DE112010000023T5

DE112010000023T5 - Verfahren zum Vorhersagen einer Restlebensdauer eines Lagers, Vorrichtung für die Diagnose einer Restlebensdauer eines Lagers und Lager-Diagnosesystem

Info

Publication number: DE112010000023T5
Application number: DE112010000023T
Authority: DE
Inventors: Tsuyoshi Nomura; Takamasa Ohira; Nobuaki Mitamura; Masahide Natori; Tohru Ueda; Ichiro Joko; Hidenobu Magami
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2009-12-17
Filing date: 2010-12-16
Publication date: 2013-03-14
Anticipated expiration: 2030-12-17
Also published as: US8593138B2; CN105700503A; BRPI1004909A2; CN102216862A; BRPI1004909B1; DE112010000023B4; WO2011074654A1; JP5751166B2; JPWO2011074654A1; US20110241661A1

Abstract

Ein Verfahren zum Vorhersagen einer Restlebensdauer eines Lagers, eine Vorrichtung für die Diagnose einer Restlebensdauer eines Lagers und ein Lager-Diagnosesystem können geschaffen werden. Das Lager-Diagnosesystem 20 enthält eine Wirbelstrom-Prüfeinrichtung 11, die die Impedanz X eines bestimmten Bereiches eines Lagers 24 vor und nach dem Einsatz des Lagers misst, eine Einrichtung 30 zum Senden von Lager-Informationen, die Lager-Informationen s1 sendet, die die Impedanz X beinhalten, und eine Einrichtung 31 zum Empfangen von Lager-Informationen, die die Informationen empfängt, einen Diagnoseabschnitt 12, der die Restlebensdauer-Informationen s2 des Lagers 24 auf Basis der empfangenen Impedanz X ermittelt, und eine Einrichtung 36 zum Senden von Lebensdauer-Informationen, die die Restlebensdauer-Informationen s2 sendet, sowie eine Einrichtung 40 zum Empfangen von Lebensdauer-Informationen, die die Informationen empfängt. Dabei kann das von dem Benutzer eingesetzte Lager zerstörungsfrei geprüft werden, und die Restlebensdauer des Lagers kann vorhergesagt werden.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vorhersagen einer Restlebensdauer eines Lagers, eine Vorrichtung für die Diagnose einer Restlebensdauer eines Lagers sowie ein Lager-Diagnosesystem und insbesondere ein Verfahren zum Vorhersagen einer Restlebensdauer eines Lagers, eine Vorrichtung für die Diagnose einer Restlebensdauer eines Lagers und ein Lager-Diagnosesystem, mit denen die Restlebensdauer eines in eine Maschine eines Benutzers integrierten Lagers vorhergesagt werden kann, bevor das Lager bei fortschreitender Ermüdung beschädigt wird.
Technischer Hintergrund
Zahlreiche Walzen, die unter Verwendung von Lagern drehbar gelagert werden, werden in einer Eisenhütte, einer Papierfabrik usw. eingesetzt. In jeder derartigen Anlage wird die Lebensdauer der Lager unter Verwendung von Schwingungssensoren oder dergleichen überwacht und diagnostiziert, ein Bauteilaustauschplan wird erstellt, ein Kostenvoranschlag wird vorbereitend von einem Lagerhersteller angefordert, und eine Bestellung wird aufgegeben. Bei der Diagnose in einem Unternehmen, das nicht auf Lager spezialisiert ist, kann es jedoch in einigen Fällen aufgrund von Problemen bezüglich der Einrichtungen und der Technologie schwierig sein, die Lebensdauer der Lager genau zu diagnostizieren, und im Allgemeinen werden zahlreiche Lager zum Austausch vorrätig gehalten, um auf plötzliche Störungen vorbereitet zu sein. Des Weiteren muss der Lagerhersteller über einen großen Lagerbestand und einen umfangreichen Stamm an Vertriebspersonal verfügen, um auf erhebliche Änderung der Auftragsmenge und plötzlich eingehende Aufträge vorbereitet zu sein.
Um diese Probleme zu lösen, werden ein Überwachungs-/Diagnosesystem sowie ein Verfahren dafür geschaffen, bei denen ein Sensor an einem Lager angebracht ist, das von einem Benutzer eingesetzt wird, um die Schwingungs-Wellenform, die Temperatur, Bilder usw. des Lagers zu messen, und die Zustände des Lagers werden überwacht, indem das von dem Sensor übertragene Signal an einem entfernten Standort erfasst wird, und die Lebensdauer des Lagers wird von einem Lagerhersteller an dem entfernten Standort diagnostiziert (siehe beispielsweise Patentdokument 1). Gemäß Patentdokument 1 wird, wenn erfasst wird, dass sich der Zustand des Lagers in einem frühen Stadium der Abnormalität befindet, die Maschine angehalten, bevor das Lager weitergehenden Schaden erleidet, um so nachteilige Auswirkungen auf herzustellende Erzeugnisse zu verhindern und ernsthafte Schäden an angeschlossenen Einrichtungen zu verhindern, und das auszutauschende Lager wird frühzeitig bestellt, so dass der Austausch störungsfrei ausgeführt werden kann, und des Weiteren wird die Anzahl von Lagern, die ausgetauscht werden müssen, optimiert, um die Effizienz der Bestandsverwaltung zu verbessern.
Des Weiteren kommt es, wenn Ermüdung bei einem Lagermaterial auftritt, zu Veränderungen in der Struktur des Lagermaterials, so beispielsweise der Transformation von Restaustenit in Martensit, der Verringerung der Versetzungsdichte und der Zunahme der Druck-Restspannung. Als eine Methode zum Vorhersagen des Ermüdungsfortschritt eines Lagers ist eine Methode entwickelt worden, bei der der Ermüdungsfortschritt vorhergesagt wird, indem Veränderungen in der Struktur unter Verwendung von Röntgenstrahlen gemessen werden (siehe beispielsweise Patentdokument 2). Des Weiteren ist eine Methode bekannt, bei der der Ermüdungsgrad eines Testobjektes, in diesem Falle kein Lager, das aus austenitischem rostfreien Stahl besteht, vorhergesagt wird, indem unter Verwendung eines Wirbelstroms die Änderung der magnetischen Permeabilität gemessen wird, die durch Übergang von der Austenitphase zu der Martensitphase aufgrund von Arbeitstransformation verursacht wird (siehe beispielsweise Patentdokument 3). Des Weiteren ist ein Verfahren zur Diagnose des Lagerbelastungszustandes bekannt, bei dem die kleiner gewordene Menge an Restaustenit unter Verwendung eines Wirbelstroms gemessen wird (siehe beispielsweise Patentdokument 4).
Dokument nach dem Stand der Technik
Patentdokument

Patentdokument 1: JP-A-2001-356808
Patentdokument 2: JP-A-S63-34423
Patentdokument 3: JP-A-H8-248004
Patentdokument 4: JP-A-2004-198246

Zusammenfassung der Erfindung
Bei der Methode nach Patentdokument 1, bei der das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Abnormalität auf Basis der Schwingungs-Wellenform, der Temperatur, von Bildern usw. eines Lagers erfasst wird, ist es sehr schwierig, zu bestimmen, ob das Lager störungsfrei ist, wenn keine Abnormalität in dem Lager auftritt. Daher ist es, obwohl es möglich ist, Schaden an dem Lager, die Ausweitung des Einflusses auf Erzeugnisse sowie ernsthafte Beschädigung angeschlossener Einrichtungen zu verhindern, sehr schwierig, den Einfluss des Lagerschadens auf Erzeugnisse und das Auftreten von Störungen an den angeschlossenen Einrichtungen auszuschließen. Des Weiteren wird, nachdem das Lager beschädigt ist, der Auftrag für ein neues Lager erteilt, d. h. im schlimmsten Fall muss die Anlage während eines Zeitraums von der Auftragserteilung durch den Benutzer bis zur Lieferung angehalten werden, so dass dahingehend ein Problem auftritt, dass die Verfügbarkeit der Anlage eingeschränkt wird. Das heißt, wenn der Lagerschaden plötzlich auftritt, hat der Benutzer das Lager in einigen Fällen nicht vorrätig, so dass sich die Stillstandszeit der Anlage möglicherweise verlängert.
