DE102014200712A1 - Hydrodynamic plain bearing and method for operating state monitoring of a hydrodynamic plain bearing - Google Patents
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Abstract
Es ist ein hydrodynamisches Gleitlager (1) zur Lagerung einer Welle (9) offenbart, das mindestens ein Gleitelement (5) mit einer Gleitfläche (6) umfasst. Erfindungsgemäß ist auf mindestens einen Gleitelement (5) mindestens ein Sensor (11) aufgebracht, der aus einem funktionellen Schichtsystem (13) aufgebaut ist.. Von einem Signalabgriffselement (15) des Sensors (11) werden dann über mindestens eine elektrische Leitung (17) die Messwerte an eine Auswerteeinheit (19) geleitet. Anschließend werden in der Auswerteeinheit (19) die Messwerte ausgewertet und daraus im Betrieb des hydrodynamischen Gleitlagers (1) Aussagen über den Betriebszustand des hydrodynamischen Gleitlagers (1) mit Blick auf Lasten, Verformung und Temperatur abgeleitet.A hydrodynamic sliding bearing (1) for supporting a shaft (9) is disclosed which comprises at least one sliding element (5) with a sliding surface (6). According to the invention, at least one sensor (11), which is constructed from a functional layer system (13), is applied to at least one sliding element (5). A signal pick-off element (15) of the sensor (11) is then connected via at least one electrical line (17). the measured values are passed to an evaluation unit (19). Subsequently, in the evaluation unit (19), the measured values are evaluated and from this during operation of the hydrodynamic sliding bearing (1) statements about the operating state of the hydrodynamic sliding bearing (1) are derived with regard to loads, deformation and temperature.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein hydrodynamisches Gleitlager zur Lagerung einer Welle, das mindestens ein Gleitelement mit einer Gleitfläche umfasst. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Betriebszustandsüberwachung eines hydrodynamischen Gleitlagers.The present invention relates to a hydrodynamic sliding bearing for supporting a shaft which comprises at least one sliding element with a sliding surface. Furthermore, the present invention relates to a method for operating state monitoring of a hydrodynamic sliding bearing.
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Allgemeine Anwendungsgebiete der klassischen Hydrodynamik sind große Elektromotoren und Generatoren (im Mega-Watt-Bereich), Turbinen, Verbrennungsmotoren für Automobile, Nutzfahrzeuge, Trucks, Schiffe und Bahn sowie für große Industriegebiete. Soll aber in einer Lagerung eine Reibung zwischen relativ zueinander bewegten Elementen (insbesondere im An- und Auslauf) gesenkt werden, finden häufig hydrostatische Lagerungen Anwendung, wie beispielsweise bei Anfahr- und Auslaufvorgängen, beim Anfahren unter Last oder beim Auftreten von Betriebs- und Randbedingungen.General applications of classical hydrodynamics are large electric motors and generators (in the megawatt range), turbines, internal combustion engines for automobiles, commercial vehicles, trucks, ships and railways as well as for large industrial areas. However, if friction between relatively moving elements (in particular in the inlet and outlet) is to be reduced in a bearing, hydrostatic bearings are frequently used, for example during start-up and shut-down processes, when starting under load or when operating and boundary conditions occur.
Ein solches hydrostatisches Gleitlager weist einen aktiven Schmierstoffkreislauf aus, welcher mit einer externen Pumpe aufrechterhalten wird und der durch den Lagerspalt zwischen den relativ zueinander bewegten Elementen geführt wird. Im Lagerspalt baut sich ein dünner hydrostatischer Tragfilm auf, welcher die Reibung zwischen relativ zueinander bewegten Elementen senkt. Zur Schadensprävention von hydrostatischen Gleitlagern werden Systeme eingesetzt, die abnormale Lagerzustände erkennen und entsprechende sichernde Maßnahmen gegen Schäden und Lagerausfällen einleiten. Messtechnisch sind dann Sensoren für die Messung von Temperaturen im Bereich der sich verengenden Spalten bekannt. Ferner ist aus dem Bereich von Versuchseinrichtungen bekannt, dass Schmierfilmdickenhöhen mittels Hydrostatik und durch Verwendung kapazitiver Abstandsmessung eingesetzt werden.Such a hydrostatic sliding bearing has an active lubricant circuit, which is maintained by an external pump and which is guided through the bearing gap between the relatively moving elements. In the bearing gap, a thin hydrostatic support film builds up, which reduces the friction between relatively moving elements. To prevent damage to hydrostatic plain bearings, systems are used that detect abnormal bearing conditions and initiate corresponding safety measures against damage and bearing failures. Metrology then sensors for the measurement of temperatures in the narrowing columns are known. Furthermore, it is known from the field of experimental equipment that lubricant film thickness heights are used by hydrostatic and by the use of capacitive distance measurement.
