DE102020126974A1

DE102020126974A1 - Lager, Überwachungssystem für ein Lager und Maschine

Info

Publication number: DE102020126974A1
Application number: DE102020126974.9A
Authority: DE
Inventors: Thomas Kottke; Horst Weidele; Christian Immeke; Miroslav Marinovic
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 2020-10-14
Filing date: 2020-10-14
Publication date: 2022-04-14

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lager (1000) für ein drehendes Bauteil (1200), aufweisend:- mindestens ein drehendes Teil (1002), insbesondere eine Welle (1004) oder ein Wälzkörper (800), mit einer Kontaktoberfläche (1010) und einer darunterliegenden, verschleißbehafteten Kontaktzone (1040),- mindestens eine Lagerschale (100) mit einem Grundkörper (120) und einer zur Aufnahme des drehenden Teils (1002) ausgebildeten, verschleißbehafteten Laufzone (140), wobei- die Laufzone (140) sich als Bahn über den Grundkörper (120) erstreckt und eine zum drehenden Teil (1002) gerichtete Laufzonenoberfläche (142) ausgebildet ist, wobei- die Lagerschale (100) und/oder das drehende Teil (1002) eine Anzahl (ZA) von mindestens einem Anregungsmerkmal (160) aufweist zur Erzeugung einer Körperschallsignatur (KSS) durch einen Kontakt (K) zwischen der Lagerschale (100) und des drehenden Teils (1002) an einer Anregungsstelle (180) des Anregungsmerkmals (160), wobei- die Körperschallsignatur (KSS) ein identifizierbares und von anderen Körperschallquellen unterscheidbares Signaturmerkmal (SM), insbesondere eine Signaturfrequenz (SF), aufweist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass- das Anregungsmerkmal (160) in der Laufzone (140) der Lagerschale (100) und/oder an die Laufzone (140) angrenzend in einem Laufflächenrandbereich (144) angeordnet ist, und/oder- das Anregungsmerkmal (160) in der Kontaktzone (1040) des drehenden Teils (1002) angeordnet ist, wobei- das Anregungsmerkmal (160) derart angeordnet ist, dass mit einem fortschreitenden Verschleißverlauf (VV) der Lagerschale (100) und/oder des drehenden Teils (1002) ein Kontaktübergang (KU) entsteht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Lager gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft weiter ein Überwachungssystem und eine Maschine mit dem Lager.
Ein solches Lager für ein drehendes Bauteil, weist auf:

- mindestens ein drehendes Teil, insbesondere eine Welle oder ein Wälzkörper, mit einer Kontaktoberfläche und einer darunterliegenden, verschleißbehafteten Kontaktzone,
- mindestens eine Lagerschale mit einem Grundkörper und einer zur Aufnahme des drehenden Teils ausgebildeten, verschleißbehafteten Laufzone, wobei
- die Laufzone sich als Bahn über den Grundkörper erstreckt und eine zum drehenden Teil gerichtete Laufzonenoberfläche ausgebildet ist, wobei
- die Lagerschale und/oder das drehende Teil eine Anzahl von mindestens einem Anregungsmerkmal aufweist zur Erzeugung einer Körperschallsignatur durch einen Kontakt zwischen der Lagerschale und des drehenden Teils an einer Anregungsstelle des Anregungsmerkmals, wobei
- die Körperschallsignatur ein identifizierbares und von anderen Körperschallquellen unterscheidbares Signaturmerkmal, insbesondere eine Signaturfrequenz, aufweist.

Lager, insbesondere Wälzlager oder Gleitlager, der eingangs genannten Art sind als Maschinenelemente zum Führen gegeneinander beweglicher Teile allgemein bekannt. Lager unterliegen während des Betriebs einem Verschleiß, da sie mechanisch beansprucht werden. Sie müssen daher in der Regel in regelmäßigen Abständen gewartet, repariert und/oder ausgetauscht werden. Generell problematisch ist die Abschätzung des Zeitpunktes, an dem eine Wartung, Reparatur und/oder Austausch des Lagers erfolgen sollte. Wird dieser Zeitpunkt zu früh gewählt, wird ein noch funktionstüchtiges Lager frühzeitig ausgetauscht und somit ein noch vorhandener Verschleißvorrat nicht vollständig genutzt. Wird hingegen dieser Zeitpunkt zu spät gewählt, kann es zu einem vollständigen Ausfall des Lagers und sogar der Maschine, in dem das Lager verbaut ist, kommen.
Aus diesem Grund gibt es Ansätze zur Überwachung von Lagern von denen der eingangs genannte vorliegend präferiert ist. Manche andere dieser Ansätze basieren jedoch vergleichsweise aufwändig insbesondere auf Sensoren, welche durch das - insbesondere kontinuierliche - Aufnehmen von Signalen und anhand festgelegter Signalmerkmale einen Rückschluss auf den Verschleißzustand des Lagers erlauben.
Dagegen offenbart AU 577 689 B2 ein demgegenüber vergleichsweise bereits einfacheres und dennoch wirkungsvolleres Verfahren zur Detektion des Verschleißes eines Gleitlagers. Hierzu ist vorgesehen, eine Zwischenschicht zwischen einem Grundkörper der Lagerschale und der Gleitschicht, an welcher das drehende Bauteil lagernd gleitet, einzubringen. Diese Zwischenschicht ist zudem aus einem anderen Material gefertigt als der Grundkörper beziehungsweise die Gleitschicht, insbesondere gefertigt aus Silber oder Gold. Sobald die Gleitschicht des Gleitlagers lokal oder vollumfänglich verschlissen ist, beginnt der Abrieb der Zwischenschicht. Gemäß dem Verfahren reichern sich nun abgeriebene Partikel der Zwischenschicht im Schmieröl des Lagers an, wobei diese Partikel dann detektiert werden können, beispielsweise mittels massenspektroskopischer Messverfahren, und somit auf den Zustand des Lagers geschlossen werden kann. Ein derartiger, grundsätzlich vorteilhafter Ansatz ist mit einem relativ hohen, apparativen Aufwand, insbesondere hinsichtlich der Analyse der Partikel, verbunden.
Problematisch ist es gleichwohl, bei einem solchen vergleichsweise einfacheren und dennoch wirkungsvolleren Vorgehen, eine zuverlässige Erkennung von Signalmerkmalen bzw. von Verschleißzuständen des Lagers zu gewährleisten, insbesondere vor dem Hintergrund einer Vielzahl an Störquellen in einer Maschine.
DE 10 2019 101 049 A1 offenbart, dem eingangs genannten richtungsweisenden Ansatz folgend, bereits eine eingangs genannte Lagerschale oder dergleichen abnutzungsbehaftetes Lagerelement eines Lagers eines drehenden Bauteils, bei dem an einer von dem drehenden Bauteil abgewandten Seite einer abnutzungsbehafteten Gleitschicht eine von dieser unterscheidbare Zwischenschicht vorgesehen ist. Diese Zwischenschicht soll als Voraussetzung für diesen Ansatz in der Tat von der Gleitschicht klar unterscheidbar sein; d.h. die Zwischenschicht unterscheidet sich von der Gleitschicht in ihren physikalischen Eigenschaften, wie zum Beispiel hinsichtlich des Härtegrades, der Oberflächenrauheit, der Duktilität, der Porosität und so weiter. Dort ist vorgesehen, dass nur in dieser Zwischenschicht ein geordnetes Muster mit einer, insbesondere regelmäßig, angeordneten Anzahl von Strukturelementen, vorhanden ist, wobei ein Strukturelement des Musters dazu ausgebildet ist, bei Verschleiß der abnutzungsbehafteten Gleitschicht bis zum Strukturelement, an dem drehenden Bauteil des Motors zu reiben, und aufgrund der Reibung des drehenden Bauteils an dem Strukturelement ein Körperschall am Grundkörper zu erzeugen. Die Anzahl der Strukturelemente ist in einem geordneten Muster angeordnet, um ein Akustik-Merkmal zu erzeugen, das detektierbar ist. Das Akustik-Merkmal soll in einem vorbestimmten Akustik-Frequenzband oder einem Akustik-Amplitudenband detektierbar sein. Körperschall kann grundsätzlich an beliebigen Lagern des eingesetzten Motors gemessen werden und somit auf den individuellen Zustand eines jeden Lagers geschlossen werden, sofern sich das detektierte Akustik-Merkmal von den Grundgeräuschen des Motors hinreichend unterscheidet.
Wünschenswert ist es jedoch, die Funktion des Lagers hinsichtlich zumindest eines der oben genannten Probleme noch weiter zu verbessern, insbesondere eine frühere und gleichwohl verlässliche Verschleißerkennung zu ermöglichen, insbesondere eine lagerart-unabhängige, insbesondere von einer Zwischenschicht unabhängige Verschleißerkennung und dennoch im obigen Sinne zu ermöglichen, mit einem vergleichsweise einfacheren und dennoch wirkungsvolleren Vorgehen.
An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, ein - hinsichtlich zumindest eines der oben genannten Probleme - verbessertes Lager anzugeben. Insbesondere soll ein Verschleißverlauf eines Lagers besser, insbesondere zuverlässig, erkennbar gemacht werden.
Die Aufgabe, betreffend das Lager, wird durch die Erfindung in einem ersten Aspekt mit einem Lager des Anspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung geht aus von einem eingangs genannten Lager für ein drehendes Bauteil, aufweisend:

- mindestens ein drehendes Teil, insbesondere eine Welle oder ein Wälzkörper, mit einer Kontaktoberfläche und einer darunterliegenden, verschleißbehafteten Kontaktzone,
- mindestens eine Lagerschale mit einem Grundkörper und einer zur Aufnahme des drehenden Teils ausgebildeten, verschleißbehafteten Laufzone, wobei
- die Laufzone sich als Bahn über den Grundkörper erstreckt und eine zum drehenden Teil gerichtete Laufzonenoberfläche ausgebildet ist.