Des Weiteren treten bei der Methode gemäß Patentdokument 2 zum Vorhersagen des Fortschritts der Ermüdung eines Lagers, da die Änderung der Struktur des Lagermaterials unter Verwendung von Röntgenstrahlen gemessen wird, dahingehend Probleme auf, dass es schwierig ist, die Messung vor Ort vorzunehmen und daher häufig eine zerstörende Prüfung durchgeführt wird. Bei der Methode gemäß Patentdokument 3 wird ein aus austenitischem rostfreien Stahl bestehendes Testobjekt getestet, und der Übergang von der austenitischen Phase zu der martensitischen Phase wird gemessen, da jedoch bei einem Wälzlager die Veränderung aufgrund von Ermüdung nicht auf die Veränderung der Menge an Restaustenit beschränkt ist, kann der Ermüdungsgrad des Wälzlagers nicht genau vorhergesagt werden, indem lediglich die Änderung der magnetischen Permeabilität unter Verwendung eines Wirbelstroms gemessen wird. Des Weiteren kann mit der Methode gemäß Patentdokument 4 der Belastungszustand eines Lagers diagnostiziert werden, jedoch kann die Restlebensdauer desselben nicht vorhergesagt werden.
Angesichts der oben aufgeführten Probleme besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren zum Vorhersagen einer Restlebensdauer eines Lagers, eine Vorrichtung für Diagnose einer Restlebensdauer eines Lagers sowie ein Lager-Diagnosesystem zu schaffen, mit denen ein von einem Benutzer eingesetztes Lager zerstörungsfrei geprüft werden kann und die Restlebensdauer des Lagers vorhergesagt werden kann.
Mittel zum Lösen des Problems
Die oben stehende Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann mit der folgenden Konfiguration erfüllt werden.

1. Bei dem Verfahren zum Vorhersagen einer Restlebensdauer eines Lagers, mit dem eine Restlebensdauer eines in eine Maschine integrierten Lagers vorhergesagt wird, schließt das Verfahren ein: Messen einer Impedanz des Lagers unter Verwendung einer Wirbelstrom-Prüfungseinrichtung in einem Zustand, in dem das Lager stationär ist, und Ermitteln der Restlebensdauer des Lagers auf Basis der gemessenen Impedanz des Lagers.
2. Bei dem Verfahren gemäß Punkt 1 wird die Restlebensdauer des Lagers auf Basis einer Differenz zwischen den Impedanz-Messwerten vor und nach dem Einsatz des Lagers ermittelt, wobei die Impedanz-Messwerte unter Verwendung der Wirbelstrom-Prüfeinrichtung gemessen werden.
3. Bei dem Verfahren gemäß Punkt 2 wird die Restlebensdauer des Lagers auf Basis einer Differenz zwischen einer Impedanz einer Laufbahnfläche oder einer Wälzkontaktfläche des Lagers vor dem Einsatz des Lagers, die unter Verwendung der Wirbelstrom-Prüfeinrichtung gemessen wird; und einer Impedanz der Laufbahnfläche oder der Wälzkontaktfläche des Lagers nach dem Einsatz des Lagers ermittelt, die unter Verwendung der Wirbelstrom-Prüfeinrichtung gemessen wird.
4. Bei dem Verfahren gemäß Punkt 2 wird die Restlebensdauer des Lagers auf Basis einer Differenz zwischen einer Impedanz der Laufbahnfläche in einer unbelasteten Zone des Lagers, die unter Verwendung der Wirbelstrom-Prüfeinrichtung gemessen wird, und einer Impedanz der Laufbahnfläche in einer belasteten Zone des Lagers nach dem Einsatz des Lagers ermittelt, die unter Verwendung der Wirbelstrom-Prüfeinrichtung gemessen wird.
5. Bei dem Verfahren gemäß Punkt 2 wird die Restlebensdauer des Lagers auf Basis einer Differenz zwischen einer Impedanz einer Endfläche des Lagers, die unter Verwendung der Wirbelstrom-Prüfeinrichtung gemessen wird; und einer Impedanz der Laufbahnfläche in einer belasteten Zone des Lagers nach dem Einsatz des Lagers ermittelt, die unter Verwendung der Wirbelstrom-Prüfeinrichtung gemessen wird.
6. Bei einer Vorrichtung für die Diagnose einer Restlebensdauer eines Lagers, mit der eine Restlebensdauer eines in eine Maschine integrierten Lagers gemessen wird, enthält die Vorrichtung: eine Wirbelstrom-Prüfeinrichtung, die Impedanz eines bestimmten Bereiches des Lagers vor und nach dem Einsatz des Lagers misst; und einen Diagnoseabschnitt, der die Restlebensdauer des Lagers auf Basis der gemessenen Impedanzen ermittelt.
7. Bei einem Lager-Diagnosesystem, das in eine Maschine eines Benutzers integriert ist, enthält das System: eine Wirbelstrom-Prüfeinrichtung, die eine Impedanz eines bestimmten Bereiches des Lagers misst, wenn sich das Lager in einem stationären Zustand befindet; eine Einrichtung zum Senden von Lagerinformationen, die Lagerinformationen zu einem Lagerhersteller sendet, wobei die Lager-Informationen die unter Verwendung der Wirbelstrom-Prüfeinrichtung gemessene Impedanz des Lagers und Identifizierungs-Informationen des Lagers beinhalten; eine Einrichtung zum Empfangen von Lager-Informationen, die die von der Einrichtung zum Senden von Lager-Informationen gesendeten Lager-Informationen empfängt; einen Diagnoseabschnitt, der bei dem Lager-Hersteller vorhanden ist, um Restlebensdauer-Informationen über die verbleibende Lebensdauer des Lagers auf Basis der empfangenen Impedanz zu ermitteln; eine Einrichtung zum Senden von Lebensdauer-Informationen, die die unter Verwendung des Diagnoseabschnitts ermittelten Restlebensdauer-Informationen zu dem Benutzer sendet; und eine Einrichtung zum Empfangen von Lebensdauer-Informationen, die die von der Einrichtung zum Senden von Lebensdauer-Informationen gesendeten Restlebensdauer-Informationen empfängt.
8. Bei dem System gemäß Punkt 7 verfügt der Diagnoseabschnitt über eine Datenbank, in der Informationen über eine Beziehung zwischen den Lager-Informationen und der Restlebensdauer des Lagers gespeichert sind, und der Diagnoseabschnitt ermittelt die Restlebensdauer des Lagers auf Basis der Datenbank sowie der unter Verwendung der Einrichtung zum Empfangen von Lager-Informationen empfangenen Lager-Informationen.
9. Bei dem System gemäß Punkt 7 beinhaltet die Datenbank eine Korrelation zwischen Lebensdauer-Informationen des Lagers und Impedanzabstands-Informationen, die eine Differenz zwischen der Impedanz vor und derjenigen nach dem Einsatz des Lagers beinhalten, und die Restlebensdauer des Lagers wird unter Bezugnahme auf die Impedanzabstands-Informationen ermittelt.