Aber auch bei hydrodynamischen Gleitlagern, bei denen der Schmierfilm erst durch die Bewegung des Gleitlagers erzeugt wird, werden bereits Betriebszustandsgrößen gemessen. So erfolgt beispielswiese die Temperaturmessung in mindestens einem Gleitelement des hydrodynamischen Gleitlagers, wie z. B. in einer Lagerschale nahe einer Gleitflächenzone. Ferner ist auch die Messung einer Wellenverlagerung in verschiedene Richtungen als Indikator für das Vorherrschen der Hydrodynamik, sprich das Vorhandensein eines trennenden Schmierfilms, gängig. Allerdings ist die dafür zu verwendende Sensorik oft recht aufwendig eingebracht, wie beispielsweise in kleine Bohrungen in den Gleitelementen, wie in einer Lagerschale oder in einem Kippsegment eines Kippsegmentlagers, in denen ein Temperatursensor (z. B: ein PT100) eingesteckt ist. Die Herausforderung ist hier, nahe an die Gleitfläche zu kommen, aber nicht mit der Bohrung durchzudrücken bzw. diese Stelle nahe der Bohrung nicht zu schwächen. Bisher angewandte Wellenverlagerungssensoriken werden von außen auf die Welle gerichtet. Oft sitzen die Sensoren dann außerhalb eines Gehäuses eines hydrodynamischen Gleitlagers. Dabei schauen dann oft Kabel heraus und die verwendete Sensorik/Auswertetechnik ist zudem sehr teuer. Um Verformungen sicher messen zu können, werden Dehnmessstreifen eingesetzt, die aufwendig angeordnet und verklebt werden müssen. Dabei ist die Verklebestelle immer recht heikel (z. B. Lösen der Klebeverbindung unter Fliehkrafteinfluss). Zudem stehen diese Dehnmessstreifen immer hervor und stellen potenzielle Gefahrenstellen dar.But even with hydrodynamic plain bearings, in which the lubricating film is produced only by the movement of the plain bearing, operating state variables are already measured. Thus, for example, the temperature measurement takes place in at least one sliding element of the hydrodynamic sliding bearing, such. B. in a bearing shell near a Gleitflächenzone. Furthermore, the measurement of a wave displacement in different directions as an indicator of the prevalence of hydrodynamics, ie the presence of a separating lubricating film, is common. However, the sensor system to be used for this is often introduced quite laboriously, such as in small holes in the sliding elements, such as in a bearing shell or in a tilting segment of a tilting pad bearing, in which a temperature sensor (eg: a PT100) is inserted. The challenge here is to get close to the sliding surface, but not push through the hole or weaken this spot near the hole. Previously used Wellenverlagerungssensoriken be directed from the outside to the shaft. Often the sensors then sit outside of a housing of a hydrodynamic plain bearing. In this case, cables often look out and the sensor / evaluation technology used is also very expensive. In order to be able to reliably measure deformations, strain gauges are used which have to be arranged and glued in a complicated manner. The place of sticking is always very sensitive (eg loosening of the adhesive bond under the influence of centrifugal force). In addition, these strain gauges always stand out and represent potential danger spots.
Eine Aufgabe der gegenwärtigen Erfindung ist daher, ein hydrodynamisches Gleitlager zu schaffen, das im Betrieb Messdaten zum Zustand des hydrodynamischen Gleitlagers sammelt und so in einfacher Weise die Überwachung von Lasten und Lastverteilung im hydrodynamischen Gleitlager erlaubt.An object of the present invention is therefore to provide a hydrodynamic sliding bearing which collects in operation measurement data on the state of the hydrodynamic sliding bearing and thus allows the monitoring of loads and load distribution in the hydrodynamic sliding bearing in a simple manner.
Diese Aufgabe wird durch ein hydrodynamisches Gleitlager gelöst, das die Merkmale im Anspruch 1 umfasst.This object is achieved by a hydrodynamic sliding bearing comprising the features in claim 1.
