DE2025693A1 - Verfahren zur Überwachung des Betriebszustandes von Wälzlagern - Google Patents

Verfahren zur Überwachung des Betriebszustandes von Wälzlagern

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DE2025693A1 DE19702025693 DE2025693A DE2025693A1 DE 2025693 A1 DE2025693 A1 DE 2025693A1 DE 19702025693 DE19702025693 DE 19702025693 DE 2025693 A DE2025693 A DE 2025693A DE 2025693 A1 DE2025693 A1 DE 2025693A1
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Description

  • Verfahren zur fiberwachung des Betriebszustandes von wälzlagern Bei Wälzlagern treten bekanntlich nach einer gewissen Betriebsdauer Werkst off ermüdungen auf, die schließlich zu einer Beschädigung des Lagers und zu dessen Betriebsausfall fahren, wobei noch umfangreiene Folgeschäden an den im betreffenden Wälzlager gelagerten Maschinen auftreten können. Da sich die Lebensdauer eines Wälzlagers aber im Einzelfall nicht vorner bestimmen läßt, ist es erforderlibh, den Betriebszustand des Wälzlagers möglichst ständig zu überwachen, um es beim Auftreten von ErmUdungserscheinungen rechtzeitig aus wechseln zu können.
  • Bicher bekannte Überwachungsverfahren für den Betriebszustand eines Wälzlagers messen die Lagertemperatur oder den Geräusch-bzw. Schwingpegel des Wälzlagers. Da diese Großen aber auch durch die Belastung und Umgebungseinflüsse verändert werden können, mussen die zum Ansprechen der Uberwachungsvorrichtung bestimmten Grenzwerte so grob gewählt werden, daß erst fortgeschrittene Lagerschäden zu einer Meldung führen.
  • Die vorliegende erfindung gibt ein einfaches, betriebssicheres Verfahren zur Überwachung des Betri@bszustandes von Wälzlage@ än, das schon den beginnenden und nicht erst den vollendenden Lagerschaden erkennen läßt. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß jeder Schaden im' Lager zu einer Änderung der Drehzahl des Käfigs der Wälzlagerkörper fiihrt. Dies wird zur Hetriebs-; überwachung der Wälzlager dadurch ausgenutzt, daß gemäß der Erwindung die Käfigdrehzahl gemessen wird. Eine derartige Drehzahlmessung läßt sich - kontinuierlich oder zeitweise - in einfachster Weise durchfu"hren.
  • Bei einem einwandfreien Wälzlager beträgt die Käfigdrehzahl nXä = (1 - DW/DT) ni/2, wobei DW der Wälzkörperdurchmesser, DT der Teilkreisdurchmesser, auf dem die Wälzkörper im Lager angeordnet sind, und n. die Innenringdrehzahl, d.h* die Maschinendrehzahl ist. Bei den üblichen Abmessungen ergibt sich meistens nKä = 0,4 . ni Schäden am Innen- oder Außenring, den Wälzkörpern oder dem Käfig machen sich in lrurzdauernden oder anhaltenden Käfigdrehzahländerunge@ bemerkbar. Bei fortgeschrittener Schädigung wird der Käfig vom Innen- oder Außenring mitgenommen, besitzt also die Drehzahl ni oder Null. Man ist also in der Lage, für jede3 Wälzlager von vornherin maximale oder minimale Grenzwerte der Käfigdrehzahl fes-tzusetzen, bei denen die Uberwachungsvorrichtung ansprechen soll, indem sie z.B. eine Warnvorrichtung auslöst und/oder die in dem Walzlager gelagerte Maschine abschaltet. Auf diese Weise kann schon der Beginn der Ermu'dungserscheinungen im Wälzlager meßtechnisct erfaßt werden. Um Anzeigefehler oder kurzzeitige Störungen auszuschließen, kann es zweckmäßig sein, die Auslösung der Warn- bzw.
  • der Abschaltvorrichtung erst zeitverzögert erfolgen zu lassen, z.3.
  • nach einer zwischen 3 bis 60 Sekunden wählbaren Verzögerungszeit.
  • Es ist zwar bereits an sich bekannt, bei labormäßigen Lageruntersuchungen auch die Drehzahl der Käfige von Wälzlagern zu messen, doch wurde dies bisher nicht für eine ständige Überwachung des Betriebszustandes von Wälzlagern ausgenutzt.
  • Als besonders vorteilhaftes Verfahren empfiehlt es sich, in Durchführung des Erfindungsgedankens die Käfigdrehzahl durch Messung der Vorbeilauffrequenz von am Käfig des ;,ålzlagers angeordneten oder vorhandenen Teilen oder Markierungen durch einen Iumpulsgeber zu erfassen. Verwendet man einen magnetischen Impulsgeber, so wird dieser durch magnetisierbare Teile wie z.B. die Stahlnieten des Käfigs beeinflußt. Eesteht der Käfig ganz aus unmagnetischen Werkstoffen, so können zum gleichen Zweck auch am Käfig besondere, kleine magnetisierbare Teile angebracht werden.