Effekt der Erfindung
Bei dem Verfahren zum Vorhersagen der Restlebensdauer eines Lagers und der Vorrichtung für die Diagnose der Restlebensdauer eines Lagers gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Impedanz eines Lagers unter Verwendung der Wirbelstrom-Prüfeinrichtung zerstörungsfrei gemessen, und die Veränderung der Materialstruktur sowie die Veränderung der Härte der Oberfläche und der Oberflächenschicht des Lagers werden erfasst, so dass der Schadenszeitpunkt des Lagers, d. h. die Restlebensdauer des Lagers, vorhergesagt werden kann, bevor der Schaden aufgrund der fortschreitenden Ermüdung in dem Lager auftritt.
Das heißt, die Restlebensdauer kann mit einem hohen Grad an Genauigkeit vorhergesagt werden, indem die Restlebensdauer auf Basis der Differenz (des Impedanzabstandes) zwischen der Impedanz vor und derjenigen nach dem Einsatz des Lagers ermittelt wird.
Des Weiteren wird bei dem Lager-Diagnosesystem gemäß der vorliegenden Erfindung die unter Verwendung der Wirbelstrom-Prüfeinrichtung gemessene Impedanz von dem Lager-Hersteller empfangen, der sich an einem entfernten Standort befindet, und an einem Diagnoseabschnitt analysiert, so dass die Restlebensdauer des Lagers vorhergesagt werden kann.
Des Weiteren kann die Restlebensdauer zu dem Benutzer gesendet werden, bevor das Lager tatsächlich ausfällt. Aus diesem Grund kann der Benutzer Vorkehrungen treffen, um das Lager zu beschaffen, und kann den Austausch im Voraus durchführen, so dass Einfluss auf das Erzeugnis, angeschlossene Anlagen und den Produktionsablauf auf ein Minimum verringert werden kann. Des Weiteren kann die Termpinplanung für den Lageraustausch im Voraus festgelegt werden, so dass die Wartungskosten reduziert werden können, die Stillstandszeit der Anlage auf ein Minimum verringert werden kann und die Effektivität der Produktion verbessert werden kann. Des Weiteren kann, da der Sensor die Messung ausführt, wenn das Lager stationär ist, das Lager genauer als ein Lager diagnostiziert werden, das läuft.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Ansicht, die einen allgemeinen Aufbau einer Vorrichtung für die Diagnose der Restlebensdauer eines Lagers gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem die Impedanz eines Lagers unter Verwendung einer Wirbelstrom-Prüfeinrichtung gemessen wird;
3 ist ein Diagramm, das die Impedanz vor und nach Einsatz des Lagers zeigt;
4(a) ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Impedanzabstand und der Restlebensdauer zeigt, 4(b) ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Impedanzabstand und dem Fortschritt der Ermüdung zeigt;
5(a) und 5(b) sind Ansichten, die einen Zustand zeigen, in dem die Impedanz in den belasteten und in den nicht belasteten Zonen an der Laufbahnfläche des äußeren Laufrings unter Verwendung der Wirbelstrom-Prüfeinrichtung gemessen werden;
6 ist eine Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem die Impedanzen an der Endfläche des Lagers und an der Laufbahnfläche des äußeren Laufrings in der belasteten Zone desselben unter Verwendung der Wirbelstrom-Prüfeinrichtung gemessen werden;
7 ist ein Blockschaltbild, das ein Lager-Diagnosesystem gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
8 ist eine Prinzipdarstellung, die den Fluss der Informationen des in 7 gezeigten Lager-Diagnosesystems zeigt;
9 ist eine Ansicht, die eine beispielhafte Konfiguration des in 7 gezeigten Lager-Diagnosesystems darstellt; und
10 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen Ermüdungsfortschritt und den jeweiligen Änderungsverhältnissen der Menge an Restaustenit, der Halbwertsbreite von Martensit sowie der Oberflächenrauhigkeit der Laufbahnfläche zeigt.
Ausführungsweisen der Erfindung
Ausführungsformen gemäß einem Verfahren zum Vorhersagen von Restlebensdauer und einer Vorrichtung für die Diagnose der Restlebensdauer gemäß der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden ausführlich unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Erste Ausführungsform
1 ist eine Ansicht, die eine allgemeine Konfiguration einer Vorrichtung für die Diagnose der verbleibenden Lebensdauer eines Lagers gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei eine Vorrichtung 10 für die Diagnose der Restlebensdauer enthält:
eine Wirbelstrom-Prüfeinrichtung 11; einen Diagnoseabschnitt 12, der die Restlebensdauer eines Lagers ermittelt, eine Empfangseinrichtung 13 sowie einen Anzeigeabschnitt 14. Die Wirbelstrom-Prüfeinrichtung 11 und der Diagnoseabschnitt 12 werden hauptsächlich durch die sogenannten Computer gebildet, eine Sonde 15 zum Messen der Impedanz an einem bestimmten Bereich des Lagers ist mit der Wirbelstrom-Prüfeinrichtung 11 verbunden, und eine Datenbank 33 zum Speichern der Korrelation zwischen der Impedanz und der Restlebensdauer (Fortschritt der Ermüdung) ist mit dem Diagnoseabschnitt 12 verbunden.
Die Wirbelstrom-Prüfeinrichtung 11 bewirkt, dass ein Erregungsstrom durch eine Spule (nicht dargestellt) im Inneren der Sonde fließt, induziert einen Wirbelstrom in einem zu messenden Metall (in diesem Fall der äußere Laufring, der innere Laufring oder Wälzelemente des Lagers) und erfasst eine in der Spule durch den Wirbelstrom derselben erzeugte Impedanz, um so die Struktur des Metalls (beispielsweise die Menge an Restaustenit) zerstörungsfrei zu messen.
Auf Basis der unter Verwendung der Sonde 15 gemessenen Impedanz ermittelt der Diagnoseabschnitt 12 die Restlebensdauer des Lagers unter Bezugnahme auf die Korrelation zwischen der Impedanz und die Restlebensdauer (Fortschritt der Ermüdung), die in der Datenbank gespeichert ist, und zeigt die Restlebensdauer auf dem Anzeigeabschnitt 14 an.
2 ist eine Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem die Impedanz der äußeren Laufbahnfläche des Lagers unter Verwendung der Wirbelstrom-Prüfeinrichtung gemessen wird, wobei zunächst die Sonde 15 nahe an der Laufbahnfläche 16a des äußeren Laufrings 16 angeordnet wird, der sich im Ruhezustand befindet, die Impedanz X1 der Laufbahnfläche 16a im Ruhezustand misst und die Impedanz zusammen mit der Identifizierungsnummer des zu messenden Lagers in der Datenbank 33 speichert. Dann wird, wenn die Nutzungszeit des Lagers eine vorgegebene Betriebszeit erreicht hat, so beispielsweise die periodische Wartungszeit des Lagers, das Lager demontiert, und die Impedanz X2 der Laufbahnfläche 16a nach der Nutzung wird gemessen.
3 ist ein Diagramm, das die Impedanz vor und nach der Nutzung des Lagers zeigt, 4(a) ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Impedanzabstand und der Restlebensdauer zeigt, und 4(b) ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Impedanzabstand und dem Ermüdungsfortschritt zeigt. Die Beziehung zwischen dem Impedanzabstand und der Restlebensdauer (Ermüdungsfortschritt) zeigt eine Charakteristik an, die in Abhängigkeit vom Material des Lagers, wie beispielsweise rostfreiem Stahl oder Lagerstahl mit hohem Kohlenstoffgehalt, verschieden ist, und Daten für jedes Lagermaterial sind in der Datenbank 33 gespeichert. Die Impedanzen X1 und X2 der Laufbahnfläche 16a des äußeren Laufrings 16, die vor und nach der Nutzung des Lagers gemessen werden, wie dies in 2 dargestellt ist, werden in dem in 3 gezeigten Diagramm graphisch dargestellt und der Impedanzabstand A, der die Differenz zwischen beiden Impedanzen X1 und X2 repräsentiert, wird ermittelt. Die in 3 gezeigte Ansicht der Impedanzen gibt den Ort der Koordinaten der Impedanz an, wobei die horizontale Achse die Widerstandskomponente der Impedanz darstellt und die vertikale Achse die Reaktanzkomponente derselben darstellt. Dann nimmt der Diagnoseabschnitt 12 auf das Verhältnis zwischen dem Impedanzabstand A und der Restlebensdauer L (Ermüdungsfortschritt F), die in 4(a) oder 4(b) dargestellt ist und in der Datenbank 33 gespeichert ist, Bezug und ermittelt so die Restlebensdauer bzw. den Ermüdungsfortschritt F des Lagers.
