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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Konverterlager, umfassend ein Lagergehäuse, in dem ein Fest- und/oder Loslager zur Lagerung eines Konverters ausgebildet ist.
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Hintergrund der Erfindung
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Ein Konverterlager wird zur Lagerung eines Konvertergefäßes insbesondere im Bereich der Erzeugung von Stahl und- Nichtmetalleisenwerkstoffen eingesetzt. Aufgrund der hohen Belastungen, denen ein Konverterlager ausgesetzt ist, ist eine ständige Kontrolle des Lagerzustandes erforderlich. Der Lagerzustand ist maßgeblich verantwortlich für den störungsfreien Betrieb einer Anlage. Hierbei ist insbesondere der Zustand der Schmierung der Lagerkomponenten sowie deren Materialzustand von entscheidendem Interesse.
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Allerdings ist es bisher nicht möglich, den Zustand eines Konverterlagers im laufenden Betrieb einer Anlage zu überwachen. Aus diesem Grund werden beispielsweise Schmiermittel im Rahmen der vorbeugenden Instandhaltung üblicherweise lange vor dem Ende ihrer Gebrauchsdauer ausgetauscht, um Schäden an den Wälzlagern und somit teure Stillstände und Ausfälle von Maschinen oder Anlagen zu vermeiden. Alternativ werden manuell Schmiermittelproben entnommen, wozu der Betrieb einer laufenden Anlage unterbrochen werden muss. Diese Maßnahmen sind gleichermaßen mit einem unerwünschten Arbeitsaufwand sowie mit hohen Kosten verbunden.
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Auch hinsichtlich der Beständigkeit des Materials einzelner Lagerkomponenten, wie beispielsweise des Lagergehäuses, können im laufenden Betrieb keine sicheren Aussagen getroffen werden.
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Aufgabe der Erfindung
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Es ist demnach eine Aufgabe der Erfindung, eine kostengünstige und sichere Möglichkeit für eine Überwachung des Lagerzustandes eines Konverterlagers im laufenden Betrieb anzugeben.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Konverterlager, umfassend ein Lagergehäuse, in dem ein Fest- und/oder ein Loslager zur Lagerung eines Konverters ausgebildet ist. Innerhalb des Lagergehäuses ist wenigstens ein Sensor zur Überwachung des Lagerzustandes angeordnet.
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Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass zur Gewährleistung einer störungsfreien Lagerung eines Konverters eine Überwachung der Schmiermittelqualität und der Materialbeschaffenheit der eingesetzten Lagerkomponenten notwendig sind. Dies ist bislang allerding nur durch eine Unterbrechung des Anlagenbetriebs möglich, wodurch hohe Kosten und ein vermehrter Montageaufwand entstehen.
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Unter Berücksichtigung der vorgenannten Problematik erkennt die Erfindung, dass eine kontinuierliche Überwachung des Lagerzustandes dann möglich ist, wenn hierzu wenigstens ein Sensor innerhalb des Lagergehäuses eingesetzt ist. Durch einen innerhalb des Lagergehäuses positionierten Sensor kann ohne Unterbrechung des Anlagenbetriebs der Zustand eines Konverterlagers erfasst werden. Bei Bedarf können notwendige Instandhaltungsmaßnahmen, wie beispielsweise ein Nachschmieren oder gegebenenfalls ein Austauschen einzelner Lagerkomponenten, eingeleitet werden.
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Das Konverterlager ist im eingebauten Zustand insbesondere Teil einer Tragringlagerung für einen Konverter. Bei der Tragringlagerung eines Konverters ist ein eingesetzter Tragring beabstandet vom Konvertergefäß an dessen Umfang positioniert. Über eine Anzahl von Konverterlagern ist das Konvertergefäß schwenkbar gegenüber einer Trageinrichtung, wie beispielsweise einem Konvertergehäuse gelagert. Langsame Schwenkbewegungen des Konvertergefäßes unter hohem Gewicht und hohen Stoßbelastungen bedingen hierbei eine entsprechend hohe statische Tragfähigkeit der eingesetzten Konverterlager. Zur Lagerung eines Konverters ist/sind innerhalb des Lagergehäuses ein Festund/oder ein Loslager ausgebildet.
