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Die Erfindung betrifft eine Überwachungseinrichtung für Lageranordnungen mit einer Lageraufnahme, einem Wälzlager und einer Welle oder einer Achse,
wobei das Wälzlager einen konischen Innenring aufweist, der auf einer auf der Welle oder Achse aufgebrachten ebenfalls konischen Spannhülse aufgeschoben und mittels eines Spannelementes verspannt ist,
und die Lageranordnung einen Sensor für eine Überwachung aufweist.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Überwachung einer Lageranordnung mit Hilfe der Überwachungseinrichtung.
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Die hier in Rede stehenden Lageranordnungen besitzen eine Lageraufnahme für ein vorzugsweises großes Wälzlager, beispielsweise in einem Lagergehäuse. Das kann zum Beispiel ein Stehlagergehäuse herkömmlicher Bauart sein. Um das „große“ Wälzlager näher zu definieren, wird die Erfindung insbesondere bei Wälzlagern für eine Welle oder eine Achse mit einem größeren Durchmesser als 200 mm eingesetzt. Zu den Wellen oder Achsen wird hier auch ein Walzenzapfen gezählt.
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Bekannt sind Überwachungssensoren in großen Lageranordnungen. Diese haben die Aufgaben Schwingungen aufzunehmen, Temperaturen zu messen oder die Drehzahl zu erfassen. Mit ihrer Hilfe kann bereits ein drohender Lagerschaden vorzeitig erkannt werden.
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Für die Erfindung typische Spannhülsen sind in ihrer Ausgangsform beispielsweise in der DIN 5415 genormt. Als Spannelement dient beispielsweise eine ebenfalls genormte Spannmutter.
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Beispielhaft findet sich in der
- - JP 2006 - 250 726 A ein Sensor, beispielsweise in Form eines Dehnungsmessstreifens, zur Überwachung des Betriebszustandes des Lagers bei der Montage,
- - JP 2006 - 47 180 A ein Verfahren zur Prüfung der Abnutzung des Käfigs,
- - DE 696 16 995 T2 eine Sensorvorrichtung, angebracht am Lagergehäuse, zur Erfassung der Drehzahl eines Lagerringes,
- - EP 2 801 729 A2 zur Messung des Lagerspiels eine Sensoreinheit zur Messung des Abstandes zwischen zwei Bauteilen.
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Die Erfindung betrifft ferner einen Ein- oder Auslaufstuhl einer Doppelbandpresse mit jeweils zwei übereinander liegenden Bandumlenkwalzen und mit einem linken und einem rechten Walzenständer, die jeweils ein oberes und ein unteres Walzenlager mit jeweils einer Lageraufnahme und einem Wälzlager in einer Lageranordnung aufweisen, wobei jede Lageraufnahme und jedes Wälzlager für jeweils einen Walzenzapfen einer Bandumlenkwalze vorgesehen ist.
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Die Erfindung wird also im Folgenden am Beispiel einer Lageranordnung für Bandumlenkwalzen in einer Doppelbandpresse erläutert.
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Eine Doppelbandpresse weist zwei umlaufende Pressbänder auf, zwischen denen ein Produkt unter Einsatz von Druck und ggf. Wärme, die im Inneren wenigstens eines Bandumlaufs auf das Band und somit das Produkt wirken, verdichtet wird. Das Produkt durchläuft dabei den Pressbereich, in dem die Bänder dicht beieinander liegen. Als spezielle Ausgestaltung wird die Erfindung für Doppelbandpressen zur Herstellung von Holzfaserplatten durch die Verdichtung von Holzfasern, Faserbündeln oder Faserbruchstücken beschrieben. Eine solche Doppelbandpresse wird von der Anmelderin unter dem Namen ContiRoll vertrieben. Die Erfindung soll aber nicht auf dieses Produkt beschränkt sein. Vielmehr werden auch Vliese oder Kunststoffe in derartigen Pressen verdichtet. Generell handelt es sich also um Doppelbandpressen zur Herstellung von plattenförmigen oder mattenförmigen Werkstoffen, insbesondere von Holzwerkstoffplatten, ggf. auch zur Erwärmung von Materialfasern, Spänen oder anderem Schüttgut bei der Herstellung von plattenförmigen oder mattenförmigen Werkstoffen, insbesondere von Holzwerkstoffplatten.
