-
Gebiet der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fanglager mit einem Speicherelement für eine Magnetlagerung zur Belastungsüberwachung des Fanglagers. Weiter betrifft die Erfindung ein computerimplementiertes Verfahren zur Belastungsüberwachung eines Fanglagers und Computerprogrammprodukt zur Ausführung des computerimplementierten Verfahrens.
-
Hintergrund der Erfindung
-
Bei einer aktiven Magnetlagerung wird der Rotor berührungsfrei durch aktiv geregelte elektromagnetische Kräfte gestützt. Unter Umständen bei denen es zu einem Ausfall oder Störung der Magnetlagerung führen kann, dient in der Regel ein Fanglager als Notfalllagerungssystem. Ein Fanglager fängt dabei den nicht mehr magnetisch gelagerten Rotor auf und bremst ihn möglichst kontrolliert ab oder unterstützt ihn wieder zurück in den Orbit zu gelangen. Ein Fanglager schützt also den Rotor vor dem Kontakt mit den übrigen Maschinenteilen.
-
Bei einem Absturz des Rotors wirken hohe Kontaktkräfte. Daher wird in der Regel eine Anzahl von „touch downs“, also die Berührungen des Rotors mit dem Fanglager beziehungsweise ein hartes Auffangen des Rotors aus hoher Drehzahl, über die Lagernutzungsdauer festgelegt. Es ist üblich, dass eine Anzahl von „touch downs“ bei kommerziellem Einsatz einer Magnetlagerung, also insbesondere des Fanglagers, vertraglich zugesichert wird.
-
Zur Nachverfolgung und nachträglichen Fehlerdiagnose bei einer Fehlfunktion der Magnetlagerung, beispielsweise beim Austreten der Welle aus einem definierten Orbit, was ein Indiz für einen Fanglagerkontakt sein kann, wird ein Fehlerspeicher, ein sogenannter Trip-Buffer oder auch Ringpuffer, mit Daten gefüllt. Der Ringpuffer ist in der Regel Teil der Magnetlagersteuerung. Die Fehlfunktion wird durch die in der Magnetlagerung vorhandenen Sensorik erkannt. Im Ringpuffer werden relevante Messdaten, wie Magnetlagerströme, Positionen der Welle und Temperaturen, für einen Zeitraum von vor und nach dem Fehlerereignis, sowie der Fehlerzeitpunkt und andere Kenndaten gespeichert. Aus diesen Daten kann im Nachhinein unter anderem auf die Belastung des Fanglagers geschlossen werden.
-
Der Ringpuffer besitzt in der Regel eine feste Speichergröße mit einem begrenzten Speicherplatz. Weiter werden in der Regel die ältesten Inhalte überschrieben, wenn der Puffer voll ist und weitere Elemente in den Ringpuffer abgelegt werden müssen. In der Praxis kann es also vorkommen, dass nicht alle Fehlerereignisse langfristig gespeichert werden, da ältere Daten überschrieben werden können. Weiter kann in einer Magnetlagerung das Fanglager ausgetauscht werden, was schließlich dazu führt, dass eine eindeutige Zuordnung des Eintrags im Fehlerspeicher mit dem jeweils genutzten Fanglager erschwert wird. In der Praxis werden zur Lösung dieses Problems manuell separate Listen geführt, wobei der Zugriff auf die Daten im Fehlerspeicher händisch erfolgen muss.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine eindeutige Nachvollziehbarkeit über die Belastungen einzelner Lagerstellen eines Fanglagers über die Lebensdauer hinweg zu ermöglichen. Dabei sollen die Nachteile der begrenzten Datenspeicherung im Ringpuffer der Magnetlagersteuerung und der aufwendigen manuellen Datenauswertung über separat geführte Listen vermieden werden.
-
Diese Aufgabe wird durch ein Fanglager für eine Magnetlagerung gelöst, die einen Innenring und einen Außenring umfasst, wobei ein Speicherelement integriert ist. In einer Ausführungsform ist das Speicherelement in den Außenring integriert. In einer anderen Ausführungsform umfasst das Fanglager weiter ein Gehäuse und das Speicherelement ist in das Gehäuse integriert. Das Speicherelement kann aber auch an jeder anderen geeigneten Stelle am Fanglager integriert sein, beispielsweise an der Dichtung beziehungsweise dem Dichtring. Die Integration kann beispielsweise mithilfe einer Vertiefung, wie einem Sackloch, oder in den Lüftungsbohrungen des Gehäuses, das eineindeutig mit dem Fanglager verbunden ist, oder Ähnlichem, erfolgen.
-
In einer Ausführungsform ist das Speicherelement mit elektromagnetischen Wellen beschreibar und/oder lesbar. Ein „radio-frequency identification chip (RFID)“ (englisch) kann beispielsweise eine solche Funktion bereitstellen. Aber auch jedes andere Speicherelement, das kontaktlos beschreibar und/oder lesbar ist kann erfindungsgemäß verwendet werden.