Dabei weist die Lagerschale und/oder das drehende Teil eine Anzahl von mindestens einem Anregungsmerkmal auf zur Erzeugung einer Körperschallsignatur durch einen Kontakt zwischen der Lagerschale und des drehenden Teils an einer Anregungsstelle des Anregungsmerkmals, wobei die Körperschallsignatur ein identifizierbares und von anderen Körperschallquellen unterscheidbares Signaturmerkmal, insbesondere eine Signaturfrequenz, aufweist.
Erfindungsgemäß ist bei dem Lager vorgesehen, dass das Anregungsmerkmal in der Laufzone der Lagerschale und/oder an die Laufzone angrenzend in einem Laufflächenrandbereich angeordnet ist und/oder das Anregungsmerkmal in der Kontaktzone des drehenden Teils angeordnet ist, wobei das Anregungsmerkmal derart angeordnet ist, dass mit einem fortschreitenden Verschleißverlauf der Lagerschale und/oder des drehenden Teils ein Kontaktübergang entsteht.
Unter einem Kontaktübergang ist ein Wechsel zwischen zwei Kontaktzuständen des Lagers zu verstehen, wobei in einem ersten Kontaktzustand kein Kontakt, insbesondere kein wiederkehrender Kontakt, zwischen der Lagerschale oder des drehenden Teils mit dem Anregungsmerkmal besteht, und in einem zweiten Kontaktzustand ein solcher, insbesondere wiederkehrender, Kontakt zwischen der Lagerschale oder des drehenden Teils mit dem Anregungsmerkmal besteht. Der Kontaktübergang kann also einen Kontaktübergang vom ersten in den zweiten Kontaktzustand bedeuten. D.h. knapp gesagt der Kontaktübergang des Lagers ist so gestaltet, dass erst mit fortgeschrittenen Verschleißverlauf der insbesondere wiederkehrende Kontakt zwischen der Lagerschale oder des drehenden Teils mit dem Anregungsmerkmal entsteht. Mit Vorteil wird also der fortschreitende Verschleißverlauf durch eine erst dann entstehende Körperschallsignatur angezeigt, wenn das Anregungsmerkmal, das um einen Merkmalsversatz von der Laufzonenoberfläche und/oder der Kontaktoberfläche beabstandet ist, wiederkehrend in Kontakt gebracht wird.
Der Kontaktübergang kann ebenso einen Kontaktübergang vom zweiten in den ersten Kontaktzustand bedeuten. D.h. kurz gesagt der Kontaktübergang des Lagers ist so gestaltet, dass ein insbesondere wiederkehrender Kontakt zwischen der Lagerschale oder des drehenden Teils mit dem Anregungsmerkmal von Anfang an besteht schon bei einem Neuzustand eines Lagers und dieser von Anfang an bestehende insbesondere wiederkehrende Kontakt zwischen der Lagerschale oder des drehenden Teils mit dem Anregungsmerkmal erst mit fortgeschrittenen Verschleißverlauf beendet wird. Mit Vorteil wird also der fortschreitende Verschleißverlauf dadurch angezeigt, dass eine anfänglich bestehende Körperschallsignatur erst dann beendet wird, wenn das Anregungsmerkmal --das bereits in der Laufzonenoberfläche und/oder der Kontaktoberfläche angeordnet ist und sich mit einer Tiefe eines Merkmalsversatzes in die Laufzonen und/oder der Kontaktzone erstreckt und damit anfänglich wiederkehrend in Kontakt gebracht wird-- eben nicht mehr wiederkehrend in Kontakt gebracht wird, weil der Verschleißverlauf die Merkmalstiefe überschritten hat. Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass mit einem bereits richtungsweisenden Ansatz mittels eines Anregungsmerkmals, welches bei einem fortschreitenden Verschleißverlauf zu einem Kontaktübergang führt, ein Verschleißzustand verbessert erkannt werden kann. Mittels eines Anregungsmerkmals kann gezielt eine Körperschallsignatur erzeugt werden. Die Körperschallsignatur ermöglicht - aufgrund der Kenntnis über die Anordnung und Gestaltung des Anregungsmerkmals, - einen Rückschluss auf den bereits vollzogenen Verschleißverlauf des Lagers, d. h. auf den Verschleißzustand. Insbesondere kann bei einer wahrnehmbaren, insbesondere messbaren, Körperschallsignatur der Rückschluss gezogen werden, dass der Verschleißverlauf eines Lagers bis zu einem bestimmten - insbesondere durch einen Merkmalsversatz oder eine Merkmalstiefe definierten - Grad fortgeschritten ist.
Die Erfindung geht von der weiteren Überlegung aus, dass der fortschreitende Verschleißverlauf bereits mit einem möglichst frühen Kontakt zwischen der Lagerschale und dem drehenden Teil erkannt werden sollte.
Ein Verschleißverlauf beschreibt die Materialabnahme, die im Betrieb des Lagers vollzogen wird. Der Verschleißverlauf ist insbesondere durch tribologische Effekte bedingt, die zwischen der Lagerschale und dem sich relativ dazu bewegenden drehenden Teil auftreten. Insbesondere kann ein Abnutzen einer Lagerschale im Rahmen eines Verschleißverlaufs dazu führen, dass sich die Bewegungsbahn des drehenden Teils durch Abrieb und dergleichen tribologische Effekte schleichend ändert.
Die Erfindung hat erkannt, dass sich das Anregungsmerkmal somit allmählich relativ zu der Bewegungsbahn des drehenden Teils oder der Lagerschale bewegt, bis es schließlich zu einem Kontaktübergang kommt. Bereits dies ist gemäß dem Konzept der Erfindung von Interesse.
Erfindungsgemäß ist bei dem Lager gemäß dieser Erkenntnis somit vorgesehen, dass das Anregungsmerkmal um einen Merkmalsversatz bereits von der Laufzonenoberfläche und/oder der Kontaktoberfläche mit einem Merkmalsversatz beabstandet, oder auch in der Laufzonenoberfläche und/oder der Kontaktoberfläche mit einer Merkmalstiefe angeordnet ist, dass ein Kontaktübergang erst mit einem fortschreitenden Verschleißverlauf der Lagerschale und/oder des drehenden Teils entsteht.
Anders ausgedrückt, entsteht der Kontaktübergang nicht erst in der Zwischenschicht bzw. eine Zwischenschicht ist nicht erforderlich. Eine frühere und gleichwohl verlässliche Verschleißerkennung ist somit möglich, insbesondere eine lagerart-unabhängige, insbesondere von einer Zwischenschicht unabhängige Verschleißerkennung und dennoch ist dies möglich mit einem vergleichsweise einfacheren und dennoch wirkungsvolleren Vorgehen.
Erfindungsgemäß ist bei dem Lager vorgesehen, dass das Anregungsmerkmal in der Laufzone und/oder an die Laufzone angrenzend in einem Laufflächenrandbereich angeordnet ist, insbesondere derart, dass ein fortschreitender Verschleißverlauf der Laufzone zu einem Annähern der Laufzonenoberfläche an die Anregungsstelle führt.
Erfindungsgemäß ist alternativ oder zusätzlich bei dem Lager vorgesehen, dass das Anregungsmerkmal in der Kontaktzone angeordnet ist, insbesondere derart, dass ein fortschreitender Verschleißverlauf der Kontaktzone zu einem Annähern einer Kontaktoberfläche an die Anregungsstelle führt.
Der sich ab einem ersten Kontakt, insbesondere periodisch, wiederholende Kontakt führt schließlich zu einer Körperschallsignatur, welche, insbesondere anhand der wiederkehrenden Frequenz, relativ zuverlässig identifizierbar ist bereits ab dem mit dem Verschleißverlauf vollzogenen Verschleiß der Lagerschale bzw. des drehenden Teils, ausgehend von der Laufzonenoberfläche und/oder der Kontaktoberfläche sobald dieser dem Merkmalsversatz oder der Merkmalstiefe von der Laufzonenoberfläche und/oder der Kontaktoberfläche entspricht. Es zeigt sich insbesondere, dass mit Vorteil versehen der Merkmalsversatz oder die Merkmalstiefe lagerspezifisch eingestellt werden kann und somit der Verschleiß auch lagerspezifisch überwachbar ist für eine Vielzahl von unterschiedlichen Lagern und Lagertypen; d.h. insbesondere unabhängig ist vom Vorhandensein einer Zwischenschicht.
Vorliegend ist der auf Schall und insbesondere Körperschall basierende Ansatz zur Verschleißerkennung ausgebildet, eine Beurteilung des Lagerzustands mit einem relevanten Körperschallsignal zuverlässig zu erlauben, auch wenn dieser in der Regel von weiteren in der Maschine oder dem technischen System vorhandenen Stör-Schallquellen überlagert wird.
Insbesondere ist die Körperschallsignatur - aufgrund der vorbestimmten Geometrie und Anordnung des Anregungsmerkmals, insbesondere der Ausbildung mit einer Merkmalstiefe und/oder der um einen Merkmalsversatz versetzten Anordnung unterhalb der Laufzonenoberfläche oder Kontaktoberfläche oder in einem Laufflächenrandbereich - in seiner Frequenz bekannt, und somit in einem - in der Regel von vielen Störschwingungen und anderweitigen Schallquellen geprägten - technischen Gesamtsystem leichter auffindbar. Ein derartiges technisches Gesamtsystem kann beispielsweise durch ein Getriebe, Motor oder dergleichen Maschinensystem gebildet sein.
Die Erfindung schließt die Erkenntnis ein, dass -entgegen dem grundsätzlichen Bestreben, Schäden im Wälzlager zugunsten einer langen Laufzeit möglichst zu vermeiden- das gezielte Einbringen von geringfügigen Störstellen in eine Laufzone und/oder Kontaktzone und/oder in einen Laufflächenrandbereich zur Erzeugung einer, insbesondere periodischen, Anregung und somit einer Körperschallsignatur, den signifikanten Vorteil mit sich bringt, dass ein vordefinierter Verschleißzustand zuverlässiger erkannt werden kann. Je nach Material und Aufbau des Lagers kann die Körperschallsignatur auch ein Schwingen umfassen, welches durch die Eigenfrequenz der Lagerschale angeregt wird. Dadurch, dass sich das Anregungsmerkmal in der Laufzone und/oder der Kontaktzone und somit in einem relativ nah an der Oberfläche liegenden Zone der Lagerschale bzw. des drehenden Teils befindet, kann eine Körperschallsignatur insbesondere bereits bei einem relativ frühen Stadium des Verschleißverlaufes erzeugt werden.
Die Erfindung führt in einem zweiten Aspekt auf ein Überwachungssystem für ein Lager gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, aufweisend mindestens einen Körperschallsensor und eine Signalauswertungseinheit. Bei dem Überwachungssystem gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung werden die Vorteile des Lagers gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung vorteilhaft genutzt. Insbesondere kann die Signalauswertungseinheit vorteilhaft auf eine zu erwartende Körperschallsignatur, insbesondere eine Signaturfrequenz, eingestellt werden. In einer Weiterbildung des Überwachungssystems weist das Überwachungssystem einen Signaturspeicher auf, in dem Körperschallsignaturen, insbesondere Signaturfrequenzen für bestimmte Typen und/oder Modelle von Lagern hinterlegt werden können. In vorteilhaften Weiterbildungen weist das Überwachungssystem ein Lesegerät, insbesondere einen Barcode-oder QR-Code- oder RFID-Leser auf, mittels welchem ein Lager, oder die Verpackung eines Lagers, bei der Wartung, Reparatur und/oder Austausch erfasst werden kann, wobei die Signalauswertungseinheit ausgebildet ist, auf Basis der Eingabe des Lesegeräts eine geeignete Körperschallsignatur, insbesondere Signaturfrequenz, für das verbaute Lager auszuwählen.
Die Erfindung führt in einem dritten Aspekt auf eine Maschine, insbesondere eine Brennkraftmaschine oder eine elektrische Maschine oder ein Getriebe, mit einem Lager gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Bei der elektrischen Maschine kann es sich insbesondere um einen Generator einer Energieerzeugungsanlage, insbesondere einer Windenergieanlage, handeln oder um einen Elektromotor handeln. Bei der Brennkraftmaschine kann es sich insbesondere um eine Brennkraftmaschine für ein Fahrzeug, insbesondere ein Land- oder Luft- oder Wasserfahrzeug, handeln. Die Brennkraftmaschine weist insbesondere ein Überwachungssystem mit mindestens einem Körperschallsensor auf. Bei der Maschine gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung werden die Vorteile des Lagers gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung vorteilhaft genutzt.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das oben erläuterte Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung sowie hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren.
Im Rahmen einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Anregungsmerkmal um einen Merkmalsversatz von der Laufzonenoberfläche und/oder der Kontaktoberfläche beabstandet ist, sodass der Kontaktübergang das Entstehen eines Kontakts umfasst. In einer derartigen Weiterbildung ist das Anregungsmerkmal in der Laufzone unterhalb der Laufzonenoberfläche und/oder in der Kontaktzone unterhalb der Kontaktoberfläche angeordnet und wird erst nach einem bestimmten Verschleißverlauf, nämlich beim Kontaktübergang, freigelegt.
Im Rahmen einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Anregungsmerkmal in der Laufzonenoberfläche und/oder in der Kontaktoberfläche beabstandet ist und eine Merkmalstiefe aufweist, sodass der Kontaktübergang das Beenden eines Kontakts umfasst. In einer derartigen Weiterbildung ist das Anregungsmerkmal in der Laufzonenoberfläche und/oder in der Kontaktoberfläche angeordnet und weist eine Merkmalstiefe auf, so dass bereits bei Beginn der Benutzung des Lagers, das heißt ab einem Neuzustand des Lagers, ein, insbesondere wiederkehrender, Kontakt zwischen der Lagerschale oder des drehenden Teils mit dem Anregungsmerkmal besteht. Wenn der Verschleißverlauf die Merkmalstiefe erreicht hat, das heißt insbesondere wenn die Anregungsmerkmale durch den Verschleißverlauf aufgebraucht sind, findet der Kontaktübergang statt und der - insbesondere wiederkehrende - Kontakt zwischen der Lagerschale oder des drehenden Teils mit dem Anregungsmerkmal ist - insbesondere dauerhaft - beendet. In einer derartigen Weiterbildung, in der der Kontaktübergang das Beenden eines Kontakts umfasst, kann vorteilhaft bereits zu Beginn der Lebensdauer des Lagers, insbesondere im Neuzustand des Lagers, ein Signal mit einer Körperschallsignatur messtechnisch erfasst werden und ein Überwachungssystem entsprechend eingestellt werden. Insbesondere kann eine Signalauswertungseinheit auf Basis des bekannten Signals entsprechend eingestellt werden, insbesondere können Filter und dergleichen Signalauswertekomponenten entsprechend parametriert werden.
Im Rahmen einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass sich die Laufzone als ringförmig geschlossene Bahn über den Grundkörper erstreckt. In derartigen Weiterbildungen ist das Lager insbesondere zum Lagern rotierender Bewegungen ausgebildet.
In anderen Weiterbildungen kann das Lager auch zum Lagern translatorischer Bewegungen ausgebildet sein, also die Laufzone sich als gestreckte lineare oder gekrümmte Führung über den Grundkörper erstreckt. Dies trifft mit Vorteil insbesondere aber nicht nur auf ein Linearlager zu oder auch auf eine wälzkörpergelagerte Linearführung zu.
Im Rahmen einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Lager ein Wälzlager ist, und das drehende Teil durch einen Wälzkörper mit einer Walzkörperoberfläche als Kontaktoberfläche gebildet ist. In einer derartigen Weiterbildung entsteht ein Körperschall insbesondere durch das Überrollen eines Anregungsmerkmals an einer freigelegten Anregungsstelle, wobei der Kontakt zwischen der Lagerschale und dem drehenden Teil an der Anregungsstelle einen mechanischen Impuls zur Folge hat. Das Lager kann insbesondere in einer Lagerinnenschale eine erste Anzahl an Anregungsmerkmalen und in einer Lageraußenschale eine zweite Anzahl an Anregungsmerkmalen aufweisen.
Das Lager kann insbesondere als Kugellager, Rillenkugellager, Pendelkugellager, insbesondere Axial-Pendelkugellager, Schrägkugellager, Axialrillenkugellager, Rollenlager, Nadellager, Pendelrollenlager, Kegelrollenlager, Kreuzrollenlager, Axialrollenlager oder dergleichen an sich bekannten Wälzlager ausgebildet sein.
Im Rahmen einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Lager ein Gleitlager ist, und das drehende Teil durch eine Welle mit einer Wellenoberfläche als Kontaktoberfläche gebildet ist. In einer derartigen Weiterbildung entsteht ein Körperschall insbesondere durch ein Reiben zwischen der Lagerschale und dem drehenden Teil an einer freigelegten Anregungsstelle eines Anregungsmerkmals. Die Laufzone des Gleitlagers ist insbesondere als verschleißbehaftete Gleitschicht ausgebildet.
In Weiterbildungen kann das Anregungsmerkmal insbesondere als Fremdmaterialmerkmal ausgebildet sein.
In Weiterbildungen, in denen das Lager als Gleitlager ausgebildet ist, kann das Anregungsmerkmal insbesondere als Fremdmaterialmerkmal ausgebildet sein und in einer als Gleitschicht ausgebildeten Laufzone der Lagerschale angeordnet sein. In Weiterbildungen, in denen das Lager als Wälzlager ausgebildet ist, kann das Anregungsmerkmal insbesondere als Aussparung oder Bohrung ausgebildet sein und in der Laufzone der Lagerschale angeordnet sein.
In Weiterbildungen, in denen das Lager als Gleitlager ausgebildet ist, kann das Anregungsmerkmal insbesondere als Fremdmaterialmerkmal ausgebildet sein und in der Kontaktzone eines als Welle ausgebildeten, drehenden Teils angeordnet sein. In Weiterbildungen, in denen das Lager als Wälzlager ausgebildet ist, kann das Anregungsmerkmal insbesondere als Aussparung oder Bohrung ausgebildet sein und in der Kontaktzone eines als Wälzkörper ausgebildeten, drehenden Teils angeordnet sein.
Im Rahmen einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Anregungsmerkmal in Form einer Aussparung, insbesondere eines Lochs oder einer Bohrung, in der Laufzone unterhalb der Laufzonenoberfläche oder in der Kontaktzone unterhalb der Kontaktoberfläche gebildet ist. Die Aussparung kann insbesondere als Durchgangsbohrung, Sacklochbohrung oder eingeschlossene Bohrung gebildet sein. Die Aussparung kann als eingeschlossene Aussparung ausgebildet sein.
Im Rahmen einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Anregungsmerkmal im Grundkörper als ein Riffelelement gebildet ist, das an die Laufzone angrenzend, insbesondere in einem Laufflächenrandbereich, derart angeordnet ist, dass ein fortschreitender Verschleißverlauf der Laufzone zu einem Annähern des drehenden Teils an die Anregungsstelle führt. Insbesondere kann die Weiterbildung eine Anzahl von Riffel-Elementen aufweisen, welche äquidistant beanstandet oder kontinuierlich umlaufend auf dem Laufflächenrandbereich der Lagerschale angeordnet sind.
Im Rahmen einer Weiterbildung ist ein Muster von Anregungsmerkmalen vorgesehen. Ein Muster kann insbesondere eine umlaufende, äquidistante Anordnung von Anregungsmerkmalen beinhalten. Ein Muster kann in anderen Weiterbildungen eine Anzahl von in Umlaufrichtung nebeneinander angeordneten Anregungsmerkmalen und ein folgender, merkmalsfreier Restbereich beinhalten. In derartigen Weiterbildungen kann insbesondere anhand der aufeinanderfolgenden Anzahl der Impulse ein bestimmtes Lager identifiziert werden.
Im Rahmen einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass mindestens ein Anregungsmerkmal als Fremdmaterialmerkmal, insbesondere aus einem anderen Material als die Laufzone oder Kontaktzone, in die sie eingebettet ist, ausgebildet ist. Im Unterschied zu Weiterbildungen, in denen ein Anregungsmerkmal lediglich mit Luft oder dergleichen gasförmigen Medium gefüllt ist, kann durch ein Fremdmaterial aufweisendes Anregungsmerkmal die Erzeugung des Körperschalls verbessert, insbesondere verstärkt, werden.
Im Rahmen einer Weiterbildung ist mindestens ein weiteres Anregungsmerkmal einer weiteren Anzahl von Anregungsmerkmalen vorgesehen zum Erzeugen einer weiteren Körperschallsignatur an einer weiteren Anregungsstelle, wobei