Wenn eine Vielzahl von Schwellenwerten, beispielsweise zwei Schwellenwerte, für den Impedanzabstand A festgelegt sind und die Restlebensdauer auf Basis dieser Schwellenwerte in drei Stufen dargestellt wird (beispielsweise ”Normal”, ”Achtung” und ”Warnung”), werden die Stufen als einfach zu verstehende Anzeigen bezüglich der Restlebensdauer L verwendet. Es ist wünschenswert, dass die Diagnose der Restlebensdauer durch Impedanzmessung jeweils zu konstanten Betriebszeiten, d. h. mehrmals periodisch während der Nutzungsperiode des Lagers, ausgeführt wird und dass die Daten in der Datenbank gespeichert werden.
Als Ergebnis der Prüfung der Beziehung zwischen der Struktur und dem Oberflächenzustand des Lagers und des Wirbelstrom-Messwertes in mehreren Lagern, die auf dem Markt eingesetzt werden, sind die Anmelder zu der Erkenntnis gekommen, dass, obwohl der Wirbelstrom-Messwert aufgrund von Änderungen der magnetischen Permeabilität, des Leitungsvermögens, Verbindung zwischen Schaltungen usw. bei Wälzermüdung ein kompliziertes Verhalten aufweist, sich der Wirbelstrom-Messwert gleichmäßig an der Impedanzkurve entlang bewegt, wenn die Wälzermüdung fortschreitet. Des Weiteren ist es den Anmeldern gelungen, ein System zu schaffen, mit dem die Restlebensdauer entsprechend dem Wirbelstrom-Messwert vorhergesagt werden kann, indem eine Datenbank erstellt wurde, die die Beziehung zwischen dem Ermüdungsfortschritt und der Impedanzkurve zeigt.
Da die Laufringe und die Wälzelemente von Wälzlagern aus Materialien über verschiedene Prozesse hergestellt werden, so beispielsweise Schmieden, Drehen, Wärmebehandlung und Schleifen, weisen die jeweiligen Lager geringfügige Abweichungen hinsichtlich der Materialstruktur und des Oberflächenzustandes derselben im (unbenutzten) Anfangszustand auf. Dabei ist der Wirbelstrom-Messwert sehr empfindlich für die geringfügigen Unterschiede hinsichtlich der Materialstruktur und des Oberflächenzustandes, so dass die Impedanzwerte der jeweiligen Lager in einigen Fällen verschieden sind, obwohl der Ermüdungsfortschritt der gleiche ist. Daher kann die Restlebensdauer genauer vorhergesagt werden, indem der Ermüdungsfortschritt gemäß der Differenz (Impedanzabstand) zwischen der Impedanz in dem (unbenutzten) Anfangszustand und der Impedanz nach dem Einsatz des Lagers ermittelt wird, als wenn der Ermüdungsfortschritt anhand des Absolutwertes des durch die Wirbelstrommessung ermittelten Impedanzwertes ermittelt wird.
Bei dem Verfahren zum Vorhersagen der Restlebensdauer eines Lagers und der Vorrichtung 10 für die Diagnose der Restlebensdauer eines Lagers gemäß der vorliegenden Ausführungsform misst, wie oben beschrieben, die Wirbelstrom-Prüfeinrichtung 11 die Impedanz X eines bestimmten Bereichs eines Lagers zerstörungsfrei, und der Diagnoseabschnitt 12 ermittelt die Restlebensdauer L des Lagers auf Basis der gemessenen Impedanz X, so dass die Indizes des Ermüdungsfortschritts F, wie beispielsweise die Änderung der Materialstruktur und die Änderung der Härte der Oberfläche sowie des Oberflächenbereiches des Lagers, erfasst werden, so dass die Schadenszeit des Lagers, d. h. die Restlebensdauer des Lagers, vorhergesagt werden kann, bevor der Schaden aufgrund des Ermüdungsfortschritts an dem Lager auftritt. Das heißt, die Restlebensdauer L kann mit einem hohen Grad an Genauigkeit vorhergesagt werden, indem die Restlebensdauer L auf Basis der Differenz (des Impedanzabstandes A) zwischen der vor und der nach dem Einsatz des Lagers gemessenen Impedanz X ermittelt wird. Des Weiteren kann, wenn die Vorrichtung 10 für die Diagnose der Restlebensdauer als tragbare und unabhängige Vorrichtung konstruiert ist, die Vorrichtung die Restlebensdauer L an dem Ort vorhersagen, an dem das Lager eingesetzt wird.
Wenn es schwierig ist, die Impedanz X1 der Laufbahnfläche vor dem Einsatz des Lagers zu messen, kann anstelle der Impedanz X1 vor dem Einsatz des Lagers die Impedanz X1 verwendet werden, die an der Laufbahnfläche 16a in einer unbelasteten Zone (an der einer auf das Lager wirkenden Last P gegenüberliegenden Seite) des Elementes der stationären Seite (des äußeren Laufrings 16) des Lagers gemessen wird, wie dies in 5(a) und 5(b) dargestellt ist. Des Weiteren kann, wie in 6 gezeigt, auch die an der Endfläche 16b des Lagers (äußerer Laufring 16) gemessene Impedanz X1 als die Impedanz X1 vor dem Einsatz des Lagers verwendet werden.
Des Weiteren ist es wünschenswert, dass die Messung der Impedanz X nicht nur an dem äußeren Laufring 16 ausgeführt wird, sondern auch an der Laufbahnfläche des inneren Laufrings und den Wälzflächen der Wälzelemente, und es ist wünschenswert, dass die Restlebensdauer L ermittelt wird, indem der kleinste Wert von den drei Werten der Restlebensdauer verwendet wird, die auf diesen drei Impedanzabständen A basieren.
Zweite Ausführungsform
Im Folgenden wird eine Ausführungsform eines Lager-Diagnosesystems gemäß der vorliegenden Erfindung ausführlich auf Basis der Zeichnungen beschrieben.
In einem Lager-Diagnosesystem 20 wird, wie in 7 bis 9 gezeigt, das Lager 24 einer Maschine 23, die für einen Benutzer 22 installiert ist, durch einen Lager-Hersteller 21 diagnostiziert, und die Informationen über die Restlebensdauer des Lagers 24 werden zu dem Benutzer 22 zurückgeführt.
Das mit dem Lager-Diagnosesystem 20 zu diagnostizierende Lager 24 ist in die Maschine 23, wie beispielsweise eine Windmühle, ein Schienenfahrzeug, eine Stahlverarbeitungseinrichtung in einem Eisenwerk, eine Papiermaschine in einer Papierfabrik oder eine Baumaschine in einem Bergwerk integriert und wird darin eingesetzt. Die Informationen über die Restlebensdauer des Lagers 24 werden unter Verwendung des Diagnoseabschnitts 12, der an der Seite des Lager-Herstellers 21 vorhanden ist, auf Basis des Messwertes (Impedanz X) bezüglich des physikalischen Wertes des inneren Bereiches eines Lagermaterials, der unter Verwendung der Wirbelstrom-Prüfeinrichtung 11 gemessen wird, ermittelt. Das heißt, der Diagnoseabschnitt 12 ermittelt die Informationen über die Restlebensdauer aus der gemessenen Impedanz X, wenn die Sonde 15 nahe an dem Lager 24 angeordnet ist, das als ein Testmuster dient.
