DE102014219312A1

DE102014219312A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Nachschmieren eines Wälzlagers

Info

Publication number: DE102014219312A1
Application number: DE102014219312.5A
Authority: DE
Inventors: Fabian Hudert; Reiner Wagner; Florian Wohlfeil
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2014-09-24
Filing date: 2014-09-24
Publication date: 2016-03-24
Also published as: WO2016045917A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Nachschmieren eines Wälzlagers (1), bei dem ein Schmiermittel in den Bereich der Wälzkörper (2) eingebracht wird, sobald eine Analyse des Schmiermittels ein Nachschmieren erforderlich macht. Um eine schnelle, einfache und kostengünstige Bestimmung des Zeitpunkts zu ermöglichen, zu dem eine Nachschmierung des Lagers erfolgen muss, sieht das erfindungsgemäße Verfahren die Schritte vor: a) Kontinuierliche Detektion des Schmiermittelzustands mittels eines Sensorelements (3) im Betrieb des Wälzlagers (1); b) Auswerten des gemessenen Sensorsignals in einer Steuerungseinheit (4); c) Veranlassung der Nachschmierung des Wälzlagers (1) mit einem Schmiermittel (5) durch die Steuerungseinheit (4), sobald das gemessene Sensorsignal in einem vorgegebenen Bereich liegt. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Nachschmieren eines Wälzlagers, bei dem ein Schmiermittel in den Bereich der Wälzkörper eingebracht wird, sobald eine Analyse des Schmiermittels ein Nachschmieren erforderlich macht. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Bei Wälzlagern ist eine Schmierung des Laufbahn- bzw. Wälzkörperbereichs zwingend, um eine hinreichende Gebrauchsdauer der Lagerung zu erzielen. Das Schmiermittel, d. h. das Schmieröl oder Schmierfett, ist dabei Alterungsprozessen unterworfen, so dass im Laufe der Zeit nicht mehr sichergestellt werden kann, dass das Schmiermittel noch hinreichende Schmiereigenschaften aufweist. Weiterhin kann es bei bestimmten Anwendungen auch zum Eintrag von Feuchtigkeit (Wasser) kommen, was sich negativ auf die Schmierfähigkeit des Schmiermittels auswirkt.
Insbesondere große Wälzlager, wie sie beispielsweise bei Windenergieanlagen oder im Schwermaschinenbau eingesetzt werden, haben im Betrieb die Notwendigkeit der Nachschmierung. Dabei ist es nachteilig bislang nicht möglich, den aktuellen Zustand des Lagerfettes bzw. Lageröls im Betrieb genau und schnell zu detektieren.
Daher wird bislang so vorgegangen, dass eine Nachschmierung des Lagers auf der Basis von Erfahrungswerten erfolgt. Ob indes tatsächlich die jeweils benötigte Fettmenge zum richtigen Zeitpunkt an den richtigen Schmierort gelangt, kann nicht gewährleistet werden.
Mitunter erfolgt auch eine Entnahme von Schmierfett aus dem Lager, um die Probe dann zu untersuchen, beispielsweise in einem Labor. Insoweit kann dann natürlich nur eine Nachschmierung mit Zeitverzug und infolge der Notwendigkeit der Analyse des Schmierfetts mit entsprechend hohen Kosten erfolgen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung bereit zu stellen, mit der eine schnelle, einfache und kostengünstige Bestimmung des Zeitpunkts möglich ist, zu dem eine Nachschmierung des Lagers erfolgen muss.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Schritte aufweist:

a) Kontinuierliche Detektion des Schmiermittelzustands mittels eines Sensorelements im Betrieb des Wälzlagers;
b) Auswerten des gemessenen Sensorsignals in einer Steuerungseinheit;
c) Veranlassung der Nachschmierung des Wälzlagers mit einem Schmiermittel durch die Steuerungseinheit, sobald das gemessene Sensorsignal in einem vorgegebenen Bereich liegt (Soll-Ist-Vergleich bezüglich des Sensorsignals).