Eine weitere Aufgabe der gegenwärtigen Erfindung ist, ein einfaches Verfahren zur Betriebszustandsüberwachung eines hydrodynamischen Gleitlagers anzugeben, das Lagerbelastungen kontinuierlich misst und somit den Gleitlagerzustand überwacht.Another object of the present invention is to provide a simple method of operating condition monitoring of a hydrodynamic journal bearing which continuously measures bearing loads and thus monitors the journal bearing condition.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Betriebszustandsüberwachung eines hydrodynamischen Gleitlagers, das die Merkmale im Anspruch 10 umfasst.This object is achieved by a method for operating state monitoring of a hydrodynamic sliding bearing comprising the features in
Das erfindungsgemäße hydrodynamische Gleitlager zur Lagerung einer Welle umfasst mindestens ein Gleitelement mit einer GleitflächeThe hydrodynamic sliding bearing according to the invention for supporting a shaft comprises at least one sliding element with a sliding surface
Insbesondere ist das erfindungsgemäße hydrodynamische Gleitlager ein Kippsegmentlager, wie beispielsweise ein Axial-Kippsegmentlager, ein Radial-Kippsegmentlager oder eine Kombination eines Axial-Kippsegmentlagers und Radial-Kippsegmentlagers. Ebenso ist aber auch denkbar, dass das erfindungsgemäße hydrodynamische Gleitlager als ein Festsegmentlager oder ein Einflächengleitlager ausgebildet ist. Neue potenzielle und zukunftsträchtige Anwendungsfeder für derartige hydrodynamische Gleitlager sind Windkraftanlagen sowie Meereskraft- und Strömungskraftwerke, bei denen diese Lager in der Hauptrotorlagerung Anwendung finden.In particular, the hydrodynamic sliding bearing according to the invention is a tilting pad bearing, such as, for example, an axial tilting pad bearing, a radial tilting pad bearing or a combination of an axial tilting pad bearing and a radial tilting pad bearing. Likewise, however, it is also conceivable that the hydrodynamic sliding bearing according to the invention is designed as a fixed-segment bearing or a single-surface sliding bearing. New potential and promising application for such hydrodynamic bearings are wind turbines and marine power and flow power plants, where these bearings are used in the main rotor bearing.
Da bei hydrodynamischen Gleitlagern nicht wie im Falle von Wälzlagern eine Ermüdungstheorie angesetzt werden kann, bei der eine Vollschmierung oder Mischreibung angenommen wird und die Werkstoffeigenschaften, wie Festigkeit etc., der Lagerkomponenten bekannt sind, müssen diese Gleitlager mit einer minimalen Schmierfilmdicke ausgelegt werden, um somit Bearbeitungsungenauigkeiten (Rundlauf, Rundheit, ...) und Oberflächenbeschaffenheiten (Ra, Rz, Rpk, ...) vergleichen zu können. Daraus lassen sich dann erst Aussagen zum Betriebszustand eines hydrodynamischen Gleitlagers ableiten. Einflussparameter auf das sich einstellende Betriebsspiel und die Leistungsfähigkeit des hydrodynamischen Gleitlagers im Betrieb sind Temperatur, örtliche Pressungen im Kontaktbereich (Keilspalt) und die Schmierfilmhöhe. Since with hydrodynamic plain bearings not as in the case of rolling bearings a fatigue theory can be applied in which a full or mixed friction is assumed and the material properties, such as strength, etc., the bearing components are known, these plain bearings must be designed with a minimum lubricant film thickness, thus Machining inaccuracies (concentricity, roundness, ...) and surface qualities (Ra, Rz, Rpk, ...) can be compared. It is then possible to derive statements on the operating status of a hydrodynamic plain bearing. Influence parameters on the resulting operating clearance and the performance of the hydrodynamic sliding bearing in operation are temperature, local pressures in the contact area (wedge gap) and the lubricating film height.
Erfindungsgemäß ist auf dem mindestens einen Gleitelement mindestens ein Sensor aufgebracht, der aus einem funktionellen Schichtsystem aufgebaut ist. Dieses funktionelle Schichtsystem zeichnet sich dadurch aus, dass das nur mit wenigen Mikrometern beschichtete Gleitelement des hydrodynamischen Gleitlagers dann nicht nur Kräfte überträgt, sondern auch physikalische Größen wie Drehmomente, Kräfte, Dehnung oder Temperatur erfasst und überträgt. So können die Lagerbelastungen kontinuierlich gemessen und überwacht werden.According to the invention, at least one sensor, which is constructed from a functional layer system, is applied to the at least one sliding element. This functional layer system is characterized by the fact that the sliding element of the hydrodynamic plain bearing coated with only a few micrometers not only transfers forces but also detects and transmits physical quantities such as torques, forces, elongation or temperature. Thus, the bearing loads can be continuously measured and monitored.