Der Benutzer 22 verfügt über eine Einrichtung 30 zum Senden von Lagerinformationen, mit der Lager-Informationen s1, die die unter Verwendung der Wirbelstrom-Prüfeinrichtung 11 gemessenen Impedanz-Messwerte enthalten, zum Internet (öffentliche Leitung) 29 gesendet werden. Die Einrichtung 30 zum Senden von Lager-Informationen besteht aus einem Informations-Erfassungsabschnitt 30a und einer Informations-Sendeeinrichtung 30b. Des Weiteren beinhalten die Lager-Informationen s1 den Namen des Benutzers, die Maschine 26, die Einsatzposition, die Einsatzbedingungen, die Einsatzumgebung, die Gesamt-Einsatzzeit usw. für das zu diagnostizierende Lager 24.
Bezüglich der Einrichtung 30 zum Senden von Lager-Informationen bestehen keine speziellen Einschränkungen, vorausgesetzt es kann die Lager-Informationen s1 zum Internet 29 senden, und es können ein Computer, verschiedene Informationsverarbeitungsvorrichtungen usw. eingesetzt werden, wobei die Sendeeinrichtung vorzugsweise einen Speicherabschnitt zum Speichern der Lager-Informationen s1 aufweist, die die unter Verwendung der Wirbelstrom-Prüfeinrichtung 11 gemessenen Messwerte und Identifizierungs-Informationen beinhalten.
Der Lager-Hersteller 21 verfügt über eine Einrichtung 31 zum Empfangen von Lager-Informationen, mit der die von dem Benutzer 22 über das Internet 29 gesendeten Lager-Informationen s1 empfangen werden, sowie den Diagnoseabschnitt 12 zum Diagnostizieren der Restlebensdauer des Lagers 24 gemäß den Lager-Informationen s1. Des Weiteren sind ein Abschnitt 35 zum Hinzufügen von Produkt-Informationen, eine Einrichtung 36 zum Senden von Restlebensdauer-Informationen sowie eine Einrichtung 37 zum Verarbeiten empfangener Aufträge bei dem Lager-Hersteller 21 vorhanden. Wenn die Einrichtung 31 zum Empfangen von Lager-Informationen und der Diagnoseabschnitt 12 für eine Abteilung 21A für Technik/Forschung vorhanden sind und die Abschnitte 35 zum Hinzufügen von Produkt-Informationen, die Einrichtung 36 zum Senden von Lebensdauer-Informationen sowie die Einrichtung 37 zum Verarbeiten empfangener Aufträge für eine Abteilung 21B für Vertrieb/Herstellung vorhanden sind, können verschiedene Arten von Informationen effizient verarbeitet werden, so dass dies zu bevorzugen ist.
Die Einrichtung 31 zum Empfangen von Lager-Informationen kann die über die Einrichtung 30 zum Senden von Lager-Informationen des Benutzers 22 über das Internet 29 gesendeten Lager-Informationen s1 empfangen und kann den Benutzer 22 identifizieren, der die Lagerinformationen s1 gesendet hat. Die Einrichtung 31 zum Empfangen von Lager-Informationen kann eine allgemeine Informationsverarbeitungsvorrichtung mit einer Kommunikationsfunktion, wie beispielsweise ein Computer, oder eine spezielle elektronische Vorrichtung sein, und sie ist vorzugsweise mit einem Informationsspeicherabschnitt (nicht dargestellt) zum Speichern der empfangenen Lager-Informationen s1 versehen.
Der Diagnoseabschnitt 12 ist mit der Datenbank 33 zum Speichern der Informationen über die Beziehung zwischen den Lager-Informationen s1 und der Restlebensdauer (Ermüdungsfortschritt) des Lagers 24 versehen und ermittelt die Restlebensdauer des Lagers 24 in Abhängigkeit von der unter Verwendung der Wirbelstrom-Prüfeinrichtung 11 gemessenen Impedanz X auf Basis der in der Datenbank 33 gespeicherten Daten.
Der Abschnitt 35 zum Hinzufügen von Produkt-Informationen ist mit einer Datenbank 34 zum Speichern von Produkt-Informationen, so beispielsweise Lagerbestands-Informationen, Preis-Informationen und Liefer-Informationen nach Modell verbunden, und erforderliche Produkt-Informationen werden aus den in der Datenbank 34 gespeicherten Daten extrahiert und zu den Restlebensdauer-Informationen s2 hinzugefügt, die unter Verwendung des Diagnoseabschnitts 12 ermittelt werden, um Informationen s3 über die Lager-Lebensdauer zu ermitteln. Die Informationen s3 über die Lager-Lebensdauer werden von der Einrichtung 36 zum Senden der Lebensdauer-Informationen zu der Einrichtung 40 zum Empfangen von Lebensdauer-Informationen gesendet, die für den Benutzer 22 vorhanden ist.
9 zeigt ein Konfigurationsbeispiel der Hardware des Lager-Diagnosesystems 20, in dem eine Vielzahl von Computern 41 und 42 und die Datenbank 33, die ein lokales Netzwerk bilden, mit dem Internet 29 über einen Terminaladapter 43, einen Router 44 und einen Hub 45 verbunden sind und unter Verwendung eines Web-Servers 46 verwaltet werden. Die Datenbank 33 besteht aus einem Computer 47 und einem Speicherabschnitt 48 mit großer Kapazität, und die Einrichtung 31 zum Empfangen von Lager-Informationen besteht aus dem Router 44, dem Hub 45, dem Web-Server 41 usw. Des Weiteren besteht der Diagnoseabschnitt 12 aus dem Computer 41 usw.
In der Abteilung 21B für Vertrieb/Herstellung des Lager-Herstellers 21 bilden eine Vielzahl von Computern 49 und 50, die Datenbank 34 für Produkt-Informationen usw. ein lokales Netzwerk und sind mit dem Internet 29 über einen Terminaladapter 51, einen Router 52 und einen Hub 53 verbunden und werden unter Verwendung eines Web-Servers verwaltet. Der Abschnitt 35 zum Hinzufügen von Produkt-Informationen, die Einrichtung 36 zum Senden von Lebensdauer-Informationen und die Einrichtung 37 zum Verarbeiten empfangener Aufträge bestehen aus den Computern 49 und 50.
Der Benutzer 22 stellt unter Verwendung einer Vielzahl von Computern 56, eines Controllers, der als die Einrichtung 30 zum Senden von Lager-Informationen dient, usw. ein lokales Netzwerk her, und das lokale Netzwerk ist über einen Terminaladapter 57, einen Router 58 und einen Hub 59 mit dem Internet 29 verbunden und wird unter Verwendung eines Web-Servers 60 verwaltet. Die Einrichtung 40 zum Empfangen von Lebensdauer-Informationen besteht aus dem Computer 56.
Wenn mehrere Benutzer 22 vorhanden sind, sind die Einrichtung 31 zum Empfangen von Lager-Informationen (der Router 44, der Hub 45 und der Web-Server 46) sowie die Einrichtung 36 zum Senden von Lebensdauer-Informationen (die Computer 49 und 50) des Lager-Herstellers 21 mit den Computern 56 und 61, die die Einrichtung 30 zum Senden von Lager-Informationen und die Einrichtung 40 zum Empfangen von Lebensdauer-Informationen jedes Benutzers 22 bilden, über das Internet 29 verbunden, wie dies in 9 gezeigt ist.