  • Eine weitere Möglichkeit zur Messung der Käfigdrehzahl wäre es, am Käfig vorhandene oder nachträglich angebrachte hervorstehende Metallteile durch kapazitiv oder induktiv arbeitende Sonden in ihrem Vorbeilauf zu erfassen. Ferner können auch iallgeneratoren als Impulsgeber eingesetzt werden, auf die am Käfig anefebrachte Magnete einwirken. Handelt es sich um Stahlkäfige, so empfiehlt es sich, an einer Stelle, z,B, durch Stoßmagnetisieran£, ein magnetisches Markierungszeichen aufzubringen Mit Hilfe dieser vorhandenen oder angebrachten Teile und/oder Markierungen kann man die Vorbeilauffrequenz in einfachster weiche durch einen ruhenden Impulsgeber erfassen, in elektrische Signale umwandeln und einem Meßgerät zuführen. Die Überwachungsvorrichtung kann somit im ruhenden Teil des Wälzlagers bzw. der Maschine oder im Fundament angeordnet sein.
  • Es ist auch zweckmäßig, aie Funktionsfähigkeit des ruhenden Impulsgebers zu überwachen, z.B. mit einem Gleichstromhilfssignal. Man kann auf diese Weise Drahtbrüche oder ähnliche Störungen im Meßkreis der Überwachungsvorrichtung von Lauf störungen des Wälziagers unterscheiden.
  • Die Uberwachung des Betriebssustandes eines Wälzlagers nach dem Verfahren gemäß der Erfindung kann auch angewendet werden, wenn die in den Wälzlagern gelagerte Maschine mit veränderlicher Drehzahl umläuft. Da die Käfigdrehzahl der Maschinendrehzahl in konstanter Weise proportional ist, empfiehlt es sich in einem solchen Pall, sowohl die Käfigdrehzahl als auch die Maschinen drehzahl zu messen und sie zueinander in Beziehung zu setzen, z.B. durch Bildung des Quotienten. Bei einwandfreiem Lagerzustand bleibt diese Beziehung, z.B. dieser Quotient, konstant, Störungen und beginnende Lagerschäden bewirkenoeine Änderung der Werte. Dies kann z.B. von einer elektronischen Vergleichsschaltung erfaßt und zum Auslösen der Warn- und/oder Abschaltvorrichtung ausgenutzt werden. Eine digitale Auswertung ist auch möglich.
  • Im folgenden sei der Erfindungsgedanke anhand eines in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Durchführung des VerE hrens gemaß der Erfindung bei Maschinen mit konstanter Drechzahl näher erläutert.
  • i?ig. 1 zeigt im Schema das Wälzlager mit einem ruhend angeordneten Iumpulsgcber. Fig. 2 zeigt ein Prinzipschaltbild der Überwachungsvorrichtung.
  • Das Wälzlager 1, z.B. eines nicht dargestellten elektrischen Motors, wird mit dem Verfahren gemäß 4er l.rfindung durch Messung der Käfigdrehzahl ständig im Hinblick seines Betriebezustandes überwacht, um es bei beginnenden Ilagerschäden abschalten und auswechseln zu können, so daß Beschädigungen des elektrischen Motors mit Sicherheit vermieden werden. Die Drehzahl des Käfige 2 de wälzkörper 3 wird mit Hilfe der Vorbeilauffrequenz der Stahlnieten 4 gemessen. Zu diesem Zweck ist am ruhenden Naschinenteil ein magnetischer lumpuisgeber 5 angeordnet, der unmittelbar vor den zu erfassenden Stahlnieten 4 liegt.
  • Der magnetische Impulsgeber 5 hat eine einseitig geerdete Arbeitswicklung 6, in der entsprechend dem Vorbeilaufen der Stahlnieten 4 am Impulsgeber 5 Impulse erzeugt werden. Diese werden einem Meßkreis 7 zugeleitet, indem sie mit Hilfe eines Verstärkers 8,-eines lmpulsformers 9, einer Zeitstufe 10 und eines weiteren Verstärkers 11 in ein analoges elektrisches Signal umgeformt und dann auf das Anzeigegerät 12 gegeben werden. Das Anzeigegerät 12 hat einstellbare Grenzwertmelder 13 für einen Maximal-und einen Minimalwert der Käfigdrehzahl. Diese Grenzwerte werden so eingestellt, daß sie beginnenden Lagerschäden in Wälzlager entsprechen. Die Auslösefahnen 14 des Grenzwertmelders sind über ein Zeitrelais 15 mit der Warnvorrichtung 16, z.B einer Hupe, verbunden. Tritt also während des Betriebes des hiälzlagers 1 einer der vorher eingestellten Grenzwerte der Käfigdrehzahl auf, so löst nach einer ge-vissen Verzögerungszeit, z.B. von 20 Sekunden, die Warnvorrichtung i6 aus und macht somit das Bedienungspersonal auf beginnende Lagerschäden im Wälzlager 1 aufmerksam.
  • Um die Funktionsfähigkeit der Tberwachu.ngsvorrichtung ebenfalls ständig iiberprtifen zu können, ist die Arbeitswicklung 6 des Impuisgebere 5 mit einer zusätzlichen Gleichstromquelle 17 verbunden. Dadurch wird dem Geberkreis des Impulsgebers ein Gleichstromsignal überLagert, was durch das Anzeigegerät 18 kontrolliert wird. Da zwischen dem Anzeigegerät 18 und der .rbeitswicklung 6 außerdem die Drosselsuule 19 geschatet ist, können die vom Inpulsgeber 5 empfangenen Impulse nicht das Anzeigegerät 18 beeinflussen. Es tst weiterbin ein K@ndensater 20 zwischen der A wicklung 6 und dem Meßkreis 7 vorgesehen, um diesen gegen die Überlagerung durch den Gleichstrom zu schützen. Man hat somit durch das Anzeigegerät 18 eine ständige Kontrolle, ob die Wirksamkeit der Überwachungseinrichtung nicht z.B. durch Drahtbrüche oder ähnliche Störungen im Meßkreis beeinträchtigt ist.
  • 17 Ansprüche 2 Piguren