- das Anregungsmerkmal der weiteren Anzahl um einen weiteren Merkmalsversatz von der Laufzonenoberfläche und/oder der Kontaktoberfläche beabstandet angeordnet ist, der größer ist als der Merkmalsversatz des Anregungsmerkmals der ersten Anzahl.

In Weiterbildungen kann eine erste Anzahl eine Menge an Anregungsmerkmalen aufweisen, die unterschiedlich von einer Menge einer zweiten Anzahl ist, damit jeweils besser voneinander unterscheidbare Körperschallsignaturen erzeugt werden, insbesondere damit eine von der ersten Anzahl von Anregungsmerkmalen erzeugte erste Signaturfrequenz besser von der zweiten Anzahl von Anregungsmerkmalen erzeugte zweite Signaturfrequenz unterscheidbar ist.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung im Vergleich zum Stand der Technik, welcher zum Teil ebenfalls dargestellt ist, beschrieben. Diese soll die Ausführungsformen nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im Folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsform oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in:

1 ein Lager gemäß dem Konzept der Erfindung in einer ersten Ausführungsform als Wälzlager mit einem in die Laufzone der Lagerschale eingebrachten Anregungsmerkmal,
2A, 2B, 2C eine schematische Seitenansicht der ersten Ausführungsform mit drei unterschiedlichen Zuständen eines Verschleißverlaufes, nämlich einem Neuzustand in 2A, einem ersten Verschleißverlauf in 2B und einem zweiten, zu einem Kontakt führenden Verschleißverlauf in 2C,
3A eine zweite Ausführungsform eines Wälzlagers mit einem in einem Laufflächenrandbereich der Laufzone angeordneten, als Riffelelement ausgebildeten Anregungsmerkmals,
3B eine schematische Querschnittsansicht der zweiten Ausführungsform mit einer Darstellung eines Merkmalsversatzes des Anregungsmerkmals in Bezug auf eine Laufzonenoberfläche,
4 eine vereinfachte perspektivische Ansicht einer dritten Ausführungsform mit einem ersten als Riffelelement ausgebildeten Anregungsmerkmal einer ersten Anzahl von Anregungsmerkmalen und einem ebenfalls als Riffelelement ausgebildeten, Anregungsmerkmal einer zweiten Anzahl von Anregungsmerkmalen,
5A, 5B, 5C weitere Ausführungsformen von Lagerschalen mit unterschiedlichen, beispielhaften Anordnungen von als Riffelelemente ausgebildeten Anregungsmerkmalen,
6A, 6B eine vierte Ausführungsform eines Wälzlagers, das ausgebildet ist zum Erzeugen eines Kontaktübergangs, wobei bei dem Kontaktübergang ein - insbesondere wiederkehrender - Kontakt - insbesondere dauerhaft - beendet wird,
7 eine fünfte Ausführungsform eines Wälzlagers, wobei die Lagerschale sowohl ein als Bohrung ausgebildetes Anregungsmerkmal einer ersten Anzahl als auch ein als Riffelelement ausgebildetes Anregungsmerkmal einer zweiten Anzahl aufweist,
8 eine sechste Ausführungsform eines Wälzlagers, mit einem als Bohrung in die Lagerschale eingebrachten Anregungsmerkmal, wobei die Bohrung als Sacklochbohrung ausgebildet ist,
9 eine siebte Ausführungsform eines Wälzlagers, wobei eine Bohrung als Anregungsmerkmal als eingeschlossene Bohrung ausgebildet ist,
10A, 10B eine achte Ausführungsform eines Wälzlagers, bei der ein Anregungsmerkmal als Aussparung in die Lagerschale eingebracht ist, wobei die Aussparung als eingeschlossene Aussparung ausgebildet ist,
11 eine neunte und zehnte Ausführungsform eines Wälzlagers gemäß dem Konzept der Erfindung,
12 eine schematische Darstellung einer Lagerschale mit einem wiederkehrenden Muster von Anregungsmerkmalen,
13 eine elfte Ausführungsform eines als Zylinderrollenlager ausgebildeten Wälzlagers mit einer als Bohrung in die Lagerschale eingebrachten Anregungsmerkmal,
14 eine zwölfte Ausführungsform eines als Zylinderrollenlager ausgebildeten Wälzlagers mit einem als Bohrung in den zylindrischen Wälzkörper eingebrachten Anregungsmerkmal,
15 ein als Gleitlager ausgebildetes Lager gemäß dem Stand der Technik,
16A, 16B, 16C eine dreizehnte, vierzehnte und fünfzehnte Ausführungsform eines als Gleitlager ausgebildeten, und Anregungsmerkmal in der Laufzone aufweisenden Lagers gemäß dem Konzept der Erfindung,
17A, 17B, 17C, 17D eine sechzehnte, siebzehnte, achtzehnte und neunzehnte Ausführungsform eines als Gleitlager ausgebildeten Lagers gemäß dem Konzept der Erfindung, wobei diese Ausführungsformen zusätzliche Anregungsmerkmale in einer Kontaktzone des drehenden Teils aufweisen,
18A, 18B, 18C, 18D vereinfachte Querschnittsansichten des Schichtaufbaus der unterschiedlichen, in den 16A-C und 17A-D gezeigten Ausführungsformen eines Gleitlagers mit Darstellung des jeweiligen Merkmalsversatzes,
19 schematisch eine Maschine mit mindestens einem Lager gemäß dem Konzept der Erfindung, insbesondere nach einer der vorgenannten Ausführungsformen.