In 8, einer Prinzipdarstellung, die den Fluss von Informationen des in 7 gezeigten Lager-Diagnosesystems zeigt, kennzeichnet Bezugszeichen 30' eine Datenerfassungs-Steuereinrichtung, die die Einrichtung 30 zum Senden von Lager-Informationen bildet, Bezugszeichen 31' kennzeichnet eine Informationsverwaltungs-Schnittstelle, die die Einrichtung zum Empfangen von Lager-Informationen bildet, Bezugszeichen 26 kennzeichnet Datenanalyse der Technologie-/Forschungsabteilung, die den Diagnoseabschnitt 12 bildet, Bezugszeichen 33' kennzeichnet die Datenbankerzeugung zum Erzeugen der Ermüdungs-Datenbank 33, Bezugszeichen 35' kennzeichnet den Wartungs-Support der Vertriebsabteilung, der den Abschnitt 35 zum Hinzufügen von Produkt-Informationen, die Einrichtung 36 zum Senden von Lebensdauer-Informationen und die Einrichtung 37 zum Verarbeiten empfangener Aufträge aufweist.
Im Folgenden wird das Diagnoseverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Der Benutzer 22 hält, wie in 7 gezeigt, die Maschine 23 an, demontiert das Lager 24 und misst die Impedanz X der Laufbahnfläche desselben unter Verwendung der Wirbelstrom-Prüfeinrichtung 11 (siehe 2). Wenn das Lager 24 stationär ist, kann die Impedanz X des Lagers 24 genau gemessen werden, und genauere Messungen können durchgeführt werden, indem das Lager 24 demontiert wird und jeweils die Impedanzen X der Laufbahnfläche 16a des äußeren Laufrings 16, der Laufbahnfläche des inneren Laufrings sowie die Wälzkontaktflächen der Wälzelemente gemessen werden.
Die Lager-Informationen s1, die den Messwert der unter Verwendung der Wirbelstrom-Prüfeinrichtung 11 gemessenen Impedanz X und die Identifizierungsnummer des Lagers 24 beinhalten, werden von der Einrichtung 30 zum Senden von Lager-Informationen über das Internet 29 gesendet und unter Verwendung der Einrichtung 31 zum Empfangen von Lager-Informationen des Lager-Herstellers 31 empfangen. Entsprechend den unter Verwendung der Einrichtung 31 zum Empfangen von Lager-Informationen empfangenen Lager-Informationen s1 ermittelt der Diagnoseabschnitt 12 die Restlebensdauer des Lagers 24 auf Basis der in der Datenbank 33 gespeicherten Daten.
Das heißt, die Datenbank 33 speichert die Impedanz X1 (die den Messungsverlauf der Impedanz X beinhaltet, die bei jeder periodischen Messung gemessen werden) des Lagers 24 vor Einsatz in Verbindung mit den Identifizierungs-Informationen zusammen mit den Beziehungs-Informationen (in Abhängigkeit von dem Lager-Material verschieden) zwischen dem Impedanzabstand A und der Restlebensdauer (Ermüdungsfortschritt), wobei der Impedanzabstand A aus der gespeicherten Impedanz X1 des Lagers 24 vor dem Einsatz und der Impedanz X2 des Lagers 24 nach dem Einsatz, die in den aktuell gesendeten Lager-Informationen 51 enthalten ist, ermittelt wird und die Restlebensdauer aus dem Impedanzabstand A auf Basis der Daten der Datenbank 33 ermittelt (siehe 3 und 4) wird.
Da die Prozedur zum Berechnen der Restlebensdauer der der ersten Ausführungsform gleicht, wird ihre Beschreibung weggelassen. Des Weiteren sollte, wenn der Messungsverlauf der Impedanz X verfügbar ist, die Restlebensdauer vorzugsweise unter Bezugnahme auf den Messungsverlauf ermittelt werden.
Wenn die Impedanz X1 des Lagers 24 vor dem Einsatz nicht in der Datenbank 33 gespeichert ist, kann statt der Impedanz X1 die Impedanz X der Endfläche, der Laufbahnfläche oder der Wälzfläche in einer unbelasteten Zone des Lagers 24 verwendet werden (siehe 5 und 6). Des Weiteren kann die Restlebensdauer auch lediglich aus der Impedanz X2 des Lagers 24 nach dem Einsatz ermittelt werden, obwohl die Genauigkeit dabei etwas geringer ist.
Informationen, die die Identifizierungsnummer, die Lagerbereiche, wie beispielsweise den äußeren Laufring, den inneren Laufring und Wälzelemente des zu untersuchenden Lagers 24, Einsatzzwecke usw. beinhalten, werden zu der unter Verwendung des Diagnoseabschnitts 12 ermittelten Restlebensdauer hinzugefügt, und die Restlebensdauer-Informationen s2 werden ermittelt. Produkt-Informationen, wie beispielsweise die Lagerbestands-Informationen, Preis-Informationen und Liefer-Informationen für jedes Modell sowie Bestellungs-Nachfrage-Informationen, die als von den in der Datenbank 34 der Produkt-Informationen gespeicherten Daten erforderlich angenommen werden, werden je nach Notwendigkeit zu den Restlebensdauer-Informationen s2 hinzugefügt, um Lagerlebensdauer-Informationen s3 zu gewinnen, und die Informationen werden über die Einrichtung 36 zum Senden von Lebensdauer-Informationen zu der Einrichtung 40 zum Empfangen von Lebensdauer-Informationen des Benutzers 22 gesendet.
Die Bestellungs-Verarbeitungseinrichtung 42, die innerhalb der Einrichtung 40 zum Empfangen von Lebensdauer-Informationen vorhanden ist, sendet Auftrags-Informationen s4 zu der Einrichtung 37 zum Verarbeiten empfangener Aufträge über das Internet 29 auf Basis von Schätzungsinformationen, die in den Lagerlebensdauer-Informationen s3 enthalten sind. Die Einrichtung 37 zum Verarbeiten empfangener Aufträge sendet Liefervereinbarungs-Informationen zu dem Produkt-Lagerabschnitt 71 entsprechend der Reihenfolge der Auftragsinformationen s4. Das Lager 24 wird in einem Abschnitt 72 zum Herstellen von Erzeugnissen hergestellt und von dem Erzeugnis-Lagerabschnitt 71 entsprechend den empfangenen Vereinbarungsinformationen zu dem Benutzer 22 geliefert.
In dem Lager-Diagnosesystem 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden, wie oben beschrieben, die unter Verwendung der Wirbelstrom-Prüfeinrichtung 11 gemessene Impedanz X des Lagers 24 und die Lager-Informationen s1, die die Identifizierungs-Informationen des Lagers 24 enthalten, von dem Lager-Hersteller 21 empfangen, der sich an einem entfernten Standort befindet, und die Restlebensdauer des Lagers 24 wird unter Verwendung des Diagnoseabschnitts 12 auf Basis der in der Datenbank 33 gespeicherten Daten ermittelt, so dass die Restlebensdauer-Informationen s2 zu dem Benutzer 22 gesendet werden können, bevor das Lager 24 ausfällt. Das heißt, bevor äußerer Schaden an dem Lager 24 auftritt, können Zustandsinformationen bezüglich der Restlebensdauer des Lagers bei normaler Nutzung des Lagers 24 gemessen werden, und die Restlebensdauer-Informationen s2 können vorhergesagt werden, so dass es möglich ist, einen langen Zeitraum für Wartung und Lagerbestandsanpassung zu gewinnen. Aus diesem Grund kann der Benutzer 22 Vorkehrungen zum Beziehen des Lagers 24 treffen und kann Austausch im Voraus ausführen, so dass Einfluss auf das Erzeugnis, angeschlossene Einrichtungen und den Produktionsablauf auf ein Minimum verringert werden können. Des Weiteren kann der Zeitplan für den Austausch des Lagers im Voraus festgelegt werden, so dass die Kosten für Wartung reduziert werden können, die Anlagen-Stillstandszeit auf ein Minimum verringert werden kann und die Effizienz der Produktion verbessert werden kann.
