine mittlere, der Energieübertragung dienende Schleifbahn ist, an die beidseitig je eine weitere, gegenüber der Schleifbahn isolierte Kontaktschiene (30a, 30b) angrenzt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem Schleifkontakt (22) ein Betätigungsmechanismus zu seinem Aufsetzen auf die Kontaktschiene (20, 30a, 30b) und zum Abheben von der Kontaktschiene (20, 30a, 30b) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungsmechanismus eine zum Abheben des Schleifkontakts (22) von der Kontaktschiene (20, 30a, 30b) bestimmte Feder (39) und einen steuerbaren Magneten aufweist, mittels dessen der Schleifkontakt (22) gegen die Federkraft an die Kontaktschiene (20, 30a, 30b) andrückbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungsmechanismus so eingerichtet ist, dass der Schleifkontakt (22) aufgesetzt bzw. abgehoben wird, wenn er sich auf einer der weiteren Kontaktschienen (30a, 30b) befindet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an von der mittleren Kontaktschiene (20) abgewandten Enden der isolierten Kontakt schienen (30a, 30b) je ein Permanentmagnet (32a, 32b) angeordnet ist und der mit dem Schleifkontakt (22) versehene Lagerring (2) einen zur Erkennung der Permanentmagnete (32a, 32b) bestimmten Detektor (26) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (26) ein Halldetektor ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (23) an einer Umfangsfläche des sie aufnehmenden Lagerrings (2) mit einem zumindest zum Anschluss an eine Spannungsquelle bestimmten Kontaktsystem (28) versehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (9) einen Datenspeicher enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Lieferung der Messdaten nach außen eine Kontaktschiene (20, 30a, 30b) aufweist, der ein außerhalb des Käfigs angeordneter Schleifkontakt (22) zugeordnet ist.