1 zeigt ein Lager 1000 gemäß einer ersten Ausführungsform, in der das Lager 1000 als Wälzlager 1020 mit einem in die Laufzone 140 der Lagerschale 100 eingebrachten Anregungsmerkmal 160 ausgebildet ist. Die Darstellung ist stark vereinfacht dahingehend, dass nur eine Lagerschale 100, z.B. die Lageraußenschale 102, in der Querschnittsansicht gezeigt ist, und die in radialer Richtung gegenüberliegende Lagerschale 100, z.B. die Lagerinnenschale 104, nicht gezeigt ist. Gleichwohl kann, ebenfalls im Rahmen des Konzepts der Erfindung, in einer hier nicht dargestellten Ausführungsform analog der gezeigten Lagerschale 100 eine gegenüberliegende Lagerschale, z.B. die Lagerinnenschale 104, ausgebildet sein.
Die hier im Querschnitt gezeigte Lagerschale 100 des Wälzlagers 1020 ist annähernd ringförmig ausgebildet derart, dass sie sich rotationssymmetrisch um eine hier nicht dargestellte Drehachse erstreckt. Sie weist eine zur Aufnahme einer Anzahl von Wälzkörpern 800 ausgebildete Laufzonenoberfläche 142 auf. Bei der vorliegend gezeigten ersten Ausführungsformen handelt es sich um ein Kugellager, daher sind die gezeigten Wälzkörper 800 kugelförmig, und die Laufzonenoberfläche 142 hat die Form einer rotationssymmetrischen Einbuchtung, mit einem Einbuchtungsradius RA, welcher dem Radius des Wälzkörpers 800 in etwa entspricht. Die Laufzonenoberfläche 142 und eine darunterliegende, verschleißbehaftete Laufzone 140 dient insbesondere der kinematischen Führung des drehenden Teils, hier insbesondere auch einer seitlichen, d. h. axialen Führung der Wälzkörper 800 in Bezug auf eine Wälzachse AW. Dies bedeutet in einem Fall, in dem das Lager 1000 als Wälzlager 1020 ausgebildet ist, dass die geometrische Ausgestaltung der Laufzonenoberfläche 142 und der Laufzone 140, insbesondere in formschlüssiger Weise, die Anzahl der Wälzkörper 800 in ihrer Bewegungsbahn hält, und insbesondere ein seitliches Herausbewegen aus der Lagerschale 100 verhindert.
Die Lagerschale 100 weist einen Grundkörper 120 auf, der aus Stahl, Keramik oder dergleichen geeigneten Lagerwerkstoff gebildet ist. Der unterhalb der Laufzonenoberfläche 142 liegende, verschleißbehaftete Teil des Grundkörpers 120 wird als Laufzone 140 bezeichnet. Die Stärke der Laufzone kann je nach Lagertyp, insbesondere Material des Grundkörpers und etwaiger Beschichtungen und/oder Behandlungen der Laufzonenoberfläche 142 variieren und bevorzugt zwischen 20µm und 2mm betragen. Der Verschleiß und insbesondere tribologische Effekte während des Betriebs eines Wälzlagers 1020 haben zur Folge, dass eine Lagerschale 100 im Laufe des Betriebs abnutzt. Die Lagerschale 100 verliert somit im Bereich der Laufzonenoberfläche 142 bzw. der Laufzone 140 mit einem fortschreitenden Verschleißverlauf Material. Ab einem bestimmten kritischen Wert eines Verschleißverlaufes VV ist ein sicherer und/oder effizienter Betrieb des Lagers nicht mehr möglich, insbesondere, weil aufgrund der verschlissenen Laufzonenoberfläche 142 ein zu großes Lagerspiel herrscht und/oder eine widerstandsfähigere, insbesondere beschichtete und/oder gehärtete Oberflächenschicht der Laufzone 140 vollständig abgenutzt ist.
Bei dieser Ausführungsform ist ein Anregungsmerkmal 160, vorliegend in Form einer Bohrung 166, gemäß dem Konzept der Erfindung innerhalb der Laufzone 140 eingebracht. Die Merkmalsachse AA der Bohrung 166 verläuft dabei parallel zur axialen Hauptrichtung der Lagerschale 100 und zur Wälzachse AW des Wälzkörpers 800. Das Anregungsmerkmal 160, d.h. die Bohrung 166, ist um einen Merkmalsversatz MV beanstandet von der Laufzonenoberfläche 142, insbesondere von einem Scheitelpunkt 143, unterhalb von der Laufzonenoberfläche 142 in der Laufzone 140 angeordnet. Der Merkmalsversatz MV legt somit fest, bei welchem Verschleißverlauf VV des Lagers 1000 ein Kontakt zwischen der Lagerschale 100 und dem drehenden Teil 1002, hier dem Wälzkörper 800, entsteht. Zur Herstellung der Bohrung kann ein geeignetes Verfahren, insbesondere Bohren, Fräsen oder Funkenerosion, eingesetzt werden.
Zur Verdeutlichung dieses Prinzips wird auf 2A, 2B und 2C verwiesen, bei dem die in 1 gezeigte Ausführungsform in drei verschiedenen Zuständen eines Verschleißverlaufes VV von der Seite, d. h. mit Blickrichtung parallel zur Wälzachse AW, gezeigt ist.
In 2A ist das Wälzlager 1020 in einem Neuzustand ZN gezeigt. Die Laufzonenoberfläche 142 ist dabei noch um den Merkmalsversatz MV von dem Anregungsmerkmal 160 beabstandet. In 2B ist das Wälzlager 1020 nach einem ersten Verschleißverlauf VV1 gezeigt, bei dem die Laufzone 140 bereits derart verschlissen ist, dass sich die Laufzonenoberfläche 142 in die Laufzone 140 bzw. den Grundkörper 120 hineinversetzt hat in Richtung des Anregungsmerkmal 160. In 2C ist das Wälzlager 1020 nach einem weiter fortgeschrittenen, zweiten Verschleißverlauf VV2 gezeigt, bei dem die Laufzone 140 derart abgenutzt ist, dass das Anregungsmerkmal 160, d. h. vorliegend die Bohrung 166, freigelegt ist und vom Wälzkörper 800 überrollt wird. Ein Kontaktübergang von einem, in 2A und 2B gezeigten ersten Kontaktzustand ohne Kontakt K zu einem in 2C gezeigten, zweiten Kontaktzustand hat mit dem ersten Kontakt K stattgefunden.
Durch das Überrollen des Anregungsmerkmals 160 an einer Anregungsstelle 180, insbesondere einer Kante des freigelegten Anregungsmerkmals 160, entsteht ein Kontakt K und insbesondere ein mechanischer Impuls zwischen dem drehenden Teil 1002, hier dem Wälzkörper 800, und der Lagerschale 100, welcher in der Erzeugung eines Körperschalls in Form einer Körperschallsignatur KSS resultiert.
Durch das periodische Überrollen des Anregungsmerkmals 160 wird insbesondere eine Körperschallsignatur KSS mit einem Signaturmerkmal SM erzeugt, insbesondere in Form einer Signaturfrequenz FS. Aufgrund der Kenntnis über die Anordnung des mindestens einen Anregungsmerkmals 160 und der kinematischen Zusammenhänge eines Lagers, insbesondere eines Wälzlagers, können ein Signaturmerkmal SM, insbesondere eine Signaturfrequenz SF durch Gestaltung und Anordnung von Anregungsmerkmalen 160 vorherbestimmt und gezielt aus einem gemessenen Körperschallsignal KS herausgefiltert werden. Auf diese Weise kann die Körperschallsignatur KSS verbessert messtechnisch ermittelt werden, trotz etwaiger sonstiger Störsignale aus einer Maschine oder technischen System, in dem das Lager verbaut ist.
Eine Signaturfrequenz SF kann insbesondere durch die Überrollfrequenz gebildet sein, welche sich für eine Lageraußenschale 102 wie folgt ergibt: $ƒ_{U, A u ß e n} = \frac{1}{2} ƒ_{n} * z * (1 - \frac{D_{W}}{D_{T}} * cos α_{B})$
Wobei f_n die Drehfrequenz des Wälzlagers, D_T der Teilkreisdurchmesser, Dw der Durchmesser des Wälzkörpers 800, z die Anzahl der Wälzkörper und α_B der Betriebsdruckwinkel sind. Für eine Lagerinnenschale 104 ergibt sich die über Rollfrequenz entsprechend wie folgt: $ƒ_{U, I n n e n} = \frac{1}{2} ƒ_{n} * z * (1 + \frac{D_{W}}{D_{T}} * cos α_{B})$
Die Frequenzen sind vorliegend für ein einzelnes Merkmal angegeben. Entsprechend muss, wenn eine Anzahl von mehreren Anregungsmerkmalen 160 vorhanden ist, die jeweilige Signaturfrequenz um diese Anzahl vervielfacht werden, beispielsweise ist bei einer Anzahl von acht äquidistant verteilten Anregungsmerkmalen 160 die Signaturfrequenz SF achtmal so hoch. Alternativ kann durch die Anregungsstelle das Wälzlager selbst angeregt werden und somit in seiner Eigenfrequenz schwingen.
Der von einem Lager emittierte Körperschall kann von einem Überwachungssystem 700 über einen Körperschallsensor 702 aufgenommen werden und mittels einer Signalauswertungseinheit 704 ausgewertet, insbesondere gefiltert werden, um die Körperschallsignatur KSS, insbesondere die Signaturfrequenz SF zuverlässig zu erkennen. Auch sind andere Sensorformen zur Erkennung von Körperschall möglich, beispielsweise auch Luftschallwandler, beispielsweise ein Mikrofon, welche den in die Luft abgestrahlten Körperschall erfassen können. Das Überwachungssystem 700 kann optional einen Signaturspeicher 706 aufweisen, in dem vorbestimmte Körperschallsignatur KSS, die spezifisch für bestimmte Typen und/oder Modelle von Lagern sind, hinterlegt werden können. So kann bei einem Austausch bzw. Einbau eines Lagers eine geeignete Körperschallsignatur, insbesondere Signaturfrequenz SF, ausgewählt werden, die für den verbauten Lagertyp charakteristisch ist. Die Körperschallsignatur variiert insbesondere in Abhängigkeit der Ausgestaltung und Anzahl der Anregungsmerkmale. Weiter kann das Überwachungssystem 700 ein Lesegerät 708 aufweisen, mittels der ein verbautes Lager 1000 (oder deren Verpackung) erfasst werden kann, sodass die Auswahl der geeigneten Körperschallsignatur KSS aus dem Signaturspeicher 706 automatisch erfolgen kann.
3A zeigt eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines Wälzlagers 1020' mit einem in einem Laufflächenrandbereich 144 der Laufzone 140 angeordneten, als Riffelelement 168 ausgebildeten Anregungsmerkmal 160. Das Anregungsmerkmal 160 in Form des Riffelelements 168 ist im Unterschied zur ersten Ausführungsform nicht innerhalb des Grundkörpers 120 eingebracht, sondern befindet sich auf diesem, und zwar in einem Laufflächenrandbereich 144. Der Laufflächenrandbereich 144 ist hier ein jeweils axial neben der Laufzonenoberfläche 142 auf der radialen Oberfläche des Grundkörpers 120 umlaufender Bereich.
In 3B ist das Anregungsmerkmal 160 in Form des Riffelelements 168 in einer vereinfachten Detaildarstellung gezeigt. Hierbei ist insbesondere die Anregungsstelle 180 als Maximalpunkt der, insbesondere wellenförmigen, Erhebung des Riffelelements 168 sichtbar. Wesentlich ist, dass die Anregungsstelle 180 des Riffelelements 168 um einen Merkmalsversatz MV von der Kontaktoberfläche 1010 des drehenden Teils 1002, hier der Wälzkörper Oberfläche 810 des Wälzkörper 800 beabstandet ist. Der Wälzkörper 800 gelangt mit fortschreitendem Verschleißverlauf VV in Kontakt mit der Anregungsstelle 180 zur Erzeugung einer Körperschallsignatur. Der Merkmalsversatz MV kann selbstverständlich auch auf andere Weise definiert werden, beispielsweise wie hier gezeigt als axialer Merkmalsversatz MV'.
4 zeigt eine dritte bevorzugte Ausführungsform eines Lagers mit einem, als Riffelelement 168 ausgebildeten Anregungsmerkmal 160 einer ersten Anzahl ZA, und einem als Riffelelement 168 ausgebildeten, Anregungsmerkmal 160 einer zweiten Anzahl ZA2. Das Anregungsmerkmal 160 der ersten Anzahl ZA ist dabei mit einem ersten Merkmalsversatz MV1 angeordnet, und das Anregungsmerkmal 160 der zweiten Anzahl ZA2 mit einem davon unterschiedlichen, zweiten Merkmalsversatz MV2. Dies hat zur Folge, dass in einem Verschleißverlauf VV zunächst das Anregungsmerkmal 160 der ersten Anzahl ZA in Kontakt mit dem hier nicht dargestellten Wälzkörper 800 gelangt, und erst später, mit weiter fortgeschrittenem Verschleißverlauf VV das Anregungsmerkmal 160 der zweiten Anzahl ZA2 in Kontakt mit dem Wälzkörper 800 gelangt.