Um zu prüfen, wie sich die jeweiligen Faktoren ändern, wenn die Ermüdung fortschreitet, wurde eine Lebensdauerprüfung in der Mitte unterbrochen, und die Beziehung zwischen der Änderung der Menge an Restaustenit, dem Betrag der Änderung der Halbwertsbreite von Martensit und dem Betrag der Änderung der Oberflächenrauhigkeit der Laufbahnfläche wurde untersucht.
Ein automatisch zentrierendes Wälzlager (Modell Nummer 22211) wurde als zu testendes Lager eingesetzt. Unter Testbedingungen bei einer Radiallast Fr von 4614 kg als Testlast, einer Axiallast Fa von 0 kg und einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 1500 U/min wurde ein Schmiermittel (ISO-VG68) mittels Zwangszirkulation zugeführt. Der Test wurde nach 1 h, 5 h, 10 h, 15 h, 100 h, 500 h und 1000 h unterbrochen, und die Menge an Restaustenit, die Halbwertsbreite von Martensit sowie die Oberflächenrauhigkeit wurden gemessen. Die Menge an Restaustenit und die Halbwertsbreite von Martensit wurden unter Verwendung von Röntgenstrahlbeugung gemessen. Des Weiteren wurde die Oberflächenrauhigkeit unter Verwendung eines von Taylor Hobson hergestellten Gerätes vom Typ ”Form Talysurf” gemessen. 10 zeigt die Beziehung zwischen dem Ermüdungsfortschritt und der Oberflächenrauhigkeit, der Menge aus Restaustenit sowie der Halbwertsbreite von Martensit. Der Ermüdungsfortschritt ist definiert als ”Betriebszeit zum Zeitpunkt der Messung, dividiert durch Trennzeit”, und der Betrag der Änderung auf der vertikalen Achse in 10 ist durch ein Verhältnis angedeutet, wobei der Wert des Anfangsproduktes 1 beträgt.
Es erweist sich, dass sich die Oberflächenrauhigkeit, wie in 10 gezeigt, im sehr frühen Stadium des Ermüdungsprozesses ändert, sich dann die Halbwertsbreite von Martensit ändert und sich schließlich die Menge des Restaustenits ändert. So kann die Restlebensdauer vorhergesagt werden, indem die Änderung der Oberflächenrauhigkeit in dem frühen Stadium der Ermüdung gemessen wird, im mittleren Stadium die Änderung der Halbwertsbreite von Martensit gemessen wird und im Endstadium die Änderung der Menge an Restaustenit durch Ausführung von Wirbelstrom-Messung gemessen wird.
Beispiele
Im Folgenden werden Beispiele beschrieben, bei denen das Lager-Diagnosesystem 20 sowie das Lager-Diagnoseverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden.
Eisenwerk
Verschiedene Druckwalzen werden für verschiedene Anlagen in einer Eisenhütte eingesetzt. Beispielsweise werden in einer Stranggussanlage ungefähr Hunderte von Walzen eingesetzt, und da normalerweise zwei Lager für jede Walze vorhanden sind, beträgt die Gesamtzahl der Lager mehrere Tausend. Selbst wenn eine von den Hunderten Walzen ein Problem bei der Drehung aufweist, besteht die Gefahr, dass die Form des Erzeugnisses (Bramme) erheblich beeinflusst wird. Aus diesem Grund besteht bei dem herkömmlichen Diagnosesystem, bei dem die Abweichung in dem Lager erfasst wird, nachdem das Lager beschädigt worden ist, die Gefahr, dass das Erzeugnis und die Anlage erheblich beschädigt werden. Bei dem Lager-Diagnosesystem gemäß der vorliegenden Erfindung kann plötzlicher Schaden an der Anlage verhindert werden, da der Zustand (Restlebensdauer) des Lagers geprüft werden kann, bevor das Lager beschädigt wird, und des Weiteren können die Kosten für die Wartung reduziert werden, da der Ablaufplan für den Austausch der Lager im Voraus festgelegt werden kann.
Papierfabrik
Auch in einer Papierfabrik werden wie in einer Eisenhütte zahlreiche Walzen eingesetzt. Dabei ist vorherzusagen, dass, wenn ein für eine Walze verwendetes Lager beschädigt wird, wie bei der oben beschriebenen Anlage in der Eisenhütte die Anlage erheblich beeinflusst wird, es ist jedoch möglich, den Einfluss unter Verwendung des Lager-Diagnosesystems gemäß der vorliegenden Erfindung zu vermeiden.
Stromerzeugung aus Wind
Die Stromerzeugungskapazität bei der Stromerzeugung aus Wind steigt Jahr für Jahr, und in den letzten Jahren sind große Windmühlen mit mehreren Megabyte (5 MW oder mehr) installiert worden. Obwohl die meisten von ihnen an Land installiert werden, wird aufgrund von Beschränkungen hinsichtlich des Transports, der Installation und der umgebenden Umwelt begonnen, einige von ihnen vor der Küste zu installieren. Bei der Stromerzeugung aus Wind wird ein Rotor von Windenergie angetrieben, seine Drehgeschwindigkeit wird unter Verwendung einer Geschwindigkeitserhöhungsvorrichtung auf eine vorgegebene Drehzahl erhöht, und ein Stromerzeuger wird in Drehung versetzt, um mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Die Geschwindigkeitserhöhungsvorrichtung und der Stromerzeuger, die in einem Behälter aufgenommen sind, der als Gondel bezeichnet wird, werden entsprechend der Position des Rotors in großer Höhe (100 m oder mehr) installiert. Da zahlreiche Lager für die Geschwindigkeitserhöhungsvorrichtung und den Stromerzeuger eingesetzt werden, kann, wenn ein Lager gestört ist, keine Stromerzeugung ausgeführt werden, und die Peripheriekomponenten (Getriebe und Stromerzeuger) werden erheblich beeinflusst. Da die Gondel in einer derartig großen Höhe installiert ist, oder in einigen Fällen vor der Küste, ist es in vielen Fällen schwierig, sofort Maßnahmen zum Austauschen des beschädigten Lagers zu ergreifen. Bei dem Lager-Diagnosesystem gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Zustand des Lagers im Voraus erfasst werden, und dadurch können, wenn das Lager ausgetauscht wird, Steuerung der Übertragung von Strom und Austauschplanung im Voraus ausgeführt werden, so dass Verlust von Stromerzeugungskosten auf ein Minimum verringert werden kann. Des Weiteren wird das Lager ausgetauscht, bevor es beschädigt ist, so dass Beschädigung der Peripheriekomponenten desselben verhindert werden kann.
Baumaschinen in einem Bergwerk
Bergwerkschächte befinden sich häufig in entlegenen und unzugänglichen Gebieten, so beispielsweise im Gebirge in großer Höhe, und wenn Lager zum Einsatz in Bulldozern, Kippern oder Schürfmaschinen, die an einem derartigen Ort eingesetzt werden beschädigt werden, ist erheblicher Arbeits- und Kostenaufwand erforderlich, um die Lager auszutauschen. Bei dem Lager-Diagnosesystem gemäß der vorliegenden Erfindung ist es, da die Restlebensdauer des Lagers im Voraus bekannt ist, möglich, den Verlust durch Lagerschäden sowie Arbeits- und Kostenaufwand für die Wartung auf ein Minimum zu verringern.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen und Beispiele beschränkt, sondern kann, wenn erforderlich, modifiziert oder verbessert werden.
