DE102014217979A1 - Lubricant quality module for rolling bearings and lubricant monitoring system - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schmierstoffqualitätsmodul (01) für ein Wälzlager und eine Schmierstoffüberwachungsanordnung mit einem solchen Modul. Das Schmierstoffqualitätsmodul umfasst einen Sensor (02) zur optischen Erfassung von Kennwerten eines im Wälzlager befindlichen Schmierstoffs. Der Sensor (02) umfasst eine Sendeeinheit (03) zum Aussenden optischer Sendesignale an eine mit dem Schmierstoff in Kontakt stehende Messstelle und eine Detektionseinheit (04, 05) zum Empfang optischer Messsignale von der Messstelle. Die erfindungsgemäße Schmierstoffüberwachungsanordnung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass der Sensor (02) mit dem Schmierstoff nicht in Berührung steht. Stattdessen sind mindestens zwei Lichtleiter (10, 12) zum Übertragen der Sendesignale und der Messsignale vorgesehen. Die der Messstelle zugewandten Enden der Lichtleiter (10, 12) sind innerhalb einer Bündelhülse (13) angeordnet, wobei die Bündelhülse (13) an ihrem der Messstelle zugewandten Ende (14) eine lichtdurchlässige Deckseite (15) aufweist.The present invention relates to a lubricant quality module (01) for a rolling bearing and to a lubricant monitoring arrangement with such a module. The lubricant quality module comprises a sensor (02) for the optical detection of characteristic values of a lubricant in the rolling bearing. The sensor (02) comprises a transmitting unit (03) for emitting optical transmission signals to a measuring point in contact with the lubricant and a detection unit (04, 05) for receiving optical measuring signals from the measuring point. The lubricant monitoring arrangement according to the invention is characterized in particular by the fact that the sensor (02) is not in contact with the lubricant. Instead, at least two optical fibers (10, 12) are provided for transmitting the transmission signals and the measurement signals. The measuring point facing the ends of the light guide (10, 12) are arranged within a bundle sleeve (13), wherein the bundle sleeve (13) at its end facing the measuring point (14) has a light-permeable cover side (15).
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schmierstoffqualitätsmodul für ein Wälzlager umfassend einen Sensor zur optischen Erfassung von Kennwerten eines im Wälzlager befindlichen Schmierstoffs. Außerdem betrifft die Erfindung eine Schmierstoffüberwachungsanordnung.The present invention relates to a lubricant quality module for a rolling bearing comprising a sensor for optically detecting characteristics of a lubricant in the rolling bearing. Moreover, the invention relates to a lubricant monitoring arrangement.
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Wälzlager werden bekanntlich mit entsprechenden Fetten oder Ölen geschmiert, um das Abrollen der Wälzkörper auf den Laufbahnen zu verbessern. Diese Schmierstoffe haben jedoch nur eine begrenzte Haltbarkeit. In der Vergangenheit wurden Wälzlager in der Regel zeitabhängig nachgefettet. Fettmengen und Schmierintervalle wurden hierfür rechnerisch ermittelt. Aus letzter Zeit sind Lösungen bekannt, welche eine bedarfsgerechte Schmierung von Wälzlagern ermöglichen. Hierzu werden die Schmierstoffe auf ihre Eignung analysiert. Aus der Analyse des Schmierstoffs können weiterhin auch wichtige Aufschlüsse über den Zustand des Wälzlagers, insbesondere aufgetretenen Verschleiß gegeben werden. Rolling bearings are known to be lubricated with appropriate fats or oils to improve the rolling of the rolling elements on the raceways. However, these lubricants have only a limited shelf life. In the past, rolling bearings were usually greased depending on the time. Fat quantities and lubrication intervals were determined by calculation. Lately solutions are known which allow a needs-based lubrication of rolling bearings. For this purpose, the lubricants are analyzed for their suitability. From the analysis of the lubricant can also be given important information about the condition of the bearing, in particular occurred wear.