Insbesondere kann die erste Anzahl ZA ein Muster von, insbesondere äquidistant über den Umfang der Lagerschale 100 verteilter, Anregungsmerkmale 160 sein und die zweite Anzahl ZA2 ein Muster von, insbesondere äquidistant über den Umfang der Lagerschale 100 verteilter, Anregungsmerkmale 160 auf der Lagerschale 100 sein. Die erste Anzahl ZA kann dabei vorteilhaft unterschiedlich von der zweiten Anzahl ZA2 sein, damit jeweils besser voneinander unterscheidbare Körperschallsignaturen KSS1, KSS2 erzeugt werden, insbesondere damit eine von der ersten Anzahl ZA von Anregungsmerkmalen 160 erzeugte erste Signaturfrequenz SF1 besser von der zweiten Anzahl ZA2 von Anregungsmerkmalen 160 erzeugte zweite Signaturfrequenz SF2 unterscheidbar ist.
Die 5A, 5B, 5C zeigen weitere Ausführungsformen von Lagerschalen 100 mit unterschiedlichen, beispielhaften Anordnungen von als Riffelelemente 168 ausgebildeten Anregungsmerkmalen 160. 5A zeigt eine Ausführungsform einer Lagerschale 100, bei dem auf beiden Seiten der Laufzonenoberfläche 142 ein gleiches Muster 190 mit einer Anzahl ZA an Anregungsmerkmalen 160 in Form von Riffelelementen 168 angeordnet ist. Entsprechend wird, wenn ein fortschreitender Verschleißverlauf VV zur Unterschreitung des Merkmalsversatzes MV (hier nicht gezeigt) führt, auf beiden Seiten gleichermaßen eine Körperschallsignatur KSS erzeugt.
Im Unterschied dazu weist die in 5B gezeigte Ausführungsform einer Lagerschale 100, in dem einen Laufflächenrandbereich 144 ein erstes Muster 190.1 mit einer ersten Anzahl ZA von Anregungsmerkmalen 160, und der auf der anderen Seite der Laufzonenoberfläche 142 liegende Laufflächenrandbereich 144 ein zweites Muster 190.2 mit einer zweiten Anzahl ZA2 von Anregungsmerkmalen 160 auf. Sämtliche Anregungsmerkmale sind vorliegend als Riffelelemente 168 ausgebildet. Die gezeigte Ausführungsform hat den Vorteil, dass ein Verschleiß differenzierter bestimmt, insbesondere genauer lokalisiert, werden kann, da die beiden Seiten der Laufzonenoberfläche 142 anhand unterschiedlicher Körperschallsignatur KSS1, KSS2, insbesondere unterschiedlicher Signaturfrequenz SF1, SF2, unterschieden werden können.
5C zeigt im Wesentlichen die in 4 gezeigte Ausführungsform mit einer ersten Anzahl ZA an als Riffelelemente 168 ausgebildeten Anregungselementen 160 und einer weiteren Anzahl ZA2 an ebenfalls als Riffelelemente 168 ausgebildeten, Anregungselementen 160. Vorliegend sind die Anregungsmerkmale 160 der ersten Anzahl ZA symmetrisch, das heißt in einem identischen, weiteren ersten Muster 190.1' in beiden Laufflächenrandbereichen 144, angeordnet. Auch die Anregungsmerkmale 160 der weiteren Anzahl ZA2 sind symmetrisch, das heißt in einem identischen, weiteren zweiten Muster 190.2' in beiden Laufflächenrandbereichen 144, angeordnet. Mit der hier gezeigten Unterscheidung von Anregungsmerkmalen 160 der ersten und zweiten Anzahl ZA, ZA2 kann vorteilhaft der Zustand des Verschleißverlaufs VV, insbesondere anhand unterschiedlicher Körperschallsignatur KSS1, KSS2, insbesondere unterschiedlicher Signaturfrequenzen SF1, SF2, weiter differenziert werden, wie im Zusammenhang mit 4 erläutert.
6A und 6B zeigen eine vierte Ausführungsform eines Lagers 1000, das ausgebildet ist zum Erzeugen eines Kontaktübergangs KU, wobei bei dem Kontaktübergang KU ein - insbesondere wiederkehrender - Kontakt K - insbesondere dauerhaft - beendet wird. Das Lager 1000 ist vorliegend als Wälzlager 1020 ausgebildet. In 6A ist das Lager 1000 in einem Neuzustand ZN dargestellt, in dem noch kein Verschleißverlauf VV stattgefunden hat. Das Anregungsmerkmal 160, hier in Form einer Bohrung 166 ausgebildet, befindet sich bereits in Kontakt K mit dem Wälzkörper 800 zur Erzeugung einer Körperschallsignatur KSS. Das Anregungsmerkmal 160 weist eine - sich in Richtung des Verschleißverlaufs erstreckende - Merkmalstiefe MT auf. Während des fortschreitenden Verschleißverlaufs VV wird die Laufzone 140 von dem mindestens einen Wälzkörper 800 unter wiederkehrendem Kontakt K fortschreitend aufgebraucht, bis der in 6B gezeigte Kontaktübergang KU auftritt, bei dem die Laufzone 140 bis zur Merkmalstiefe MT aufgebraucht ist und der Kontakt K mit dem Anregungsmerkmal 160 somit beendet ist.
7 zeigt eine fünfte Ausführungsform eines Wälzlagers 1020, wobei die Lagerschale 100 sowohl eine erste Anzahl mit als Bohrung 166 ausgebildeten Anregungsmerkmalen 160, als auch eine zweite Anzahl ZA2 mit als Riffelelement 168 ausgebildeten Anregungsmerkmalen 160 aufweist. Die Bohrung 166 kann dabei einen von dem Riffelelement 168 unterschiedlichen Merkmalsversatz MV (hier nicht gezeigt) aufweisen, um wie in 4 beschrieben, um unterschiedliche Zustände im Verschleißverlauf VV zu kennzeichnen.
8 zeigt eine sechste Ausführungsform eines Wälzlagers 1020, mit einem als Bohrung 166 in die Lagerschale 100 eingebrachten Anregungsmerkmal 160, wobei die Bohrung 166 als Sacklochbohrung 167 ausgebildet ist. Eine derartige Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Lagerschale nur zu einer Seite eine Öffnung aufweist. Insbesondere kann es ausreichend sein, wenn sich das Anregungsmerkmal 160 zwar nicht vollständig, aber zu einem wesentlichen Teil, insbesondere über einen Scheitelpunkt 143 der Laufzonenoberfläche 142 hinaus, erstreckt, um eine ausreichende Körperschallsignatur KSS zu erzeugen. Die Stabilität der Lagerschale 100 kann vorteilhaft erhöht werden, wenn die Abmessungen des Anregungsmerkmals 160 nicht größer als nötig gestaltet werden, insbesondere die Bohrung 166 sich nicht vollständig in axialer Richtung durch die Lagerschale 100 erstreckt.
9 zeigt eine siebte Ausführungsform eines Wälzlagers 1020, wobei eine Bohrung 166 als Anregungsmerkmal 160 als eingeschlossene Aussparung 164 in Form einer eingeschlossenen Bohrung, ausgebildet ist. Das Anregungsmerkmal 160 ist dabei insbesondere axial in der Nähe des Scheitelpunktes 143 der Laufzonenoberfläche 142 angeordnet, insbesondere symmetrisch zum Scheitelpunkt 143. Eine derartige eingeschlossene Aussparung 164 hat insbesondere den Vorteil einer noch geringeren mechanischen Beeinträchtigung der Lagerschale 100. Eine derartige eingeschlossene Aussparung 164 kann beispielsweise mittels Sintern oder eines additiven Fertigungsverfahren hergestellt werden.
10A und 10B zeigt eine achte Ausführungsform eines Wälzlagers 1020, bei der ein Anregungsmerkmal 160 als Aussparung 162 in die Lagerschale 100 eingebracht ist, wobei die Aussparung 162 als eingeschlossene Aussparung 164 ausgebildet ist. Im Unterschied zur der in 9 gezeigten siebten Ausführungsform ist bei der eingeschlossenen Aussparung 164 der achten Ausführungsform die Merkmalsachse AA nicht parallel zur axialen Hauptrichtung der Lagerschale 100, sondern senkrecht zu dieser, und somit normal zur Laufzonenoberfläche 142 angeordnet. Dadurch entsteht eine flache zylindrische, plättchenförmige Ausbildung der eingeschlossenen Aussparung 164. Als Fertigungsverfahren zur Herstellung bieten sich ebenfalls die zur sechsten Ausführungsform genannten Verfahren an, insbesondere da sich bei der eingeschlossenen Aussparung 164 um einen vollständigen Einschluss bzw. Hohlraum innerhalb des Grundkörpers der Lagerschale 100 handelt.
11 zeigt eine bevorzugte neunte und eine bevorzugte zehnte Ausführungsform eines Wälzlagers, die jeweils einzeln, aber auch zusammen, beispielsweise axial nebeneinander kombiniert in Form eines zweireihigen Lagers, eingesetzt werden können. Die links gezeigte neunte Ausführungsformen zeigt ein Wälzlager 1020, dessen Lageraußenschale 102 eine erste Anzahl ZA von Anregungsmerkmalen 160 aufweist und dessen Lagerinnenschale 104 eine zweite Anzahl ZA2 von Anregungsmerkmalen 160 aufweist. Die Anregungsmerkmale 160 sind in diesem Fall sowohl für die erste Anzahl ZA, als auch für die zweite Anzahl ZA2 als Aussparungen 162 in Form von eingeschlossenen Aussparungen 164 gebildet.
Die in 11 rechts gezeigte zehnte Ausführungsform zeigt ein Wälzlager 1020 dessen Lageraußenschale 102 eine erste Anzahl ZA von Anregungsmerkmalen 160 aufweist und dessen Lagerinnenschale 104 eine zweite Anzahl ZA2 von Anregungsmerkmalen 160 aufweist, wobei die Anregungsmerkmale 160 in Form von Riffelelementen 168 gebildet sind.
In einer ebenfalls im Rahmen des Konzepts der Erfindung liegenden Abwandlung können die Anregungsmerkmale 160 der ersten Anzahl ZA unterschiedlich von den Anregungsmerkmalen 160 der zweiten Anzahl ZA2 ausgebildet sein. In einer ebenfalls im Rahmen des Konzepts der Erfindung liegenden Abwandlung können unterschiedliche Ausführungsformen kombiniert werden, insbesondere kann ein Lagerinnenring eines Wälzlagers in einer anderen Ausführungsform gestaltet sein als ein Lageraußenring des Wälzlagers.
12 zeigt schematisch eine Lagerschale 100 mit einem Muster 190 einer Anzahl ZA von Anregungsmerkmalen 160. Die Anregungsmerkmal sind insbesondere äquidistant über den Umfang der Lagerschale 100 verteilt angeordnet. Die Anregungsmerkmale 160 können beispielsweise als Bohrungen 166 oder als Riffelelemente 168 ausgebildet sein.
13 zeigt eine zehnte Ausführungsform eines als Zylinderrollenlager ausgebildeten Wälzlagers 1020 mit einer als Bohrung 166 in die Lagerschale 100 eingebrachten Anregungsmerkmal 160. Das Zylinderrollenlager unterscheidet sich insbesondere von einem Kugellager durch die zylindrische Form des Wälzkörpers 800. Andere Formen von Anregungsmerkmalen 160 sind auch bei einem als Zylinderrollenlager ausgebildeten Wälzlager 1020 möglich, beispielsweise die in den 7 bis 10B gezeigten.
14 zeigt eine zwölfte Ausführungsform eines als Zylinderrollenlager ausgebildeten Wälzlagers 1020 mit einem als Bohrung 166 in den zylindrischen Wälzkörper 800 eingebrachten Anregungsmerkmal 160. Das Anregungsmerkmal 160 ist in einer Kontaktzone 1040 unterhalb der Wälzkörperoberfläche 810 angeordnet. Gleichwohl sind andere Formen von Anregungsmerkmalen 160 in dem Wälzkörper 800 möglich, beispielsweise in Form einer eingeschlossenen Aussparung. Ausführungsformen mit einem oder mehreren Anregungsmerkmalen 160 im Wälzkörper 800 und insbesondere bei Wälzlagern 1020 mit zylindrischen Wälzkörpern 802 vorteilhaft einsetzbar, weil diese aufgrund seiner Kinematik praktisch ausschließlich um die Wälzsachse AW drehen und somit insbesondere keine anderweitigen Verdrehungen des Wälzkörpers 800 erfolgen. Daher kann ein Anregungsmerkmal 160, insbesondere eine Aussparung 162 und/oder eine Bohrung 166, vorteilhaft in eine Wälzkörperstirnfläche 812 des Wälzkörpers 800 in eine Kontaktzone 1040 unterhalb der Wälzkörperoberfläche 810 eingebracht werden, wobei die Wälzkörperstirnfläche 812 nicht zur im Betrieb belasteten Wälzkörperoberfläche 810 zählt und somit eine Bohrung bzw. Öffnung dort den Betrieb des Wälzlagers 1020 nicht beeinträchtigt.