Claims (17)

  1. Patentansprüche 1. Verfahren zur Überwachung des Betriebszustandes von Wälzlagern, dadurch gekennzeichnet, daß die Käfigdrehzahl gemessen wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch geennzeichnet, daß die Messung der Käfigdrehzahl kontinuierlich erfolgt.
  3. 3. Verfahren nach 4nspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gemessene K¢figdrehzahl in Beziehung zur ebenfalls gemessenen Maschinendrehzahl gesetzt wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch bestimmte, vorher einstellbare Grenzwerte der Käfig drehzahl eine Warnvorrichtung (16) ausgelöst und/oder die durch das Wälzlager (1) gelagerte Maschine abgeschaltet wird.
  5. Verfahren nch Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dae die auslösung der Warnvorrichtung (16) bzw. die Abschaltung (ier Maschine zeitverzögert erfolgt.
  6. 6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorbeilauffrequenz von am Käfig (2) des Wälzlagers (1) angeordneten oder vorhandenen Teilen (4) bzw. Markierungen gemessen wird.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorbeilauffrequenz der Teile (4) oder Markierungen durch einen ruhenden Iumpulsgeber (5) erfaßt, in elektrische Signale umewandelt und einem Anzeigeinstrument (12) zugefuhrt wird.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorbeilauffrequenz der Teile (4) oder Markierungen durch einen ruhenden Impulsgeber (5) erfaßt und digital ausgewertet wird.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als magnetisierbare Teile die Stahlnieten (4) des Wälzlagerkäfigs (2) zur Beeinflussung eines magnetischen impulsgebers (5) ausgenutzt werden.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionsfähigkeit des Impulsgebers (5) übenacht wird.
  11. 11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß vor der mit Teilen (4) bzw. Markierungen versehenen Stirnfläche des Wälzlagerkäfigs (2) ein Impulsgeber (r,) ruhend anC;eordnet ist, der über einen Meßkreis (7) für die Impulsfrequens mit einem Anzeigeinstrument (12) mit Grenzwertmeldern (13) v erbvna ist
  12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 11. dadurch gekennzeichnet, d? die Auslösefahnen (14) der Grenzwertmelder (13) mit einer Warn-(16) und/oder Abschaltvorrichtung verbunden sind.
  13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Auslösefahnen (14) der Grenzwcrtmelder (13) und der Wern- (16) bzw. Abschaltvorrichtung ein Zeitrelais (15) angeoranet ist.
  14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, d ein magnetischer Iumpulsgeber (5) verwendet ist.
  15. 15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Impulsgeber (5) über einen Kondensator (20) mit dem Meßkreis (7) für die Impulsfrequenz und über eine Drossel (19) mit einer Gleichstromquelle (17) und einem Anzeigeinstrument (18) verbunden ist.
  16. 16. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Impulsgeber eine kapazitiv oder induktiv arbeitende Sonde verwendet ist.
  17. 17. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Impulsgeber ein Hallgenerator verwendet ist.
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