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Vorzugsweise ist zumindest ein Sensor als ein Schmiermittelsensor zur Überwachung der Lagerschmierung ausgebildet. Als Schmiermittel können beispielsweise Fette oder Öle eingesetzt werden. Durch den Einsatz eines Schmiermittelsensors kann im Wälzlager bei laufendem Betrieb der Zustand des Schmiermittels analysiert werden. Mit dem Schmiermittelsensor können insbesondere die Trübung und die Alterung des Schmiermittels, sowie dessen Temperatur und Wassergehalt ermittelt werden. Ein Wechsel des Schmiermittels innerhalb des Lagers kann sich unter Berücksichtigung dieser Parameter somit am tatsächlichen Bedarf orientieren. Ein präventiver Schmiermittelaustausch ist nicht nötig. Als Schmiermittelsensor eignet sich beispielsweise ein IR-Sensor, wie er durch die
DE 10 2007 042 254 A1 offenbart ist. Ein derartiger Schmiermittelsensor ermittelt beispielsweise anhand eines IR-Spektrums die chemische Zusammensetzung, insbesondere den Wassergehalt, des Schmiermittels sowie dessen ggf. zusätzlich die Trübung und/oder die Temperatur des Schmiermittels und ermöglicht eine Aussage über den Alterungszustand.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist der Schmiermittelsensor über ein Befestigungselement innerhalb des Lagergehäuses positioniert. Als Befestigungselement ist insbesondere eine auf die Abmessungen des Lagergehäuses abgestimmte Schraube eingesetzt. Bei der Montage wird die Schraube in eine im Gehäusedeckel oder im Lagergehäuse eingebrachte Gewindebohrung geschraubt. Über eine Durchgangsbohrung zur Aufnahme der Schraube kann die Schraube gegebenenfalls exakt positioniert werden.
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Die Schraube selbst wiederum ist vorteilhafterweise mit einer Durchgangsbohrung ausgebildet, in die der Schmiermittelsensor eingesetzt werden kann. Durch diese Ausgestaltung ist eine einfache und sichere Positionierung des Schmiermittelsensors innerhalb des Lagergehäuses möglich. Die Schraube weist zur Anordnung des Schmiermittelsensors insbesondere eine Durchgangsbohrung auf, die von ihrem Schraubenkopf ausgehend durch den Schraubenkörper bis in den Lagerinnenraum innerhalb des Lagergehäuses reicht. Auf diese Weise kann der notwendige Kontakt des Schmiermittelsensors zu dem zu überprüfenden Schmiermittel sichergestellt werden. Zur Fixierung des Schmiermittelsensors innerhalb des Schraubenkörpers werden insbesondere Klemmschrauben eingesetzt. Der Schmiermittelsensor und die Klemmschrauben können vorteilhafterweise in Form einer gemeinsamen Baueinheit geliefert und verbaut werden.
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Vorzugsweise ist der Schmiermittelsensor derart im Gehäuse positioniert, dass sein Sensorkopf im Lagerinnenraum positioniert ist. Im Lagerinnenraum sind zwischen einem Lagerinnenring und einem Lageraußenring geschmierte Wälzkörperreihen angeordnet. In diesem Bereich ist üblicherweise die deutlichste Änderung der Schmiermittelqualität und Menge zu verzeichnen. So kann beispielsweise ein eventueller Schmiermittelaustritt ebenso wie dessen Alterung sicher überwacht werden.
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In einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der wenigstens eine Sensor als ein Schallemissionssensor ausgebildet. Ein Schallemissionssensor nimmt die Schwingungen von Maschinenbauteilen oder Werkstücken auf, die durch Rissbildung und Risswachstum, sowie durch plastische Verformung entstehen. Die hierbei entstehenden Sensorsignale können mittels eines Überwachungsgeräts kontrolliert und ausgewertet werden. Im Fall von Verschleißerscheinungen des Materials können die entsprechenden Lagerkomponenten erfasst und gegebenenfalls ausgetauscht oder repariert werden.
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Bevorzugt ist der Schallemissionssensor in einer Sacklochbohrung eingeschraubt. Die Sacklochbohrung ist insbesondere derart in das Lagergehäuse eingebracht, dass sie sich vom Außenumfang in Richtung des Lagerinnenraums erstreckt. Durch diese Ausrichtung kann die sichere Erfassung eventueller Materialänderungen der Lagerkomponenten gewährleistet werden.