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Die beiden geschlossenen umlaufenden Bänder werden jeweils zumindest mit zwei Bandumlenkwalzen geführt. Eine obere und eine untere Bandumlenkwalze sind am Anfang und am Ende der Doppelbandpresse in einem sogenannten Ein- bzw. Auslaufstuhl übereinander installiert. Die am Ende des durch die beiden Bänder gebildeten Pressspaltes übereinander angeordneten Bandumlenkwalzen sind in Walzenständern beidseitig des Produktförderweges gelagert, von denen die obere Bandumlenkwalze das obere umlaufende Pressband nach oben und die untere das untere umlaufende Pressband nach unten zurückführt. Die beiden Walzen drehen also gegensinnig. Diese beiden Walzenständer werden als Auslaufstuhl bezeichnet. Entsprechend analog wird der Einlaufstuhl so angeordnet, dass die am Anfang des durch die beiden Pressbänder gebildeten Pressspaltes übereinander angeordneten Bandumlenkwalzen in Walzenständern beidseitig des Produktförderweges gelagert sind, wobei das obere Pressband von der oberen Bandumlenkwalze kommend und dass untere umlaufende Pressband von der unteren Bandumlenkwalze kommend weitergeführt den Pressspalt bilden. Die Walzenständer müssen sich nicht unbedingt auf dem Fundament der Doppelbandpresse abstützen, sondern können auch an deren Rahmen befestigt sein.
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Vielfach ist zumindest ein Walzenlager einer Bandumlenkwalze verschiebbar angeordnet, damit man einem seitlichen Bandverlauf entgegenwirken kann.
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Einen solchen, relativ modernen Auslaufstuhl mit zwei Umlenkwalzen zeigt beispielsweise die
DE 10 2017 111 018 A1 .
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Diese Lageranordnungen arbeiten in der Regel zuverlässig. Sollte es tatsächlich durch Verschleiß oder Verdreckung zu einem Ausfall eines Wälzlagers kommen, ist ein Austausch des Wälzlagers zudem unproblematisch und relativ schnell durchzuführen.
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Allerdings kommt es in Einzelfällen auch schon einmal vor, dass sich die Wälzkörper und somit der Innen- und der Außenring des Wälzlagers verkeilen. Das kann dazu führen, dass auch die Spannhülse auf der Welle oder der Achse eine Relativbewegung ausführt und die Welle oder die Achse und den damit verbundenen Lagersitz derart beschädigen, dass sie nicht mehr verwendbar ist. Das bedeutet eine besonders arbeits- und kostenaufwändige Reparatur des Ein- oder Auslaufstuhls, denn es müssten nicht nur die Wälzlager gewechselt, sondern auch die Welle oder Achse der Umlenkwalze erneuert werden.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Überwachungseinrichtung zu schaffen, die rechtzeitig in der Lage ist, auf einen kritischen Zustand aufmerksam zu machen, bevor eine Welle oder Achse von einer Spannhülse zu stark beschädigt wird.
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Die Aufgabe wird hinsichtlich der Überwachungseinrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 1 und insbesondere dadurch gelöst, dass der Sensor geeignet ist, eine Relativbewegung zwischen Spannhülse und Welle oder Achse zu erfassen.
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Es wird also neben den bekannten Überwachungssensoren aus dem Stand der Technik oder alternativ dazu ein Sensor eingesetzt, der eine Verschiebung zwischen Achse oder Welle und Spannhülse erkennen kann. Bei einer rechtzeitigen Erfassung einer Relativbewegung zwischen Spannhülse und Welle oder Achse kann ein großer Schaden vermieden werden.