-
In einer Ausführungsform ist das Fanglager als Wälzlager ausgebildet. In einer anderen Ausführungsform ist das Fanglager als Gleitlager ausgebildet.
-
Weiter von der Erfindung umfasst ist eine Magnetlagerung mit einem Rotor, mindestens einem Sensor zur Erfassung einer physikalischen Größe und einer Magnetlagersteuerung mit einem Fehlerspeicher. Der Fehlerspeicher ist geeignet, Sensordaten des mindestens einen Sensors und dazugehörige Kenndaten der Magnetlagerung zu speichern. Die Magnetlagerung hat weiter ein Fanglager wie zuvor beschrieben, wobei die Magnetlagersteuerung der Magnetlagerung und das Speicherelement des Fanglagers über eine Datenverbindung für eine Datenkommunikation verbunden sind.
-
In einer Ausführungsform umfasst die Magnetlagerung ein Gerät das geeignet ist, die Datenverbindung für die Datenkommunikation mit elektromagnetischen Wellen herzustellen. Ein solches Gerät ist beispielsweise ein RFID Reader/Writer (englisch), der allgemein bekannt ist.
-
Der Einsatz eines solchen in das Fanglager integrierten Speicherelements, welches kontaktlos beschrieben und ausgelesen werden kann, kann vorteilhaft jede Lagerstelle eines Fanglagers mit einem individuellem Logbuch über Ereignisse versehen. Dadurch können vereinbarte Qualitäts- und Sicherheitskennzahlen oder zugesagte Betriebseigenschaften mit geringem Aufwand aufgezeichnet werden. Solche Aufzeichnungen können beispielsweise umfassen: Magnetlagerströme, Anzahl der Abstürze des Rotors, besondere Belastungssituationen, Temperatureinflüsse, Stoß- und Schlagbelastungen, überkritischer Betrieb oder erfolgte Nachschmierungen. Zudem kann auch eine Verknüpfung zu den Daten im Ringpuffer der Maschinensteuerung hergestellt werden, also zu den Kenn- und Betriebsdaten der Magnetlagerung zum Zeitpunkt eines Ereignisses, wie einem Fehlerereignis. So ist es möglich, dass solche Kenn- und Betriebsdaten mit auf das Speicherelement übermittelt werden, oder es ist auch möglich, dass eine Verknüpfung zu den Daten im Ringpuffer der Magnetlagersteuerung, beispielsweise dem Dateinamen, auf dem Speicherelement gespeichert wird. Somit kann nach der Auslieferung eines Fanglagers eine datenverarbeitungstechnisch eindeutige Nachvollziehbarkeit sichergestellt werden. Eine Zuordnung, welches Lager an welcher Stelle verbaut wurde, ist also möglich. Besonders vorteilhaft ist es, dass die Daten auf dem Speicherelement drahtlos ausgelesen werden können. Durch die zuordenbare Historie kann der Lagertausch geplant werden. Auch kann mit den individuellen Logbuchdaten das Anlagenverhalten (Anzahl der Abstürze und betroffene Lagestellen) für statistische Zwecke zur Produktoptimierung und zum Know-How Aufbau hinsichtlich spezifischer Anwendungsfälle für Magnetlagerungen genutzt werden.
-
Weiter von der Erfindung umfasst ist ein Verfahren zur Belastungsüberwachung eines Fanglagers einer Magnetlagerung, wobei die Magnetlagerung eine Magnetlagersteuerung umfasst. Das Verfahren umfasst das Detektieren einer Fehlfunktion der Magnetlagerung. Eine solche Fehlfunktion ist beispielsweise der Absturz einer Welle. Es kann aber auch ein Trigger, wie eine zeitliche Taktung, zur Auslösung der fortfolgenden Verfahrensschritte dienen.
-
Nach dem Detektieren oder dem Trigger umfasst das Verfahren weiter das Empfangen von Sensordaten mindestens eines Sensors der Magnetlagerung. Ein solcher Sensor kann beispielsweise folgende physikalische Größen beschreiben: Dauer des Kontakts des Rotors mit dem Fanglager, Rotationsgeschwindigkeit des Rotors bei Eintritt der Fehlfunktion, Dauer bis zum Stillstand des Rotors, Magnetlagerströme, Position der Welle, oder Temperatur. Weiter umfasst das Verfahren das Speichern der Sensordaten auf einem Fehlerspeicher der Magnetlagersteuerung, sowie das Speichern von Kenndaten der Magnetlagerung, wobei die Kenndaten zu den Sensordaten zuordenbar sind. Die Kenndaten der Magnetlagerrung umfassen zumindest Datum, Uhrzeit und Nummer der Magnetlagerung. Weiter umfasst das Verfahren das Senden der Sensordaten und der Kenndaten, das Empfangen der Sensordaten und der Kenndaten, und das Speichern der Sensordaten und der Kenndaten auf einem Speicherelement des Fanglagers.