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Zur Befestigung des Schallemissionssensors im Gehäuse bzw. innerhalb der Sacklochbohrung ist vorzugsweise eine im Wesentlichen kreisförmige Auflagefläche für den Schallemissionssensor am Lagergehäuse vorgesehen. Durch die Auflagefläche kann der Schallemissionssensor am Lagergehäuse fixiert werden. Hierzu weist der Schallemissionssensor an seinem im eingebauten Zustand aus dem Lagergehäuse herausragenden Ende vorzugsweise einen umlaufenden Kragen auf, der an der Auflagefläche anliegt. Die Auflagefläche weist insbesondere eine vordefinierte Rauheit auf. Optional kann der Verschluss der Sacklochbohrung mittels einer Schraube und einem Dichtring erfolgen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der wenigstens eine Sensor innerhalb des Gehäuses im Bereich der Lastzone angeordnet. Die Lastzone bezeichnet hierbei grundsätzlich die Zone, in der die höchste Last von der gelagerten Welle über das eingesetzte Lager auf das Lagergehäuse übertragen wird. In der Lastzone sind sowohl die Kräfte, die auf das Material der Lagerkomponenten wirken, ebenso wie die Verschmutzung des Schmiermittels am höchsten. Eine Positionierung des Sensors in der Lastzone ermöglicht somit insbesondere eine frühzeitige Erfassung des Lagerzustandes.
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Die Lastzone für einen als Schallemissionssensor ausgebildeten Sensor liegt insbesondere in einem Bereich, der sich zwischen einem Winkel von 0° und 75°, insbesondere bis zu einem Winkel von 60°, zu beiden Seiten einer Horizontalebene des Lagergehäuses durch die Lagerachse erstreckt. Hierbei ist der Schallemissionssensor vorzugsweise derart ausgerichtet, dass der Sensorkopf in Richtung des Zentrums des Lagerinnenraums zeigt. Auf diese Weise können durch Materialänderungen und Verschleißerscheinungen hervorgerufenen Änderungen mittels des Schallemissionssensors sicher erfasst werden.
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Die Lastzone für einen als Schmiermittelsensor ausgebildeten Sensor liegt insbesondere im Bereich der Vordichtung des Lagers. Diese befindet sich im eingebauten Zustand des Konverterlagers auf der dem Konvertergefäß zugewandten Seite. Eine Positionierung des Schmiermittelsensors im Lagergehäuse in diesem Bereich ist somit insbesondere bei erwartbar hohen Verschmutzungen vorteilhat. Im Falle geringer Verschmutzungen ist eine Positionierung des Schmiermittelsensors im Lagergehäuse auf der dem Konvertergefäß abgewandten Seite des Lagergehäuses von Vorteil. Bei einer derartigen Anordnung kann aufgrund der Zugänglichkeit des Schmiermittelsensors insbesondere dessen Montage und die Wartung erleichtert werden.
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In einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Konverterlager wenigstens einen Schmiermittelsensor und wenigstens einen Schallemissionssensor. Durch den Einsatz beider Sensoren können so gleichzeitig sowohl die Schmiermittelqualität als auch die Materialbeschaffenheit der eingesetzten Lagerkomponenten erfasst werden.
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Zweckmäßigerweise umfasst das Konverterlager eine Auswerteelektronik. Mit Hilfe der Auswerteelektronik kann aus den mittels des oder jeden Sensors detektierten Parametern, wie beispielsweise Alterungszustand bei einem Schmiermittelsensor oder Schallemission bei einem Schallemissionssensor, ein Signal generiert werden, aus dem für den Anwender der Zustand des Schmiermittels und der Lagerkomponenten schnell und einfach ersichtlich wird. So ist es möglich, Zustandsänderungen des Schmiermittels und der Lagerkomponenten zu erfassen und detektieren diesen entgegenzuwirken, bevor es zu Schädigungen im Wälzlager kommt.