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Der Sensor kann dabei beispielsweise kapazitiv, optisch oder induktiv arbeiten. Auch ein mechanischer Taster mit einem elektrischen Schalter kann als Sensor für die Überwachung eingesetzt werden.
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Eine kapazitive oder induktive Funktion wird bevorzugt ausgelegt, da eine optische Auslegung mit vielen Störgrößen konfrontiert ist und fehleranfälliger sein könnte. Ein mechanischer Sensor benötigt besondere Aufmerksamkeit bei der Auslegung, da beispielsweise auch eigene Wärmedehnung an die individuelle Situation anzupassen ist. Kapazitive oder induktive Sensoren bieten dagegen den Vorteil, dass sie einfacher an einem rotierenden Bauteil, wie der Achse oder der Welle selbst, angeordnet und energetisch versorgt sein können
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Dabei ist es von Vorteil, wenn der Sensor in der Achse oder Welle eingelassen und geeignet ist, eine definierte Stelle an der Spannhülse elektrisch, magnetisch, optisch oder mechanisch abzutasten.
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Sobald sich diese abgetastete Stelle verschiebt oder verdreht, kann eine Warnung oder ein Signal ausgelöst werden.
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Vorzugsweise umfasst die definierte Stelle eine Vertiefung auf der Innenseite der Spannhülse.
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Allein eine kleine Bohrung reicht aus, um eine sicheres Änderungssignal im Sensor zu erhalten, wenn sich diese Vertiefung verschiebt oder verdreht. Normalerweise haben Sensor und Vertiefung die gleiche umlaufende Winkelgeschwindigkeit. Sobald sich die Vertiefung aus dem Erfassungsbereich des Sensors bewegt, kann sowohl ein kapazitives wie auch ein induktives oder optisches Messverfahren eine Änderung feststellen. Und selbst ein kleiner Stößel in der Vertiefung, der auf einen elektrischen Taster wirkt, würde ein sofortiges Signal senden können.
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Mit einem solchen Signal kann die Maschine manuell oder automatisch gestoppt werden, um große Schäden zu verhindern. Nach einem Austausch des Wälzlagers ist die Gefahr behoben.
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Wenn die Welle oder Achse rotiert, ist es mit besonderem Vorteil verbunden, wenn sie mit einem kabellosen Übertragungssystem verbunden ist.
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Es werden also kabellos die Messdaten des Sensors an eine Auswerteeinheit außerhalb der rotierenden Bauteile übertragen. Die Auswerteeinheit kann bei einer Änderung des Signals eine Warnmeldung veranlassen. Bei einer anhaltenden Signaländerung kann sogar der Stopp der Maschine eingeleitet werden, um größere Schäden zu vermeiden.
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Als kabellose Übertragungssysteme kommen solche besonders in Frage, die auf einem Funksignal, WLAN, Bluetooth oder Infrarottransceivern beruhen. Bei den beiden erstgenannten Möglichkeiten werden Antennen zur Aussendung des Messsignals an die Auswerteeinheit genutzt.
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Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 5 gelöst und insbesondere dadurch, dass der Sensor eine Relativbewegung zwischen Spannhülse und Welle oder Achse erfasst.
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Die Aufgabe der Erfindung wird hinsichtlich des Ein- oder Auslaufstuhls einer kontinuierlichen Doppelbandpresse durch die Merkmale des Anspruchs 7 gelöst und insbesondere dadurch, dass mindestens eine, vorzugsweise jede Lageranordnung wenigstens eine Überwachungseinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 aufweist.
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Ein- bzw. Auslaufstühle an Doppelbandpressen sind bekannt. Ein typischer bekannter Auslaufwalzenstuhl ist in 3 als Stand der Technik dargestellt. Jedoch ist in genau einem solchen Auslaufstuhl die erfindungsgemäße Überwachungseinrichtung integrierbar.