In Ausführungsformen, in denen ein Anregungsmerkmal 160 in den Wälzkörper eingebracht ist, ergibt sich als Signaturfrequenz SF insbesondere eine Wälzkörperrotationsfrequenz fw wie folgt: $ƒ_{W} = \frac{1}{2} ƒ_{n} * \frac{D_{T}}{D_{W}} * (1 - {(\frac{D_{W}}{D_{T}} * cos α_{B})}^{2})$
Wobei f_n die Drehfrequenz des Wälzlagers 1020, D_T der Teilkreisdurchmesser, Dw der Durchmesser des Wälzkörpers 800 und α_B der Betriebsdruckwinkel sind. Die angegebene Frequenz vervielfacht sich entsprechend der Anzahl an Anregungsmerkmalen 160 im Wälzkörper 800.
Weitere Ausführungsformen mit anderen Wälzkörpergeometrien sind in ebenfalls bevorzugter Weise möglich, in denen ein Anregungsmerkmal 160 in den Wälzkörper eingebracht ist. Die hier gezeigte Ausführungsform kann insbesondere auch in andere Lagerformen mit einer Wälzkörperstirnfläche 812 aufweisendem Wälzkörper 800 abgewandelt werden, beispielsweise in Form eines Nadellagers, Kegelrollenlagers, Tonnenlagers, Pendelrollenlagers oder dergleichen.
15 zeigt ein Gleitlager 1030 gemäß dem Stand der Technik. Das Gleitlager 1030 ist im Querschnitt dargestellt, wobei nur die obere Hälfte gezeigt ist. Die Laufzone 140 der als Lageraußenschale 102 gebildeten Lagerschale 100 ist entsprechend als verschleißbehaftete Gleitschicht ausgebildet. In der Lagerschale 100 ist ein drehendes Teil 1002 in Form einer Welle 1004 zur Verwirklichung einer Rotationsbewegung R drehbar gelagert. Die Laufzone 140 bzw. die Gleitschicht ist aus einem, für eine gleitende Aufnahme der Welle 1004 geeigneten, Material gebildet, insbesondere einem Weißmetall auf Blei-und/oder Zinnbasis, einer Aluminiumlegierung, einer Kupferlegierung, einem Sinterwerkstoff, einem Kunststoff oder einem Verbundwerkstoff. Zwischen der Welle 1004 und der Laufzone 140 kann optional ein Schmierfilm angeordnet sein.
Die 16A, 16B, 16C zeigen eine dreizehnte, vierzehnte und fünfzehnte Ausführungsform jeweils eines als Gleitlager ausgebildeten, und Anregungsmerkmale 160 in der Laufzone 140 aufweisenden Lagers.
In 16A und 18A ist die dreizehnte Ausführungsform dargestellt, mit einer Lagerschale 100, die eine Anzahl ZA von, insbesondere als Muster 190 von äquidistant über den Umfang der Lagerschale 100 verteilten, Anregungsmerkmalen 160 in der Laufzone 140 aufweist. Die Anregungsmerkmale 160 sind insbesondere als Fremdmaterialmerkmale 170 ausgebildet, welche aus einem anderen Material als die Laufzone 140 gebildet sind. Ein Fremdmaterialmerkmal 170 ist insbesondere punktförmig in der Laufzone 140 angeordnet oder verläuft streifen- bzw. linienförmig durch diese und ist vorteilhaft bei einem als Gleitlager 1030 ausgebildeten Lager 1000 anwendbar. Anders als bei einem als Wälzlager ausgebildeten Lager, bei dem die Körperschallsignatur insbesondere primär durch ein Überrollen der Anregungsstelle eines Anregungsmerkmals und den dadurch erzeugten mechanischen Impuls hervorgerufen wird, erfolgt die Erzeugung einer Körperschallsignatur bei einem Gleitlager insbesondere durch den reibenden Kontakt des Anregungsmerkmals 160 mit der Welle 1004. Ein Fremdmaterialmerkmal 170 kann daher insbesondere auch aus einem Material gebildet sein, dass sich zur reibenden Erzeugung von Körperschall eignet, beispielsweise Ton oder Keramik. Insbesondere weist das Fremdmaterialmerkmal 170 eine andere, insbesondere höhere, Härte als das Material der Laufzone 140 auf.
In 18A ist in ein schematischer, ausschnittsweiser Schichtaufbau der dreizehnten Ausführungsform dargestellt. Hier ist sichtbar, dass das Anregungsmerkmal 160 um einen ersten Merkmalsversatz MV1 unterhalb der Laufzonenoberfläche 142 versetzt in der Laufzone 140 bzw. der Gleitschicht angeordnet ist. Somit entsteht ein Kontakt K mit der Welle 1004 erst, wenn die Laufzone 140 um den Betrag des ersten Merkmalsversatzes MV1 verschlissen ist. Die Laufzone 140 weist in einem als Gleitlager ausgebildeten Lager insbesondere eine Schichtstärke von 20µm bis 2mm auf.
16B und 18B zeigen eine vierzehnte bevorzugte Ausführungsform eines Lagers 1000 in Form eines Gleitlagers 1030. Im Unterschied zu der dreizehnten Ausführungsform weist die hier gezeigte Lagerschale 100 eine zusätzliche, zweite Anzahl ZA2 von Anregungsmerkmalen 160 auf, die ebenfalls als Fremdmaterialmerkmale 170 ausgebildet sind und in einer, unter der Laufzone 140 angeordneten Zwischenzone 146 angeordnet sind. Die Zwischenzone 146 ist aus einem geeigneten Material, insbesondere einem Weißmetall auf Blei-und/oder Zinnbasis, einer Aluminiumlegierung, einer Kupferlegierung, einem Sinterwerkstoff, einem Kunststoff oder einem Verbundwerkstoff, gebildet und weist bevorzugt eine Schichtstärke von 20µm bis 2mm auf. Wie in 18B sichtbar, liegen die Anregungsmerkmale 160 der zweiten Anzahl ZA2 weiter von der Laufzonenoberfläche 142 nach innen in den Grundkörper 120 der Lagerschale 100 versetzt als die Anregungsmerkmale 160 der ersten Anzahl ZA, nämlich um einen zweiten Merkmalsversatz MV2.
16C und 18C zeigen eine fünfzehnte bevorzugte Ausführungsform eines Lagers 1000 in Form eines Gleitlagers 1030, bei dem zusätzlich zur dreizehnten Ausführungsform eine noch weitere, dritte Anzahl ZA3 an Anregungsmerkmalen 160 in der Lagerschale 100 angeordnet sind. Die Anregungsmerkmale 160 der dritten Anzahl ZA3 sind in einer Trägerzone 148 angeordnet, die unterhalb der Zwischenzone 146 im Grundkörper 120 der Lagerschale 100 liegt. Die Trägerzone 148 ist aus einem geeigneten Material, insbesondere einem Weißmetall auf Blei- und/oder Zinnbasis, einer Aluminiumlegierung, einer Kupferlegierung, einem Sinterwerkstoff, einem Kunststoff oder einem Verbundwerkstoff. gebildet und weist bevorzugt eine Schichtstärke von 20µm bis 2mm auf. Wie in 18C sichtbar, liegen die Anregungsmerkmale 160 der dritten Anzahl ZA3 weiter von der Laufzonenoberfläche 142 nach innen in den Grundkörper 120 der Lagerschale 100 versetzt als die Anregungsmerkmale 160, der ersten und zweiten Anzahl ZA, ZA2, nämlich um einen dritten Merkmalsversatz MV3.
In der vierzehnten und fünfzehnten Ausführungsform kann vorteilhaft der Verschleißverlauf VV besser differenziert werden durch die mit unterschiedlichen Merkmalsversätzen MV in den Grundkörper 120 eingebrachten Anzahlen ZA, ZA2, ZA3 an Anregungsmerkmalen 160. Die Anregungsmerkmale 160 der unterschiedlichen Anzahlen ZA, ZA2, ZA3 können vorteilhaft aus unterschiedlichen Materialien und/oder unterschiedlichen Härten gebildet sein, wodurch vorteilhaft unterscheidbare Körperschallsignatur KSS erzeugt werden können.
Die 16A, 16B, 16C und 16D zeigen eine sechzehnte, siebzehnte, achtzehnte und neunzehnte bevorzugte Ausführungsform eines als Gleitlager ausgebildeten Lagers, wobei diese Ausführungsformen zusätzliche Anregungsmerkmale in einer Kontaktzone 140 des drehenden Teils 1002 aufweisen.
17A zeigt eine sechszehnte bevorzugte Ausführungsform eines Lagers 1000 in Form eines Gleitlagers 1030, bei dem - insbesondere im Unterschied zu dem in 16A gezeigten Lager - die Welle 1004 Anregungsmerkmale 160, nämlich eine vierte Anzahl ZA4 von Anregungsmerkmalen 160, aufweist. Die Anregungsmerkmale 160 der vierten Anzahl ZA4 sind in einer unterhalb der Kontaktfläche 1010 liegenden, verschleißbehafteten Kontaktzone 1040 der Welle 1004 angeordnet. Die Anregungsmerkmale 160 der vierten Anzahl ZA4 sind insbesondere als Fremdmaterialmerkmale 170 ausgebildet und in einem Muster 190 äquidistant über den Umfang der Welle 1004 verteilt angeordnet. Bei einer mit fortschreitendem Verschleißverlauf VV der Welle 1004 eintretenden Abnahme der Kontaktzone 1040 werden eine oder mehrere Anregungsmerkmale 160 der vierten Anzahl ZA4 freigelegt und treten in einen, insbesondere reibenden, Kontakt mit der Lagerschale 100 zur Erzeugung einer Körperschallsignatur KSS. 18D die zeigt vereinfacht einen Schichtaufbau einer Welle 1004 mit einem Anregungsmerkmal 160 der vierten Anzahl ZA4, die um einen vierten Merkmalversatz MV4 unterhalb der Kontaktoberfläche 1010 versetzt innerhalb der Kontaktzone 1040 der Welle 1004 angeordnet sind.
Die in den 16B, 16C und 16D gezeigten Ausführungsformen stellen jeweils eine Kombination der sechszehnten Ausführungsform mit der dreizehnten, vierzehnten und fünfzehnten Ausführungsform dar.
Die in 17B gezeigte, siebzehnte bevorzugte Ausführungsform eines Lagers 1000 zeigt folglich ein Gleitlager 1030 gemäß dem dreizehnten Ausführungsbeispiel, wobei jedoch zusätzlich in der Kontaktzone 1040 der Welle 1004 Anregungsmerkmale 160 einer vierten Anzahl ZA4 angeordnet sind.
Die in 17C gezeigte, achtzehnte bevorzugte Ausführungsform eines Lagers 1000 zeigt ein Gleitlager 1030 gemäß dem vierzehnten Ausführungsbeispiel, wobei zusätzlich in der Kontaktzone 1040 der Welle 1004 Anregungsmerkmale 160 einer vierten Anzahl ZA4 angeordnet sind.
Die in 17D gezeigte, neunzehnte bevorzugte Ausführungsform eines Lagers 1000 zeigt ein Gleitlager 1030 gemäß dem fünfzehnten Ausführungsbeispiel, wobei zusätzlich in der Kontaktzone 1040 der Welle 1004 Anregungsmerkmale 160 einer vierten Anzahl ZA4 angeordnet sind.
Bei der siebzehnten, achtzehnten und neunzehnten Ausführungsform der 17B, 17C und 17D kann durch das Vorhandensein von Anregungsmerkmalen 160 sowohl in der Lagerschale 100, als auch in der Kontaktzone 1040 der Welle 1004, vorteilhaft die Erzeugung einer Körperschallsignatur KSS verstärkt werden, da beide Kontaktpartner, die Lagerschale 100 und die Welle 1004, über Anregungsmerkmale 160 verfügen. Insbesondere können die Materialien der als Fremdmaterial Merkmale 170 ausgebildeten Anregungsmerkmal 160 aufeinander angepasst werden zur verbesserten, insbesondere reibenden, Körperschallerzeugung.
Die Anzahlen ZA, ZA2, ZA3, ZA4 von Anregungsmerkmalen 160 der hier gezeigten dreizehnten bis neunzehnten Ausführungsformen der 16A bis 17D sind insbesondere in Form eines Musters 190, insbesondere äquidistant über den Umfang der Lagerschale 100 und/oder der Welle 1004 angeordnet. Die Anregungsmerkmale 160 der hier gezeigten zwölften bis achtzehnten Ausführungsform sind insbesondere als Fremdmaterialmerkmal 170 ausgebildet.
19 zeigt stark schematisch eine Maschine 3000 mit mindestens einem Lager 1000 gemäß dem Konzept der Erfindung. Die Maschine 3000 kann insbesondere als Brennkraftmaschine 4000 oder elektrische Maschine 5000 oder Getriebe 6000 ausgebildet sein. Insbesondere kann die Maschine 3000 als eine Kraftmaschine oder als eine Arbeitsmaschine ausgebildet sein. Vorliegend weist die Maschine 3000 zwei Lager 1000 gemäß dem Konzept der Erfindung auf, gleichwohl sind im Rahmen der Erfindung auch Maschinen 3000 mit einem oder mehreren Lagern 1000 gemäß dem Konzept der Erfindung möglich.
Bezugszeichenliste