Die
Von der Anmelderin ist ein unter der Bezeichnung FAG GreaseCheck vertriebener Fettsensor bekannt, welcher eine Analyse des Schmierfetts in Wälzlagern im laufenden Betrieb ermöglicht. Der Fettsensor überprüft permanent den Fettzustand und schlägt Alarm, sobald kritische Veränderungen auftreten. Hierdurch kann von der zeit- auf die bedarfsgesteuerte Schmierung umgestellt werden. Außerdem wird ein Eingreifen ermöglicht, bevor eine Schädigung des Wälzlagers aufgrund mangelhafter Schmierung entsteht. Der Fettsensor ist in einer Gehäusebohrung möglichst nahe am Wälzlager angeordnet. Er befindet sich zumindest teilweise im Schmierstoff. Mit dem Fettsensor werden optisch der Wassergehalt, die Trübung, der thermische und mechanische Verschleiß sowie die Fetttemperatur direkt in der Lagerung gemessen. Die Messdaten werden mittels Kabel zur Auswerteeinheit übertragen. Die Auswerteeinheit generiert ein analoges Signal, welches den Anwender über den Zustand des Schmierstoffes informiert. Auf diese Weise lassen sich Zustandsänderungen des Schmierstoffes zeitnah erkennen, lange bevor Schäden im Wälzlager durch Schwingungsänderungen messbar sind. Somit ist der Schmierstoffaustausch genau planbar. Die Ermittlung der Messdaten erfolgt durch ein optisches Nah-Infrarot-Reflexionsverfahren. Hierzu muss sich der Sensorkopf im Schmierstoff befinden. Nachteilig an der vorbekannten Lösung ist, dass die optische Einheit des Fettsensors relativ aufwendig ist. Die Signalaufbereitung ist ebenfalls mit beträchtlichem Aufwand verbunden. Nicht zuletzt wird auch ein gewisser Einbauraum für den Fettsensor benötigt.The applicant discloses a grease sensor marketed under the name FAG GreaseCheck, which makes it possible to analyze the lubricating grease in rolling bearings during operation. The grease sensor permanently checks the grease condition and sounds an alarm when critical changes occur. As a result, it is possible to switch from time to demand-based lubrication. In addition, intervention is made possible before damage to the rolling bearing occurs due to inadequate lubrication. The grease sensor is arranged in a housing bore as close as possible to the rolling bearing. He is at least partially in the lubricant. The fat sensor visually measures the water content, the turbidity, the thermal and mechanical wear as well as the fat temperature directly in the storage. The measured data are transmitted by cable to the evaluation unit. The evaluation unit generates an analog signal, which informs the user about the condition of the lubricant. In this way, state changes of the lubricant can be detected promptly, long before damage in the rolling bearing can be measured by vibration changes. Thus, the lubricant exchange is precisely planned. The measurement data are determined by an optical near-infrared reflection method. For this, the sensor head must be in the lubricant. A disadvantage of the previously known solution is that the optical unit of the grease sensor is relatively expensive. The signal conditioning is also associated with considerable effort. Last but not least, a certain installation space is required for the grease sensor.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Schmierstoffqualitätsmodul für ein Wälzlager zur Verfügung zu stellen, welches eine aufwandsarme Messung der erforderlichen Sensordaten ermöglicht, einen möglichst geringen Bauraum benötigt und in einem großen Temperaturbereich einsetzbar ist.The object of the present invention is to provide a lubricant quality module for a rolling bearing, which allows a low-cost measurement of the required sensor data, requires the smallest possible space and can be used in a wide temperature range.
Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe dient ein Schmierstoffqualitätsmodul gemäß dem beigefügten Anspruch 1. To achieve the object according to the invention, a lubricant quality module according to the appended claim 1 is used.