Um Messsignale abgreifen zu können, besteht jeder Sensor neben einer verformungssensitiven Messschicht, die das funktionelle Schichtsystem ist, aus wenigstens einem Signalabgriffselement. Dabei kann die verformungssensitive Messschicht insbesondere aus einem metallischen Material oder einem Halbleitermaterial bestehen. Insbesondere kann die verformungssensitive Messschicht aus einer Nickel-Legierung oder aus Titanoxinitrid bestehen.In order to be able to pick up measuring signals, each sensor comprises, in addition to a strain-sensitive measuring layer, which is the functional layer system, at least one signal pick-off element. In this case, the deformation-sensitive measuring layer can in particular consist of a metallic material or a semiconductor material. In particular, the strain-sensitive measuring layer can consist of a nickel alloy or of titanium oxynitride.
Diese formungssensitive Messschicht verformt sich im Betrieb entsprechend einer Verformung des mindestens einen Gleitelements. D. h. eine Verformung des Gleitelements wird auf die formungssensitive Messschicht „übertragen“. Die verformungssensitive Messschicht wird somit, je nach Verformung, positiv (Streckung) oder negativ (Stauchung) gedehnt. This formation-sensitive measuring layer deforms during operation in accordance with a deformation of the at least one sliding element. Ie. a deformation of the sliding element is "transferred" to the formation-sensitive measuring layer. The strain-sensitive measuring layer is thus, depending on the deformation, positively (stretch) or negative (compression) stretched.
Auch kann das mindestens eine Gleitelement des erfindungsgemäßen hydrodynamischen Gleitlagers eine Schutzschicht vorsehen. Diese Schutzschicht ist dann auf der formungssensitiven Messschicht aufgebracht und dient im Wesentlichen dem Schutz der formungssensitiven Messschicht vor Verunreinigungen, Korrosion und mechanischer Beschädigung, sowie vor ungewollten Kontakt der formungssensitiven Messschicht mit leitfähigem Material. Dabei ist aber anzumerken, dass diese formungssensitive Messschicht nicht zwangsläufig eine Schutzschicht vorsehen muss. Diese Schutzschicht ist somit in speziellen Anwendungen optional aufzutragen. Also, the at least one sliding element of the hydrodynamic sliding bearing according to the invention can provide a protective layer. This protective layer is then applied to the formation-sensitive measurement layer and essentially serves to protect the formation-sensitive measurement layer from contamination, corrosion and mechanical damage, as well as from unwanted contact of the formation-sensitive measurement layer with conductive material. However, it should be noted that this formation-sensitive measuring layer does not necessarily have to provide a protective layer. This protective layer is therefore optional to apply in special applications.
Ferner weist jedes Gleitelement mit mindestens einem Sensor eine elektrische Leitung auf, um Messdaten von dem wenigstens einen Signalabgriffselement jedes Sensors an eine Auswerteeinheit zu leiten.Furthermore, each sliding element with at least one sensor has an electrical line in order to conduct measurement data from the at least one signal pickup element of each sensor to an evaluation unit.
Insbesondere ist bei der Erfindung jeder Sensor derart ausgestaltet, dass die verformungssensitive Messschicht mindestens eine Windung aufweist. Vorzugsweise weist die verformungssensitive Messschicht aber mehrere Windungen auf.In particular, in the case of the invention, each sensor is designed such that the strain-sensitive measuring layer has at least one turn. Preferably, however, the strain-sensitive measuring layer has a plurality of turns.
Bei dem erfindungsgemäßen hydrodynamischen Gleitlager ist zumindest die verformungssensitive Messschicht eines Sensors auf einer Oberseite, einer Unterseite oder auf einer Stirnfläche, die mit einem Reibpartner zusammenwirkt, des Gleitelements aufgebracht. Das wenigstens eine Signalabgriffselement eines Sensors ist auf einer Oberseite, einer Unterseite oder auf wenigstens einer von vier Stirnflächen des Gleitelements aufgebacht.In the case of the hydrodynamic sliding bearing according to the invention, at least the strain-sensitive measuring layer of a sensor is applied to the sliding element on an upper side, a lower side or on an end face, which interacts with a friction partner. The at least one signal pick-up element of a sensor is applied on an upper side, a lower side or on at least one of four end faces of the sliding element.