Bei der Durchführung des obigen Schritts a) wird dabei das Schmiermittel bevorzugt einer ATR-Infrarotspektroskopie unterzogen.
Alternativ ist es auch möglich, dass bei der Durchführung des obigen Schritts a) die elektrische Leitfähigkeit des Schmiermittels gemessen wird.
Bei der Durchführung des obigen Schritts c) wird vorzugsweise eine vorgegebene Menge Schmiermittel in das Wälzlager eingegeben.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfasst folgende Elemente:

– ein Wälzlager mit Schmiermittel,
– ein Sensorelement zur Detektion eines Parameters, der für den Schmiermittelzustand des Schmiermittels charakteristisch ist,
– eine Steuerungseinheit, die mit dem Sensorelement in Verbindung steht und geeignet ist, den Parameter des Schmiermittels zu messen,
– eine Schmiereinheit, die mit der Steuerungseinheit in Verbindung steht und geeignet ist, Schmiermittel in das Wälzlager zu fördern.

Das Sensorelement ist dabei bevorzugt ein Lichtwellenleiter.
Alternativ kommt als Sensorelement ein elektrisches Widerstandsmesselement zum Einsatz.
Die Erfindung stellt somit ein Analyseverfahren bzw. eine entsprechende Vorrichtung bereit, mit der eine stets aktuelle und extrem zeitnahe Fettanalyse im Betrieb eines Lagers erfolgen kann. Damit kann dann eine bedarfsgerechte Nachschmierung des Lagers erfolgen, die weder zu früh und damit unnötig erfolgt, noch den Zeitpunkt der optimalen Nachschmierung überzieht und so Lagerschäden hervorrufen kann.
Das vorgeschlagene System kommt insbesondere bei Großlagern zum Einsatz.
Somit wird es möglich, eine online-Fettanalyse zu realisieren, so dass ohne Verzug ein vorzugsweise automatisiertes Nachschmieren des Wälzlagers erfolgen kann, sobald dies nötig bzw. sinnvoll ist.
Somit kann unverzüglich und automatisch festgestellt werden, ob das sich im Wälzlager befindliche Fett verbraucht ist, ausgeblutet ist bzw. ob ein Fettwechsel erforderlich ist.
Zur bevorzugt eingesetzten ATR-Infrarotspektroskopie ist zu sagen, dass diese eine Probentechnik der Infrarotspektroskopie ist, die sich besonders für die Oberflächenuntersuchung von undurchsichtigen Stoffen eignet, wie es auch für ein Lager-Schmierfett gilt. Dabei wird die Intensität des reflektierten Lichts gemessen, was Rückschlüsse auf das absorbierende Medium zulässt. Zentrales Element des Verfahrens ist ein Lichtwellenleiter, in dem Strahlung in Totalreflexion geführt wird (sogenanntes Reflexionselement). Der Lichtwellenleiter kann ein Prisma, eine Faser ohne Mantel oder ein spezieller ATR-Kristall sein, in dem Mehrfachreflexionen möglich sind. Bei Totalreflexion bilden sich hinter der reflektierenden Grenzfläche sog. evaneszente Wellen aus. Diese haben etwa die Reichweite einer Wellenlänge. Wird nun das Schmierfett nahe an die Oberfläche des Lichtwellenleiters gebracht, kann dieses mit der evaneszenten Welle wechselwirken. Das im Wellenleiter geführte Licht wird abgeschwächt. Somit kann aus dem Lichtsignal auf die (Schmier)Eigenschaft des Wälzlagerfetts oder -öls geschlossen werden.
Anders gesagt, trifft bei der ATR-Infrarotspektroskopie ein Laserstrahl auf ein Kristall bzw. auf eine Faser und wird dort gebrochen. Das sich am Kristall anlagernde Schmierfett verändert so seine Wellenlänge, was Rückschlüsse auf den Fettzustand zulässt.
Der Fettzustand kann alternativ auch durch Nutzung eines optischen oder elektrischen Sensors erfasst werden, wobei insbesondere die elektrische Leitfähigkeit als Messparameter geeignet ist. Auch dieser Parameter erlaubt einen Rückschluss auf den Zustand des Schmierfetts, d. h. auf den Fettzustand im Wälzlager.
Die Fettanalyse kann dann mit einem Direktsteuersystem zur zustandsabhängigen Nachschmierung genutzt werden; es wird somit eine automatische Nachschmierung zum optimalen Zeitpunkt möglich.
Die benötigte Sensorik ist in vorteilhafter Weise wartungsfrei und betriebssicher. Sie ist fachmännisch so ausgebildet und im Wälzlager so angeordnet, dass das Schmierfett durch den Betrieb bzw. die die Rotation im Wälzlagers umgewälzt am Sensor vorbeigefügt wird. Eine Anordnung des Sensors im „unswept volume“ des Lagers ist dabei anzustreben.
Das vorgeschlagene Verfahren bzw. die korrespondierende Vorrichtung stellt somit ein Gesamtkonzept bereit, das das Wälzlager selber, die hier verwirklichte Mechatronik und Serviceaspekte umfasst.
In vorteilhafter Weise kann eine Mengenoptimierung des eingesetzten Schmierstoffs erfolgen, was die Resourcen und die Umwelt schont.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die einzige Figur zeigt schematisch ein Wälzlager, das mit einer erfindungsgemäße Möglichkeit zur Überwachung und Nachschmierung mit Schmierfett ausgestattet ist.
In der Figur ist ein Wälzlager 1 zu sehen, das Wälzkörper 2 aufweist. Das Wälzlager 1 ist mit Schmiermittel 5 in Form von Lagerfett geschmiert.
Um den optimalen Zeitpunkt für das Nachschmieren des Wälzlagers 1 zu bestimmen, weist das Wälzlager 1 ein Sensorelement 3 auf, das vorliegend als Lichtwellenleiter ausgebildet ist, um das oben erläuterte und an sich bekannte Verfahren der ATR-Infrarotspektroskopie durchführen zu können.
Das Signal des Sensorelements 3 wird einer Steuerungseinheit 4 zugeleitet, in der es ausgewertet wird. In Abhängigkeit des ermittelten Zustands des Schmiermittels entscheidet die Steuerungseinheit 4 dann, ob eine Nachschmierung erfolgen soll oder ob dies noch Zeit hat. Hierzu sind entsprechende Grenzwerte für den gemessenen Parameter gespeichert.
Ist eine Nachschmierung fällig, steuert die Steuerungseinheit 4 eine Schmiereinheit 6 an, die aus einem Reservoir Schmierfett ins Wälzlager 1 einspritzt. Dies erfolgt so, dass pro veranlasster Nachschmierung eine definierte Menge Schmiermittel 5 ins Wälzlager 1 eingegeben wird.
Die erläuterte Anordnung erlaubt somit eine automatische Nachschmierung des Wälzlagers 1 genau zum optimalen Zeitpunkt. Somit wird ein Überschmieren verhindert, das Wälzlager 1 wird aber auch davor bewahrt, dass zu wenig bzw. zu altes und verbrauchtes Schmiermittel zum Einsatz kommt.
Bezugszeichenliste