-
Kurz gesagt umfasst das Verfahren zur Belastungsüberwachung eines Fanglagers einer Magnetlagerung mit einer Magnetlagersteuerung das Detektieren einer Fehlfunktion der Magnetlagerung, das Empfangen von Sensordaten mindestens eines Sensors der Magnetlagerung und das Speichern der Sensordaten auf einem Fehlerspeicher der Magnetlagersteuerung. Weiter umfasst das Verfahren das Speichern von Kenndaten der Magnetlagerung, wobei die Kenndaten zu den Sensordaten zuordenbar sind, sowie anschließend das Senden und das Empfangen der Sensordaten und der Kenndaten an ein Speicherelement, das im Fanglager integriert ist. Abschließend werden die Sensordaten und der Kenndaten auf dem Speicherelement gespeichert.
-
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Computerprogrammprodukt, welches, wenn es in einen Speicher einer Datenverarbeitungsanlage geladen wird und von mindestens einem Prozessor der Datenverarbeitungsanlage ausgeführt wird, die Schritte des computerimplementierten Verfahrens ausführt.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Figuren dargestellt. Die Figuren zeigen nicht-skalierte Zeichnungen. Es zeigen:
-
1 eine Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Wälzfanglagers mit Gehäuse, und
-
2 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
-
1 zeigt eine Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Fanglagers 130 mit Gehäuse 140 und Speicherelement 150. Das Fanglager 130 ist als Wälzlager ausgebildet. Das Fanglager 130 umfasst weiter einen Innenring 132 und einen Außenring 136 und dazwischenliegende Wälzkörper 134. Das Fanglager 130 umfasst weiter ein Gehäuse 140. 1 zeigt weiter Welle 110 der Magnetlagerung 100 im vorgesehenen Orbit. Das heißt, dass die Magnetlagerung 100 in einem aktiven Zustand gezeigt ist, und somit zwischen Welle 110 und dem Innenring 132 des Fanglagers 130 der Spalt 120 zu sehen ist. Das Speicherelement 150, beispielsweise ein RFID-Chip, ist in den Außenring 136 integriert. Das Speicherelement ist also fest mit dem Fanglager 130 verbunden und kann mit einem RFID Schreib-/Lesegerät, das beispielsweise in der Magnetlagersteuerung (nicht in 1 gezeigt) angesprochen werden. Bei montiertem Fanglager befindet sich der RFID-Chip in Kommunikationsreichweite des RFID Schreib-/Lesegeräts, so dass der RFID-Chip durch die Magnetlagersteuerung beschrieben und gelesen werden kann.
-
2 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines erfindungsgemäßen Verfahrens 200 zur Belastungsüberwachung eines Fanglagers einer Magnetlagerung. Die Magnetlagerung umfasst eine Magnetlagersteuerung. Im Schritt 210 des Verfahrens wird eine Fehlfunktion der Magnetlagerung detektiert 210. Daraufhin werden Sensordaten mindestens eines Sensors der Magnetlagerung empfangen 220 und auf dem Fehlerspeicher der Magnetlagersteuerung gespeichert 230. Weiter werden die zugehörigen Kenndaten der Magnetlagerung zum Zeitpunkt der Fehlfunktion auf dem Fehlerspeicher gespeichert 235. Die Kenndaten und die zugehörigen Sensordaten werden anschließend gesendet 250 und auf einem Speicherelement gespeichert 260.
-
In einer alternativen Ausführungsform zu 1 (alternative Ausführungsform nicht in Figur gezeigt) werden die Sensordaten direkt auf dem Speicherelement empfangen und gespeichert (vgl. Schritte 220 und 230 in 1) und die zugehörigen Kenndaten anschließend an das Speicherelement gesendet, empfangen und gespeichert (vgl. Schritte 235, 240, 250 und 260 in 1).
-
In einer weiteren alternativen Ausführungsform (alternative Ausführungsform nicht in Figur gezeigt) wird eine Referenz, die es ermöglicht, die Kenndaten auf dem Fehlerspeicher der Magnetlagerung den Sensordaten auf dem Speicherelement zuzuordnen, an das Speicherelement übermittelt. Somit können die Sensordaten im Nachhinein mit einfachem Aufwand mit den Kenndaten der Magnetlagerung verknüpft werden, wobei das Speicherelement mit den gespeicherten Sensordaten eindeutig dem Fanglager verbunden ist.
-
Bezugszeichenliste
-
- 100
- Magnetlagerung
- 110
- Rotor
- 120
- Spalt
- 130
- Fanglager
- 132
- Innenring
- 134
- Wälzkörper
- 136
- Außenring
- 140
- Gehäuse
- 150
- Speicherelement
- 200
- Verfahren zur Belastungsüberwachung
- 210, 220, 230, 235, 240, 250, 260
- Verfahrensschritte des Verfahrens 200