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Vorzugsweise ist das Konverterlager als ein Pendelrollenlager ausgebildet. Pendelrollenlager sind zweireihige, selbsthaltende Baueinheiten. Sie eignen sich insbesondere zum Einsatz in Lagereinheiten, die hoch beansprucht sind. Pendelrollenlager haben eine hohe radiale und axiale Tragfähigkeit und sind in der Lage, Wellenbiegungen oder Fluchtungsfehler der Lagersitzstellen auszugleichen. Pendelrollenlager bestehen hierzu üblicherweise aus massiven Außenringen mit hohlkugeligen Laufbahnen, massiven Innenringen sowie aus in Käfigen geführten Tonnenrollen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
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1 einen Querschnitt durch ein Konverterlager mit einem eingesetzten Schmiermittelsensor,
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2 eine Draufsicht auf ein weiteres Konverterlager mit einem eingesetzten Schallemissionssensor,
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3 das Konverterlager gemäß 2 in einer dreidimensionalen Darstellung, sowie
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4 eine Detailansicht des Konverterlagers gemäß den 2 und 3.
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Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
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In 1 ist ein Konverterlager 1 in einem Querschnitt gezeigt. Das Konverterlager 1 umfasst ein Lagergehäuse 3, in dem ein als zweireihiges Pendelrollenlager ausgebildetes Wälzlager 5 zur Lagerung einer nicht gezeigten Welle angeordnet ist. Das Pendelrollenlager 5 besteht aus einem inneren Lagerring 7 und einem äußeren Lagerring 9, zwischen denen im Lagerinnenraum 11 als Wälzkörper 13 zwei Reihen Pendelrollen geführt sind.
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Das Lagergehäuse 3 ist mit einem Gehäusedeckel 15 mittels einer Schraube 17 verschlossen. Im Gehäusedeckel 15 ist ein als Schmiermittelsensor ausgebildeter Sensor 19 zur Überwachung der Lagerschmierung angeordnet. Der Schmiermittelsensor ist als ein IR-Sensor ausgebildet und ermittelt die Trübung und Alterung des Schmiermittels sowie optional dessen Temperatur und Wassergehalt. So ist es möglich, Zustandsänderungen des Schmiermittels zu detektieren und einen eventuellen Schmiermittelaustausch zu planen, bevor es zu Schädigungen im Wälzlager kommt. Die Auswertung der vorbenannten Parameter erfolgt hierbei über eine nicht gezeigte Auswerteelektronik.
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Der Schmiermittelsensor 19 ist mittels einer Schraube 21 innerhalb des Lagergehäuses 3 bzw. innerhalb des Gehäusedeckels 15 positioniert. Hierzu ist in den Gehäusedeckel 15 eine Gewindebohrung 23 zur Aufnahme der Schraube 21 eingebracht. Auf der Gegenseite des Lagergehäuses 3 ist eine Durchgangsbohrung 25 ausgebildet, über die die Schraube 21 beim Einschrauben genau positionierbar ist.
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Zur Positionierung des Schmiermittelsensors 19 ist die Schraube 21 selbst mit einer Durchgangsbohrung 27 ausgebildet, in die der Schmiermittelsensor 19 eingesetzt ist. Die Durchgangsbohrung 27 in der Schraube 21 erstreckt sich hierbei von ihrem Schraubenkopf 29 ausgehend durch den Schraubenkörper 31 hindurch. Der Schmiermittelsensor 19 wird dann bei der Montage in die Durchgangsbohrung 27 geschoben, so dass sein Sensorkopf 33 im Lagerinnenraum 11 endet. In diesem Bereich kann die deutlichste Änderung der Qualität und Haltbarkeit des Schmiermittels erfasst werden.
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Insgesamt ist durch die Anordnung des Schmiermittelsensors 19 in der Schraube 21 dessen Position innerhalb des Lagergehäuses 3 bzw. innerhalb des Gehäusedeckels 15 sicher festgelegt und der notwendige Kontakt des Schmiermittelsensors 19 zum Schmiermittel ist sichergestellt.
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Zur Fixierung des Schmiermittelsensors 19 innerhalb des Schraubenkörpers 31 ist eine Klemmschraube 35 eingesetzt. Die Klemmschraube 35 und der Schmiermittelsensors 19 können als eine Baueinheit 37 gemeinsam geliefert und vom Kunden direkt verbaut werden.
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Der Schmiermittelsensor 19 ist vorliegend innerhalb der sogenannten Lastzone 39 des Lagergehäuses 3 angeordnet. Die Lastzone bezeichnet bei dem gezeigten Konverterlager 1 den Bereich der im eingebauten Zustand einem Konvertergefäß zugewandten Seite des Lagergehäuses 3. In der Lastzone kann die Verschmutzung des Schmiermittels besonders hoch sein, so dass hier eine frühzeitige Erfassung der Schmiermittelqualität möglich ist.