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Noch einmal erläuternd zeigt die Figur die Seitenansicht eines der beiden Walzenständer 5 mit den aufgenommenen Walzenlagern 8.1, 8.2 für die obere und die untere Bandumlenkwalze 3.1, 3.2 auf einer Seite des Auslaufstuhls 2 einer Doppelbandpresse 1. Jedes Walzenlager besitzt eine Lageraufnahme 11 für ein Wälzlager 12. Der Walzenumfang der Bandumlenkwalze für das Pressband ist in 3 strichpunktiert angedeutet. Analog steht in genauer Flucht dahinter ein in der Figur nicht sichtbarer zweiter Walzenständer, der die beiden anderen Walzenlager von oberer und unterer Bandumlenkwalze stützt. Der Abstand der beiden Walzenständer entspricht dem Lagerabstand der Bandumlenkwalzen 3.1, 3.2. Mit dem Bezugszeichen 4 ist sowohl das obere wie das untere umlaufende Pressband angedeutet. Dazwischen befindet sich der Pressspalt 19.
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Dabei kommt es vor, dass ein Walzenständer einzelne Teilungen 10.1, 10.2 aufweist, damit das Gewicht eines Walzenständers 5 nicht zu groß für die Hebezeuge bei der Montage in der Fabrikationshalle wird. Die drei Walzenständerteile 6.1, 6.2, 6.3 werden nach dem Walzeneinbau über Verbindungselemente 17 beispielsweise an einem Flansch 16 verbunden, beispielsweise verschraubt.
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Die Antriebswalzen einer Doppelbandpresse 1 werden beweglich in den Walzenständern eines Auslaufstuhls gelagert. Die Lagerfenster 18, in denen das Walzenlager 8.1, 8.2 auf einer Lagerfläche 7.1, 7.2 verschiebbar angeordnet ist, werden im Walzenständer 5 ausgenommen. Die Lagerfläche 7.1, 7.2 kann durch Gleitschienen, Rollkörper oder Ähnlichem gebildet sein. Die Walzenlager 8.1, 8.2 können über Verstellelemente 13, beispielsweise Zylinder-Kolben-Anordnungen mit Kolbenstange 14 und Gelenk 15 justierbar sein. Um die Reibung zu vermindern sind beispielsweise Gleitbeläge 9 vorgesehen.
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Bevorzugt sind die Walzenständer zumindest im Bereich der Lageranordnungen aus 50 mm bis 100 mm dicken (Stahl-)Blechen gebildet. Eine Bauweise mit derart dicken Blechen ist stabil und erfordert deutlich weniger Aufwand in der Herstellung als eine Schweißkonstruktion. Außerdem nutzt man derart dicke Bleche, um darauf auch die Lagerfläche auszubilden.
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Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
- 1 und 2 näher erläutert. Dabei zeigt 1 eine Darstellung einer Umlenkwalze für das Pressband einer Doppelbandpresse mit einer erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung in einer Lageranordnung.
- 2 stellt eine vergrößerte Darstellung von 1 mit einem größtenteils weggeschnittenen Walzenzapfen dar.
- 3 zeigt einen Auslaufwalzenstuhl in der Seitenansicht als Ausführungsform des Standes der Technik, in den die erfindungsgemäße Überwachungseinrichtung einbaubar ist. Sie wurde dabei bereits in der Beschreibung zum Stand der Technik erläutert.
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1 zeigt eine obere oder eine untere Bandumlenkwalze 3, die mit Hilfe von Versteifungsblechen 35 mit verschweißten Walzenzapfen 22 versehen ist. Für die Erfindung spielt es keine Rolle, ob diese Walzenzapfen als Welle ein Drehmoment übertragen, also beispielsweise durch einen Motor angetrieben sind, oder ob sie lediglich eine Achse darstellen.