1: Wälzlager
2: Wälzkörper
3: Sensorelement
4: Steuerungseinheit
5: Schmiermittel
6: Schmiereinheit

Claims

Verfahren zum Nachschmieren eines Wälzlagers (1), bei dem ein Schmiermittel in den Bereich der Wälzkörper (2) eingebracht wird, sobald eine Analyse des Schmiermittels ein Nachschmieren erforderlich macht, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Schritte aufweist: a) Kontinuierliche Detektion des Schmiermittelzustands mittels eines Sensorelements (3) im Betrieb des Wälzlagers (1); b) Auswerten des gemessenen Sensorsignals in einer Steuerungseinheit (4); c) Veranlassung der Nachschmierung des Wälzlagers (1) mit einem Schmiermittel (5) durch die Steuerungseinheit (4), sobald das gemessene Sensorsignal in einem vorgegebenen Bereich liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Durchführung von Schritt a) gemäß Anspruch 1 das Schmiermittel einer ATR-Infrarotspektroskopie unterzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Durchführung von Schritt a) gemäß Anspruch 1 die elektrische Leitfähigkeit des Schmiermittels gemessen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Durchführung von Schritt c) gemäß Anspruch 1 eine vorgegebene Menge Schmiermittel in das Wälzlager (1) eingegeben wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung umfasst: – ein Wälzlager (1) mit Schmiermittel (5), – ein Sensorelement (3) zur Detektion eines Parameters, der für den Schmiermittelzustand des Schmiermittels (5) charakteristisch ist, – eine Steuerungseinheit (4), die mit dem Sensorelement (3) in Verbindung steht und geeignet ist, den Parameter des Schmiermittels (5) zu messen, – eine Schmiereinheit (6), die mit der Steuerungseinheit (4) in Verbindung steht und geeignet ist, Schmiermittel (5) in das Wälzlager (1) zu fördern.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (3) ein Lichtwellenleiter ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (3) ein elektrisches Widerstandsmesselement ist.