Das erfindungsgemäße Schmierstoffqualitätsmodul für ein Wälzlager umfasst zunächst einen Sensor zur optischen Erfassung von Kennwerten eines im Wälzlager befindlichen Schmierstoffs. Der Sensor beinhaltet eine Sendeeinheit zum Aussenden optischer Sendesignale an eine mit dem Schmierstoff in Kontakt stehende Messstelle und eine Detektionseinheit zum Empfang optischer Messsignale von der Messstelle. Der Sensor steht im Betrieb nicht mit dem Schmierstoff in Berührung, ist also entfernt von der Messstelle positionierbar. Das Schmierstoffqualitätsmodul umfasst weiterhin mindestens zwei Lichtleiter zum Übertragen der Sendesignale und der Messsignale. Die der Messstelle zugewandten Enden der Lichtleiter sind innerhalb einer Bündelhülse angeordnet. Die Bündelhülse weist an ihrem im eingebauten Zustand der Messstelle zugewandten Ende eine lichtdurchlässige Deckseite auf. Die lichtdurchlässige Deckseite dient als Schutzschicht und steht im Betrieb mit dem Schmierstoff im Lager in Kontakt. Die Bündelhülse ist vorzugsweise mechanisch an der Messstelle bzw. in unmittelbarer Nähe der Messstelle mit dem Wälzlager verbunden.The lubricant quality module according to the invention for a rolling bearing initially comprises a sensor for the optical detection of characteristic values of a lubricant in the rolling bearing. The sensor includes a transmitting unit for emitting optical transmission signals to a measuring point in contact with the lubricant and a detection unit for receiving optical measuring signals from the measuring point. The sensor is not in contact with the lubricant during operation, so it can be positioned away from the measuring point. The lubricant quality module further comprises at least two optical fibers for transmitting the transmission signals and the measurement signals. The measuring point facing the ends of the optical fibers are arranged within a bundle sleeve. The bundle sleeve has on its in the installed state of the measuring point facing the end of a translucent cover page. The translucent cover serves as a protective layer and is in contact with the lubricant in the bearing during operation. The bundle sleeve is preferably mechanically connected to the measuring point or in the immediate vicinity of the measuring point with the rolling bearing.
Ein wesentlicher Vorteil des Schmierstoffqualitätsmoduls ist darin zu sehen, dass durch die verwendeten Lichtleiter zur Übertragung der Sende- und Messsignale erfindungsgemäß auf eine Anordnung des Sensors unmittelbar an der Messstelle im Schmierstoff verzichtet werden kann. Die an der Messstelle befindliche Bündelhülse benötigt wesentlich weniger Bauraum als der Sensor. Somit kann auch an Stellen, bei denen der zur Verfügung stehende Bauraum sehr gering ist, eine Messung erfolgen. Weiterhin ist vorteilhaft, dass Bündelhülse und Lichtleiter problemlos für einen Einsatz in einem großen Temperaturbereich dimensioniert werden können. An essential advantage of the lubricant quality module is the fact that according to the invention can be dispensed with an arrangement of the sensor directly at the measuring point in the lubricant by the optical fibers used for transmitting the transmission and measurement signals. The bundle sleeve located at the measuring point requires considerably less installation space than the sensor. Thus, even in places where the available space is very low, take a measurement. Furthermore, it is advantageous that bundle sleeve and light guide can be easily dimensioned for use in a wide temperature range.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform befindet sich der Sensor außerhalb des Wälzlagers. Der Sensor ist somit nicht unmittelbar den im Wälzlager herrschenden Betriebsbedingungen ausgesetzt. According to a preferred embodiment, the sensor is outside the rolling bearing. The sensor is thus not directly exposed to the prevailing operating conditions in the rolling bearing.