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Der Walzenzapfen wird von einer nach außen konischen Spannhülse 23 umschlossen, die aber besser in der vergrößernden 2 zu erkennen ist. Auf diese Spannhülse 23 ist ein Wälzlager 12 mit ebenfalls konischem Innenring 32 aufgeschoben und über ein Spannelement 24 verspannt. Der Außenring 33 des Wälzlagers sitzt in einer Lageraufnahme 11, die wiederum innerhalb eines Walzenlagers angeordnet ist, das mit dem Walzenständer 5 oder einem Walzenständerteil verbunden ist. Als Wälzkörper 34 eignen sich insbesondere Pendelrollen. Jede Lageranordnung 21 ist mit Lagerdeckeln 31 abgedeckt und ggf. abgedichtet, um Staubeintritt und Schmiermittelaustritt zu verhindern. Somit sind die Bandumlenkwalze 3 mit ihren Walzenzapfen 22 drehbar im Ständer 5 gelagert.
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2 zeigt deutlicher, dass innerhalb des Walzenzapfens 22 ein Sensor 25 eingesetzt ist, der auf eine definierte Stelle 26 auf der Innenseite der Spannhülse 23 „blickt“. Beispielsweise kann eine solche definierte Stelle 26 eine Vertiefung sein. Diese kann durch eine kleine Bohrung erzeugt sein. Ein kapazitiv, induktiv oder optisch arbeitenden Sensor 25 würde es feststellen, wenn sich die Spannhülse 23 verdreht oder verschiebt. Denn es ändern sich je nach Sensortyp das elektrische Feld, das magnetische Feld, die Reflektion eines optischen Abtasters. Auch ein mechanischer Tastensensor, der in dem Loch sitzt und bei einer Verdrehung oder Verschiebung der Spannhülse aus der Vertiefung 26 herausgedrückt wird und dabei auf einen elektrischen Taster drückt, kann hier als Sensor 25 eingesetzt sein. Das elektrische Signal eines solchen Sensors 25 kann über eine Verkabelung 27 (in 1 strichpunktiert angedeutet) zu einem kabellosen Übertragungssystem 28 weitergeleitet werden. In 1 ist dieses kabellose Übertragungssystem 28 angedeutet, das über eine Antenne 30 die Informationen des Sensors 25 an einen Empfänger 29, eventuell mit einer Auswerteeinheit 29 sendet. Über die Auswerteeinheit kann dann rechtzeitig ein Warnsignal erzeugt werden. Als kabelloses Übertragungssystem kommen insbesondere solche in Frage, die mit Funksignal, WLAN oder Bluetooth arbeiten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Doppelbandpresse
- 2
- Ein- oder Auslaufwalzenstuhl einer Doppelbandpresse
- 3, 3.1, 3.2
- Obere bzw. untere Bandumlenkwalze
- 4
- Pressband
- 5
- Walzenständer
- 6.1, 6.2, 6.3
- Walzenständerteil
- 7.1, 7.2
- Obere bzw. untere Lagerfläche
- 8, 8.1, 8.2
- Oberes bzw. unteres Walzenlager
- 9
- Gleitbelag
- 10, 10.1, 10.2
- Teilung
- 11
- Lageraufnahme
- 12
- Wälzlager
- 13
- Verstellelement, Zylinder-Kolben-Anordnung
- 14
- Kolbenstange
- 15
- Gelenk
- 16
- Flansch
- 17
- Verbindungselemente
- 18
- Lagerfenster
- 19
- Pressspalt
- 20
- Überwachungseinrichtung
- 21
- Lageranordnung
- 22
- Welle, Achse, Walzenzapfen
- 23
- Spannhülse
- 24
- Spannelement
- 25
- Sensor
- 26
- Definierte Stelle, Vertiefung
- 27
- Verkabelung
- 28
- Kabelloses Übertragungssystem
- 29
- Empfänger/Auswerteeinheit
- 30
- Antenne
- 31
- Lagerdeckel
- 32
- Konischer Innenring des Wälzlagers
- 33
- Außenring des Wälzlagers
- 34
- Wälzkörper
- 35
- Versteifungsbleche
- F
- Pressendurchlaufrichtung