100: Lagerschale
102: Lageraußenschale
104: Lagerinnenschale
120: Grundkörper
140: Laufzone
142: Laufzonenoberfläche
143: Scheitelpunkt der Laufzonenoberfläche
144: Laufflächenrandbereich
146: Zwischen-/Übergangszone
148: Trägerzone
160: Anregungsmerkmal
162: Aussparung
164: eingeschlossene Aussparung
166: Bohrung
167: Sacklochbohrung
168: Riffelelement
170: Fremdmaterialmerkmal
180: Anregungsstelle
182: weitere Anregungsstelle
190: wiederkehrendes Muster von Einzelmerkmalen
190.1, 190.2: erstes, zweites Muster
190.1', 190.2': weiteres erstes, weiteres zweites Muster
700: Überwachungssystem
702: Körperschallsensor
704: Signalauswertungseinheit
706: Signaturspeicher
708: Lesegerät
800: Walzkörper
802: zylindrischer Wälzkörper
810: Walzkörperoberfläche
812: Wälzkörperstirnfläche
1000: Lager
1002: drehendes Teil
1004: Welle
1010: Kontaktoberfläche
1020: Wälzlager
1030: Gleitlager
1040: Kontaktzone
3000: Maschine
4000: Brennkraftmaschine
5000: elektrische Maschine
6000: Getriebe
AA: Merkmalsachse
AW: Wälzachse
K: Kontakt
K1: erster Kontaktpartner
K2: zweiter Kontaktpartner
KSS: Körperschallsignatur
KSS2: weitere Körperschallsignatur
KU: Kontaktübergang
MV: Merkmalsversatz
MT: Merkmalstiefe
SF: Signaturfrequenz
SM: Signaturmerkmal
VV, VV1, VV2: Verschleißverlauf; erster, zweiter Verschleißverlauf
ZA: Anzahl an Anregungsmerkmalen
ZA2, ZA3, ZA4: zweite bis vierte Anzahl von Anregungsmerkmalen
ZN: Neuzustand des Wälzlagers