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Die 2 zeigt ein Konverterlager 41 mit einem Lagegehäuse 43 in einer Draufsicht. Aufgrund der Darstellung des Konverterlagers 41 sind vorliegend die einzelnen Lagerkomponenten innerhalb des Lagergehäuses 43 nicht zu sehen. Das Konverterlager 41 umfasst jedoch ebenso wie das Konverterlager 1 gemäß 1 ein innerhalb des Lagergehäuses 43 als zweireihiges Pendelrollenlager ausgebildetes Wälzlager zur Lagerung einer Welle. Zusätzlich ist im Lagergehäuse 43 ein als Schallemissionssensor ausgebildeter Sensor 45 positioniert. Die Anordnung des Schallemissionssensors 45 kann 3 entnommen werden.
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3 zeigt das Konverterlager 41 gemäß 2 in einer dreidimensionalen Darstellung. Anhand der vorliegenden Darstellung ist die Position des im Lagergehäuse 43 angeordneten Schallemissionssensors 45 zu erkennen. Mittels des Schallemissionssensors 45 kann die Materialbeschaffenheit der einzelnen Lagerkomponenten ermittelt und eventuelle Verschleißerscheinungen oder Materialänderungen erfasst werden.
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Der Schallemissionssensor 45 ist innerhalb der Lastzone 49 angeordnet. Die Lastzone 49 liegt in einem Bereich, der sich bis zu einem Winkel von 60° zu beiden Seiten einer Horizontalebene 51 des Lagergehäuses 43 durch die mittige Lagerachse erstreckt. Hierbei ist der Schallemissionssensor 45 so ausgerichtet, dass sein Sensorkopf in Richtung des Zentrums des Lagerinnenraums, also in Richtung der geführten Wälzkörper zeigt.
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Weiter wird auf 4 Bezug genommen, die eine Detailansicht des Konverterlagers 43 gemäß den 2 und 3 zeigt. Zur Positionierung des Schallemissionssensors 45 ist dieser innerhalb des Lagergehäuses 43 in einer Sacklochbohrung 53 verschraubt. Aufgrund der gewünschten Ausrichtung des Schallemissionssensors 45 ist die Sacklochbohrung 53 derart in das Lagergehäuse 43 eingebracht, dass sie sich vom Außenumfang 55 in Richtung des Zentrums des Lagerinnenraums erstreckte.
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Zusätzlich ist eine im Wesentlichen kreisförmige Auflagefläche 57 mit definiertem Rauheitswert für den Schallemissionssensors 45 am Lagergehäuse 43 ausgebildet. Der Schallemissionssensor 45 kann an dieser Auflagefläche 57 am Lagergehäuse 43 Gehäuse fixiert werden.
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Die Sacklochbohrung 55 erstreckt sich vom Außenumfang 55 des Lagergehäuses 43 in Richtung des Lagerinnenraums. Durch diese Ausrichtung kann eine sichere Erfassung eventueller Materialänderungen der Lagerkomponenten gewährleistet werden. Weiterhin weist der Schallemissionssensor 45 an seinem aus dem Lagergehäuse 43 herausragenden Ende einen umlaufenden Kragen 59 auf, der zur Fixierung des Schallemissionssensors 45 am Lagergehäuse 43 an der Auflagefläche 57 anliegt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Konverterlager
- 3
- Lagergehäuse
- 5
- Wälzlager
- 7
- innerer Lagerring
- 9
- äußerer Lagerring
- 11
- Lagerinnenraum
- 13
- Wälzkörper
- 15
- Gehäusedeckel
- 17
- Schraube
- 19
- Schmiermittelsensor
- 21
- Schraube
- 23
- Gewindebohrung
- 25
- Durchgangsbohrung
- 27
- Durchgangsbohrung
- 29
- Schraubenkopf
- 31
- Schraubenkörper
- 33
- Sensorkopf
- 35
- Klemmschraube
- 37
- Baueinheit
- 39
- Lastzone
- 41
- Konverterlager
- 43
- Lagergehäuse
- 45
- Schallemissionssensor
- 49
- Lastzone
- 51
- Horizontalebene
- 53
- Sacklochbohrung
- 55
- Außenumfang
- 57
- Auflagefläche
- 59
- Kragen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007042254 A1 [0010]