Folglich sind diverse Ausführungsformen der aufzubringenden verformungssensitiven Messschicht und des wenigstens einem Signalabgriffselement eines Sensors denkbar. So ist in einer Ausführungsform die verformungssensitive Messschicht und das Signalabgriffselement eines Sensors auf der Oberseite, Unterseite oder der Stirnfläche aufgebracht, hingegen in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung die verformungssensitive Messschicht auf der Oberseite oder der Unterseite und das Signalabgriffselement an einer der vier Stirnflächen des Gleitelements aufgebacht ist.Consequently, various embodiments of the deformation-sensitive measuring layer to be applied and of the at least one signal pick-up element of a sensor are conceivable. Thus, in one embodiment, the strain-sensitive measuring layer and the signal pick-up element of a sensor on the top, bottom or end face applied, however, gebeuteten in another embodiment of the invention, the strain-sensitive measuring layer on the top or bottom and the signal pick-off element on one of the four end faces of the sliding element is.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen hydrodynamischen Gleitlagers ist das Gleitelement aus einer Mehrzahl von Kippsegmenten aufgebaut, wie beispielsweise bei einem Axial-Kippsegmentlager. Dabei umfasst das Axial-Kippsegmentlager eine Trägerscheibe mit einer Mehrzahl von Kippsegmenten mit diesem funktionellen Schichtsystem, die auf dem Radius der Trägerscheibe angeordnet sind. Dabei ist dann die Trägerscheibe ortsfest mit einem Gehäuse des hydrodynamischen Axial-Kippsegmentlagers verbunden. Ferner ist dann vorgesehen, dass eine Wellenscheibe, die mit einer Welle verdrehsteif verbunden ist (alternativ durch die Geometrie der Welle selbst bereit gestellt, so dass keine Wellenscheibe benötigt wird) und sich relativ zur Trägerscheibe und den Kippsegmenten bewegt.In a preferred embodiment of the hydrodynamic sliding bearing according to the invention, the sliding element is constructed from a plurality of tilting segments, as for example in the case of an axial tilting pad bearing. In this case, the axial tilting pad bearing comprises a carrier disk with a plurality of tilting segments with this functional layer system, which are arranged on the radius of the carrier disk. In this case, then, the support disk is fixedly connected to a housing of the hydrodynamic axial Kippsegmentlagers. Further, it is then envisaged that a wave washer which is connected to a shaft torsionally rigid (alternatively provided by the geometry of the shaft itself, so that no wave washer is needed) and moves relative to the carrier disk and the tilting segments.
Allgemein ist somit anzumerken, dass dieses funktionelle Schichtsystem so auf mindestens einem Gleitelement (Lagerschale, Kippsegment) eines hydrodynamischen Gleitlagers aufgebracht ist, dass es zwar die Vorformung des Gleitelements aufnimmt, aber nicht wie bisher bekannt und gebräuchlich, im direkten Gleitkontakt sitzt, wo es verschlissen und zerstört wird. Da Kippsegmente oder auch Bereiche von Festsegmentlagern durch eine Belastung des Gegenläufers verformt werden, muss der Sensor nicht zwangsweise im Kontakt sitzen. Aus diesem Grund ist eine bevorzugte Ausführungsform, den erfindungsgemäßen Sensor an eine Unterseite eines Kippsegments aufzubringen oder auch an den Stirnflächen (Axialflächen) eines Radiallagers. Dort kann dann die Verformung aufgenommen werden ohne im direkten Gleitkontakt zu stehen (ein direkter Gleitkontakt zwischen Gleitelement und der Wellenscheibe entsteht bspw. beim Anlauf, wenn noch kein trennender Schmierfilm vorliegt). In general, it should therefore be noted that this functional layer system is applied to at least one sliding element (bearing shell, tilting segment) of a hydrodynamic sliding bearing so that, although it is the preforming of the sliding element absorbs, but not as previously known and common, sitting in direct sliding contact, where it is worn and destroyed. Since tilting segments or even areas of fixed-segment bearings are deformed by a load on the counter-rotor, the sensor does not necessarily have to be in contact. For this reason, a preferred embodiment, the sensor according to the invention to be applied to an underside of a tilting segment or on the end faces (axial surfaces) of a radial bearing. There, the deformation can then be recorded without being in direct sliding contact (a direct sliding contact between the sliding member and the wave washer is formed, for example, during start-up, when there is no separating lubricating film).