Beispielsweise ist es möglich, dass die an der Anlage des Benutzers gemessene Impedanz zusammen mit der Identifizierungsnummer, wie beispielsweise einer Lager-Teilenummer in ein IC-Tag eingegeben wird, und die Informationen über die Beziehung zwischen der Impedanz und der Restlebensdauer werden ebenfalls in diesen eingegeben, und das IC-Tag wird dem Benutzer geliefert, so dass die Restlebensdauer des Lagers am Standort des Benutzers bestimmt werden kann.
Des Weiteren kann, obwohl bei dieser Ausführungsform die Impedanz X der Laufbahnfläche unter Verwendung der Wirbelstrom-Prüfeinrichtung 11 in einem Zustand gemessen wird, in dem die Maschine 23 angehalten ist und das Lager 24 demontiert ist, die Messung in einem Zustand ausgeführt werden, in dem die Maschine 23 angehalten ist, das Lager 24 jedoch nicht demontiert ist. Wenn das Lager 24 nicht demontiert ist, ist es möglich, die Messung in der Zeit auszuführen, in der die Maschine 23 still steht, oder die Maschine 23 anzuhalten und die Messung periodisch auszuführen.
Des Weiteren ist es, obwohl in dieser Ausführungsform die Impedanz X der Laufbahnfläche vor und nach dem Einsatz unter Verwendung der Wirbelstrom-Prüfeinrichtung 11 gemessen wird, möglich, dass der Oberflächenschaden, der an der Laufbahnfläche des Lagers auftritt, unter Verwendung eines optischen Sensors erfasst wird, und dass die Restlebensdauer desselben auf Basis der Messung ermittelt wird.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der am 17. Dezember 2009 eingereichten japanischen Patentanmeldung ( japanische Patentanmeldung Nr. 2009-286398 ) sowie der am 29. Januar 2010 eingereichten japanischen Patentanmeldung ( japanische Patentanmeldung Nr. 2010-017802 ), deren Inhalt hiermit durch Verweis einbezogen wird.
Bezugszeichenliste

10: Vorrichtung für die Diagnose der Restlebensdauer
11: Wirbelstrom-Prüfeinrichtung
12: Diagnoseabschnitt
16: äußerer Laufring
16a: Laufbahnfläche
16b: Endfläche
20: Lager-Diagnosesystem
21: Lager-Hersteller
22: Benutzer
23: Maschine
24: Lager
30: Einrichtung zum Senden von Lager-Informationen
31: Einrichtung zum Empfangen von Lager-Informationen
33: Datenbank
36: Einrichtung zum Senden von Lebensdauer-Informationen
40: Einrichtung zum Empfangen von Lebensdauer-Informationen
A: Impedanzabstand
L: Restlebensdauer
s1: Lager-Informationen
s2: Restlebensdauer-Informationen
X, X1, X2: Impedanz

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2001-356808 A [0005]
JP 63-34423 A [0005]
JP 8-248004 A [0005]
JP 2004-198246 A [0005]
JP 2009-286398 [0070]
JP 2010-017802 [0070]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

ISO-VG68 [0059]

Claims

Verfahren zum Vorhersagen einer Restlebensdauer eines Lagers, mit dem eine Restlebensdauer eines in eine Maschine integrierten Lagers vorhergesagt wird, wobei das Verfahren umfasst: Messen einer Impedanz des Lagers unter Verwendung einer Wirbelstrom-Prüfeinrichtung in einem Zustand, in dem sich das Lager in einem stationären Zustand befindet, und Ermitteln der Restlebensdauer des Lagers auf Basis der gemessenen Impedanz des Lagers.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Restlebensdauer des Lagers auf Basis einer Differenz zwischen den Impedanz-Messwerten vor und nach dem Einsatz des Lagers ermittelt wird und die Impedanz-Messwerte unter Verwendung der Wirbelstrom-Prüfeinrichtung gemessen werden.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Restlebensdauer des Lagers auf Basis einer Differenz zwischen einer Impedanz einer Laufbahnfläche oder einer Wälzkontaktfläche des Lagers vor dem Einsatz des Lagers, die unter Verwendung der Wirbelstrom-Prüfeinrichtung gemessen wird; und einer Impedanz der Laufbahnfläche oder der Wälzkontaktfläche des Lagers nach dem Einsatz des Lagers, die unter Verwendung der Wirbelstrom-Prüfeinrichtung gemessen wird, ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Restlebensdauer des Lagers auf Basis einer Differenz zwischen einer Impedanz der Laufbahnfläche in einer unbelasteten Zone des Lagers, die unter Verwendung der Wirbelstrom-Prüfeinrichtung gemessen wird, und einer Impedanz der Laufbahnfläche in einer belasteten Zone des Lagers nach dem Einsatz des Lagers, die unter Verwendung der Wirbelstrom-Prüfeinrichtung gemessen wird, ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Restlebensdauer des Lagers auf Basis einer Differenz zwischen einer Impedanz einer Endfläche des Lagers, die unter Verwendung der Wirbelstrom-Prüfeinrichtung gemessen wird, und einer Impedanz der Laufbahnfläche in einer belasteten Zone des Lagers nach dem Einsatz des Lagers, die unter Verwendung der Wirbelstrom-Prüfeinrichtung gemessen wird, ermittelt wird.
Vorrichtung für die Diagnose einer Restlebensdauer eines Lagers, mit der eine Restlebensdauer eines in eine Maschine integrierten Lagers vorhergesagt wird, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Wirbelstrom-Prüfeinrichtung, die Impedanz eines bestimmten Bereiches des Lagers vor und nach dem Einsatz des Lagers misst; und einen Diagnoseabschnitt, der die Restlebensdauer des Lagers auf Basis der gemessenen Impedanzen ermittelt.
Lager-Diagnosesystem, das in eine Maschine eines Benutzers integriert ist, wobei das System umfasst: eine Wirbelstrom-Prüfeinrichtung, die eine Impedanz eines bestimmten Bereiches des Lagers misst, wenn sich das Lager in einem stationären Zustand befindet; eine Einrichtung zum Senden von Lager-Informationen, die Lager-Informationen zu einem Lager-Hersteller sendet, wobei die Lager-Informationen die unter Verwendung der Wirbelstrom-Prüfeinrichtung gemessene Impedanz des Lagers und Identifizierungs-Informationen des Lagers beinhalten; eine Einrichtung zum Empfangen von Lager-Informationen, die die von der Einrichtung zum Senden von Lager-Informationen gesendeten Lager-Informationen empfängt; einen Diagnoseabschnitt, der bei dem Lager-Hersteller vorhanden ist, um Restlebensdauer-Informationen des Lagers auf Basis der empfangenen Impedanz zu ermitteln; eine Einrichtung zum Senden von Lebensdauer-Informationen, die die unter Verwendung des Diagnoseabschnitts ermittelten Restlebensdauer-Informationen zu dem Benutzer sendet; und eine Einrichtung zum Empfangen von Lebensdauer-Informationen, die die von der Einrichtung zum Senden der Lebensdauer-Informationen gesendeten Restlebensdauer-Informationen empfängt.
System nach Anspruch 7, wobei der Diagnoseabschnitt über eine Datenbank verfügt, in der Informationen über eine Beziehung zwischen den Lager-Informationen und der Restlebensdauer des Lagers gespeichert sind, und der Diagnoseabschnitt die Restlebensdauer des Lagers auf Basis der Datenbank sowie der unter Verwendung der Einrichtung zum Empfangen von Lager-Informationen empfangenen Lager-Informationen ermittelt.
System nach Anspruch 7, wobei die Datenbank eine Korrelation zwischen Lebensdauer-Informationen des Lagers und Impedanzabstands-Informationen beinhaltet, die eine Differenz zwischen Impedanz vor und derjenigen nach dem Einsatz des Lagers beinhalten, und die Restlebensdauer des Lagers unter Bezugnahme auf die Impedanzabstands-Informationen ermittelt wird.