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

AU 577689 B2 [0005]
DE 102019101049 A1 [0007]

Claims

Lager (1000) für ein drehendes Bauteil (1200), aufweisend: - mindestens ein drehendes Teil (1002), insbesondere eine Welle (1004) oder ein Wälzkörper (800), mit einer Kontaktoberfläche (1010) und einer darunterliegenden, verschleißbehafteten Kontaktzone (1040), - mindestens eine Lagerschale (100) mit einem Grundkörper (120) und einer zur Aufnahme des drehenden Teils (1002) ausgebildeten, verschleißbehafteten Laufzone (140), wobei - die Laufzone (140) sich als Bahn über den Grundkörper (120) erstreckt und eine zum drehenden Teil (1002) gerichtete Laufzonenoberfläche (142) ausgebildet ist, wobei - die Lagerschale (100) und/oder das drehende Teil (1002) eine Anzahl (ZA) von mindestens einem Anregungsmerkmal (160) aufweist zur Erzeugung einer Körperschallsignatur (KSS) durch einen Kontakt (K) zwischen der Lagerschale (100) und des drehenden Teils (1002) an einer Anregungsstelle (180) des Anregungsmerkmals (160), wobei - die Körperschallsignatur (KSS) ein identifizierbares und von anderen Körperschallquellen unterscheidbares Signaturmerkmal (SM), insbesondere eine Signaturfrequenz (SF), aufweist dadurch gekennzeichnet, dass - das Anregungsmerkmal (160) in der Laufzone (140) der Lagerschale (100) und/oder an die Laufzone (140) angrenzend in einem Laufflächenrandbereich (144) angeordnet ist, und/oder - das Anregungsmerkmal (160) in der Kontaktzone (1040) des drehenden Teils (1002) angeordnet ist, wobei - das Anregungsmerkmal (160) derart angeordnet ist, dass mit einem fortschreitenden Verschleißverlauf (VV) der Lagerschale (100) und/oder des drehenden Teils (1002) ein Kontaktübergang (KU) entsteht.
Lager (1000) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Anregungsmerkmal (160) um einen Merkmalsversatz (MV) von der Laufzonenoberfläche (142) und/oder der Kontaktoberfläche (1010) beabstandet ist, sodass der Kontaktübergang (KU) das Entstehen eines Kontakts (K) umfasst.
Lager (1000) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Anregungsmerkmal (160) in der Laufzonenoberfläche (142) und/oder in der Kontaktoberfläche (1010) beabstandet ist und eine Merkmalstiefe (MT) aufweist, sodass der Kontaktübergang (KU) das Beenden eines Kontakts (K) umfasst.
Lager (1000) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Laufzone (140) als ringförmig geschlossene Bahn über den Grundkörper (120) erstreckt.
Lager (1000) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass - das Lager (1000) ein Wälzlager (1020) ist, und - das drehende Teil (1002) durch einen Wälzkörper (800) mit einer Walzkörperoberfläche (810) als Kontaktoberfläche (1010) gebildet ist.
Lager (1000) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass - das Lager (1000) ein Gleitlager (1030) ist, und - das drehende Teil (1002) durch eine Welle (1004) mit einer Wellenoberfläche (1032) als Kontaktoberfläche (1010) gebildet ist.
Lager (1000) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - das Anregungsmerkmal (160) in Form einer Aussparung (162), insbesondere eines Lochs (164) oder einer Bohrung (166), in der Laufzone (140) unterhalb der Laufzonenoberfläche (142) oder in der Kontaktzone (1040) unterhalb der Kontaktoberfläche (1010) gebildet ist.
Lager (1000) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - das Anregungsmerkmal (160) im Grundkörper (120) als ein Riffelelement (168) gebildet ist, das an die Laufzone (140) angrenzend, insbesondere in einem Laufflächenrandbereich (144), derart angeordnet ist, dass ein fortschreitender Verschleißverlauf (VV) der Laufzone (140) zu einem Annähern des drehenden Teils (1002) an die Anregungsstelle (180) führt.
Lager (1000) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Muster (190) von Anregungsmerkmalen (160).
Lager (1000) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Anregungsmerkmal (160) als Fremdmaterialmerkmal (170), insbesondere aus einem anderen Material als die Laufzone (140) oder Kontaktzone (1040), in die sie eingebettet ist, ausgebildet ist.
Lager (1000) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch - mindestens ein weiteres Anregungsmerkmal (160) einer weiteren Anzahl (ZA2) zum Erzeugen einer weiteren Körperschallsignatur (KSS2) an einer weiteren Anregungsstelle (182), - wobei das Anregungsmerkmal (160) der weiteren Anzahl (ZA2) um einen weiteren Merkmalsversatz (MV2) von der Laufzonenoberfläche (142) und/oder der Kontaktoberfläche (1010) beabstandet angeordnet ist, der größer ist als der Merkmalsversatz (MV) des Anregungsmerkmals (160) der ersten Anzahl (ZA).
Überwachungssystem (700) für ein Lager (1000) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, aufweisend mindestens einen Körperschallsensor (702) und eine Signalauswertungseinheit (704).
Maschine (3000), insbesondere Brennkraftmaschine (4000) oder elektrische Maschine (5000) oder Getriebe (6000), mit einem Lager (1000) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11.