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Betriebszustandsüberwachung des zuvor beschriebenen hydrodynamischen Gleitlagers zeichnet sich durch die folgenden Schritte aus. Durch mindestens einen Sensor, der aus einem funktionellen Schichtsystem aufgebaut ist und auf mindestens einen Gleitelement des hydrodynamischen Gleitlagers aufgebracht ist, werden Messwerte über den Zustand des hydrodynamischen Gleitlagers erzeugt. Von einem Signalabgriffselement des Sensors werden dann über mindestens eine elektrische Leitung die Messwerte an eine Auswerteeinheit geleitet. In der Auswerteeinheit werden die Messwerte ausgewertet und daraus im Betrieb des hydrodynamischen Gleitlagers Aussagen über den Betriebszustand des hydrodynamischen Gleitlagers mit Blick auf Lasten, Verformung und Temperatur abgeleitet.The method according to the invention for operating state monitoring of the above-described hydrodynamic sliding bearing is characterized by the following steps. By at least one sensor, which is constructed from a functional layer system and is applied to at least one sliding element of the hydrodynamic sliding bearing, measured values are generated via the state of the hydrodynamic sliding bearing. From a signal pick-off element of the sensor, the measured values are then passed to an evaluation unit via at least one electrical line. In the evaluation unit, the measured values are evaluated and derived therefrom in the operation of the hydrodynamic sliding bearing statements about the operating state of the hydrodynamic plain bearing with regard to loads, deformation and temperature.
Grundsätzlich werden mit der Erfindung zwei Messaufgaben gelöst. Zum einen ermöglicht eine 3D-Sensorierung mindestens eines Gleitelements, vorzugsweise eine Mehrzahl von Kippsegmenten, eine Bestimmung der Dehnung in verschiedenen Richtungen und an verschiedenen Stellen des Gleitelements bzw. der Kippsegmente und zum anderen ermöglicht eine Sensorierung des Auflagedrucks sowie der Auflagepressung des Gleitelements bzw. der Kippsegmente, die aus dem sich im verengenden Schmierspalt bildenden Druckaufbau resultieren, die Detektierung der Gleitelement- bzw. Kippsegmentbelastung.Basically, two measurement tasks are solved with the invention. On the one hand allows a 3D sensor at least one sliding element, preferably a plurality of tilting segments, a determination of the strain in different directions and at different points of the sliding element or the Kippsegmente and on the other allows a sensor of the contact pressure and the contact pressure of the sliding element or the Tilting segments, which result from the pressure build-up formed in the narrowing lubricating gap, the detection of Gleitelement- or Kippsegmentbelastung.
Die 3D-Sensorierung dient insbesondere dazu Rückschlüsse auf den Schmierstoffdruck und ggf. auf die Schmierspalte zu ziehen. Anzumerken ist auch, dass das funktionelle Schichtsystem keinen zusätzlichen Verschleißschutz bietet. Somit dürfen die Sensoren auf dem Gleitelement bzw. den Kippsegmenten nicht kontaktiert oder überglitten werden, wie z.B. beim Anlauf. Das Gleitelement bzw. die Kippsegmente dürfen nur Druckkräfte erfahren. Dadurch sollte das funktionelle Schichtsystem nicht an Stellen angebracht werden, die bei einem Stillstand des hydrodynamischen Gleitlagers im Kontakt mit dem Gegenlaufpartner stehen (d. h. nicht auf Rastflächen). Die Aufbringung der verformungssensitiven Messschicht, sprich des funktionellen Schichtsystems, bietet sich daher an einer Unterseite des Gleitelements bzw. Kippsegments an, wobei ein Aufbringen des funktionellen Schichtsystems auf einer Oberseite des Gleitelements bzw. Kippsegments aber mit obiger Einschränkung ebenso möglich ist.In particular, the 3D sensor serves to draw conclusions about the lubricant pressure and possibly the lubrication gaps. It should also be noted that the functional layer system offers no additional wear protection. Thus, the sensors on the slider or tipping segments must not be contacted or over-slid, e.g. at startup. The sliding element or the tilting segments may only experience compressive forces. As a result, the functional layer system should not be applied to locations which are in contact with the mating partner when the hydrodynamic sliding bearing is at a standstill (ie not on latching surfaces). The application of the strain-sensitive measuring layer, that is to say the functional layer system, therefore lends itself to an underside of the sliding element or tilting segment, wherein application of the functional layer system on an upper side of the sliding element or tilting segment is also possible with the above restriction.