Das Schmierstoffqualitätsmodul ist vorzugsweise mit einer Signalaufbereitungseinheit zur Aufbereitung der Messsignale ausgestattet. Mittels Signalaufbereitungseinheit werden die Messsignale in eine für die weitere Verarbeitung zweckmäßige Form umgewandelt. Die optischen Messsignale werden vorzugsweise in elektrische Signale umgewandelt. The lubricant quality module is preferably equipped with a signal conditioning unit for processing the measurement signals. By means of signal conditioning unit, the measuring signals are converted into a form suitable for further processing. The optical measuring signals are preferably converted into electrical signals.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform erfolgt eine Übertragung der aufbereiteten Messsignale mittels einer geeigneten Schnittstelle an eine außerhalb des Wälzlagers befindliche Auswerteeinheit. Die aufbereiteten Messsignale werden zweckmäßigerweise mittels Systembus an die Auswerteeinheit übertragen.According to an advantageous embodiment, a transmission of the conditioned measurement signals by means of a suitable interface to an evaluation unit located outside of the rolling bearing takes place. The processed measuring signals are expediently transmitted to the evaluation unit by means of a system bus.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform verwendet ein Gehäuse zur Aufnahme der Sende- und Detektionseinheit des Sensors. Die mit der Sende- und der Detektionseinheit verbundenen Lichtleiter erstrecken sich aus einer Seite des Gehäuses heraus, wobei sich die Lichtleiter vorzugsweise parallel zueinander erstrecken. Auf der hierzu gegenüberliegenden Seite des Gehäuses ist vorzugsweise die für den Datenaustausch mit der Auswerteeinheit vorgesehene elektrische Schnittstelle angeordnet.A further advantageous embodiment uses a housing for receiving the transmission and detection unit of the sensor. The optical fibers connected to the transmitting and the detection unit extend out of one side of the housing, the optical fibers preferably extending parallel to one another. On the opposite side of the housing, the intended for the data exchange with the evaluation unit electrical interface is preferably arranged.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausführungsform besteht die lichtdurchlässige Deckseite der Bündelhülse aus Glas. Für die Deckseite können natürlich auch andere, lichtdurchlässige Materialien gewählt werden. Hierbei ist zu beachten, dass das gewählte Material beständig gegenüber dem verwendeten Schmierstoff ist. Außerdem sollte es für Einsatzzwecke im Hochtemperaturbereich auch hohen Temperaturen standhalten können.According to an expedient embodiment, the light-permeable cover side of the bundle sleeve consists of glass. Of course, other, translucent materials can be chosen for the top side. It should be noted that the selected material is resistant to the lubricant used. It should also be able to withstand high temperatures for high temperature applications.
Die Hohlräume zwischen den in der Bündelhülse befindlichen Lichtleiterenden sind nach einer vorteilhaften Ausführungsform mittels Vergussmasse gefüllt. Hierdurch werden die Lichtleiterenden in ihre Lage zueinander fixiert. Gleichzeitig wird das Innere der Bündelhülse vor Verunreinigungen und Feuchtigkeit geschützt.The cavities between the optical fiber ends located in the bundle sleeve are filled according to an advantageous embodiment by means of potting compound. As a result, the optical fiber ends are fixed in their position to each other. At the same time, the interior of the bundle sleeve is protected from contamination and moisture.
Das Schmierstoffqualitätsmodul weist zweckmäßigerweise einen Anschluss für eine Spannungsversorgung zur Versorgung des Sensors mit elektrischer Energie auf.The lubricant quality module expediently has a connection for a voltage supply for supplying the sensor with electrical energy.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Detektionseinheit einen Messdetektor und einen Referenzdetektor. According to a further preferred embodiment, the detection unit comprises a measuring detector and a reference detector.
Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, die Lichtleiter so auszuführen, dass sie für den Hochtemperatureinsatz geeignet sind.It has proven to be advantageous to design the light guides so that they are suitable for high-temperature use.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:Preferred embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the accompanying figures. Show it:
Detaillierte Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings
An die Sammeleinheit
Das erfindungsgemäß verwendete Messprinzip ist aus dem Stand der Technik bereits hinlänglich bekannt, beispielsweise verwendet der in der Beschreibungseinleitung genannte Fettsensor FAG GreaseCheck der Anmelderin ein ähnliches Messprinzip, so dass an dieser Stelle auf eine weiterführende Funktionsbeschreibung verzichtet werden kann. Die von den Sendern
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 0101
- Schmierstoffqualitätsmodul Lubricant Quality Module
- 0202
- Sensor sensor
- 0303
- Sender transmitter
- 0404
- Messdetektor measuring detector
- 0505
- Referenzdetektor reference detector
- 0606
- Leiterplatte circuit board
- 0707
- Signalaufbereitungseinheit Signal conditioning unit
- 0808
- Gehäuse casing
- 0909
- Sammeleinheit collection unit
- 1010
- erster Lichtleiter first light guide
- 1111
- 1212
- zweiter Lichtleiter second light guide
- 1313
- Bündelhülse bundle sheath
- 1414
- freies Ende der Bündelhülse free end of the bundle sleeve
- 1515
- Deckseite cover page
- 1616
- 1717
- Schnittstelle interface
- 1818
- Vergussmasse potting compound
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- 2014-09-09 DE DE102014217979.3A patent/DE102014217979B4/en active Active
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