Die Sensorierung zur Detektierung der Gleitelement- bzw. Kippsegmentbelastung dient dem Rückschluss auf die Belastung des hydrodynamischen Gleitlagers insgesamt sowie der Erkennung von Wellenverkippungen. Diese Messaufgabe kann mit der vorstehenden verschriebenen Messaufgabe kombiniert als auch alleinstehend die Verwendung eines piezoresistiven Schichtsystems vorsehen.The sensor for detecting Gleitelement- or Kippsegmentbelastung serves to draw conclusions about the load on the hydrodynamic slide bearing as a whole and the detection of Wellenverkippungen. This measurement task can be combined with the above prescribed measurement task as well as provide the use of a piezoresistive layer system on its own.
Durch die Erfindung ist somit ein Sensor geschaffen, der einen hohen Integrationsgrad hat, da er kein eigenes Bauteil mehr darstellt und im direkten Umfeld des Gleitkontakts sitzt. Über Verformung können somit Last und Lastverteilung gemessen werden.The invention thus provides a sensor which has a high degree of integration, since it no longer represents a separate component and sits in the immediate vicinity of the sliding contact. By deformation, load and load distribution can be measured.
Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern. Die Größenverhältnisse in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind. Dabei zeigen:In the following, embodiments of the invention and their advantages with reference to the accompanying figures will be explained in more detail. The proportions in the figures do not always correspond to the actual size ratios, as some shapes are simplified and other shapes are shown enlarged in relation to other elements for ease of illustration. Showing:
Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele dar, wie das erfindungsgemäße hydrodynamische Gleitlager sowie das erfindungsgemäße Verfahren zur Betriebszustandsüberwachung eines hydrodynamischen Gleitlagers ausgestaltet sein können und stellen somit keine abschließende Begrenzung der Erfindung dar.For identical or equivalent elements of the invention, identical reference numerals are used. Furthermore, for the sake of clarity, only reference symbols are shown in the individual figures, which are required for the description of the respective figure. The illustrated embodiments are merely examples, such as Inventive hydrodynamic sliding bearing and the inventive method for operating state monitoring of a hydrodynamic sliding bearing can be configured and thus do not constitute a final limitation of the invention.
Obwohl sich die nachfolgende Beschreibung auf ein Gleitelement bezieht, das aus mehreren Kippsegmenten aufgebaut ist und bei einem Axial-Kippsegmentlager, Radial-Kippsegmentlager oder bei einer Kombination eines Axial-Kippsegmentlagers und Radial-Kippsegmentlagers Anwendung findet, soll dies nicht als Beschränkung der Erfindung aufgefasst werden.Although the following description refers to a sliding member constructed of a plurality of tilting segments and applied to an axial tilting pad bearing, radial tilting pad bearing or a combination of an axial tilting pad bearing and radial tilting pad bearing, this should not be construed as limiting the invention ,
Bei der in
In der in
Das Kippsegment
In der in
Bei der in
Das Kippsegment
In der in
Durch die in den
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- hydrodynamisches Gleitlager hydrodynamic plain bearing
- 33
- Trägerscheibe carrier disc
- 55
- Gleitelement, Kippsegment Sliding element, tilting segment
- 66
- Gleitfläche sliding surface
- 77
- Reibpartner, Wellenscheibe Friction partner, wave washer
- 99
- Welle wave
- 1111
- Sensor sensor
- 1313
- Messschicht, funktionelle Schichtsystem Measuring layer, functional layer system
- 1515
- Signalabgriffselement Signalabgriffselement
- 1717
- elektrische Leitung electrical line
- 1919
- Auswerteeinhei Auswerteeinhei
- 2121
- Oberseite top
- 2323
- Unterseite bottom
- 2525
- Stirnfläche face
- 2727
- Kippsteg tilting
- RR
- Radius der Trägerscheibe Radius of the carrier disk
- NN
- Windung convolution
Claims (10)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Applications Claiming Priority (1)
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