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Verfahren und Vorrichtung zur Uberwachung des Betriebs-
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zustands von Zahnradgetrieben Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Uberwachung des Betriebszustands von Zahnradgetrieben,
insbesondere der Zahnkranzantriebe von Drehtrommeln, wie zum Beispiel Mühlen, Drehrohröfen,
Trocknern usw., wobei die Temperatur der in Eingriff stehenden Zahnflanken gemessen
wird.
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Die exakte, funktionsgerechte Ausrichtung von Ritzel und Zahnkranz,
beispielsweise bei großen Rohrmühlenantrieben, bereitet bekanntermaßen Schwierigkeiten.
Dies liegt an den unterschiedlichen Verformungen der Drehtrommel im belasteten und
im unbelasteten Zustand sowie an deren durch den Zerkleinerungsprozeß bedingten
thermischen Dehnung.
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Beide Einflüsse haben Verschiebungen bzw. Verlagerungen der Drehtrommelachse
und damit der Zahnkranzachs.e gegenüber der weitgehend raumfesten Ritzelachse zur
Folge, welche je nach dem Belastungsgrad oder dem Betriebszustand der Drehtrommel
Korrekturen der Ausrichtung von Ritzel und Zahnkranz zueinander erforderlich machen,
um schwere Schäden, etwa
durch einseitige thermische oder mechanische
Uberlastungen der im Eingriff befindlichen Zahnflanken zu verhindern.
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Erzielt werden soll in jedem Fall eine gleichmäßige Lastverteilung
über die Breite der Zahnflanken.
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Es sind mehrere Meßmethoden bekannt, nach denen das Tr-agbild der
Zahnflanken überprüfbar ist. So kann beispielsweise mittels einer Fuhlerlehre das
Spiel von Zahnkranz und Ritzel an beiden Enden der Zahn flanken bei einem künstlich
erzeugten Drehmoment gemessen werden.
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Weiterhin ist es bekannt, durch Tuschieren der Zahnflanken des Ritzels
und Drehen der Trommel das jeweilige Tragbild auf die Zahnflanken des Zahnkranzes
zu übertragen. Diese beiden Methoden haben jedoch den Nachteil, daß nur das Tragbild
einer statischen Belastung erzeugt wird. Das sich aus der dynamischen, beispielsweise
von betriebsbedingten Torsionsschwingungen überlagerten Belastung ergebende Tragbild,
das sich vom statischen Tragbild erheblich unterscheiden kann, wird hierbei nicht
erfaßt. Es ist ferner bekannt, die Zahnflanken von Ritzel und Zahnkranz durch eine
in Fett nicht lösbare Farbe einzufärben, so daß nach mehrstündigem Betrieb das Tragbild
auf den Zahnflanken als blanke Fläche erscheint. Hierbei kann jedoch allenfalls
festgestellt werden, ob die Zähne über die ganz Breite belastet sind, jedoch nicht,
ob sie auch über die gesamte Breite gleichmäßig belastet sind. Ein weiterer Nachteil
dieser
Meßmethoden besteht darin, daß diese keine quantitative Aussage über das Ausmaß
einer eventuell notwendigen Korrektur der Ritzelausrichtung ergeben, sondern dies
vielmehr der praktischen Erfahrung des Betriebspersonals überlassen.
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Es ist weiterhin bekannt ("The use of mill gear operating temperatures
for alignment evaluation11, Druckschrift der Firma "The Falk Corporation", Milwaukee,
Wisconsin, USA), die Lastverteilung auf den Zahnflanken von Zahnrädern derartiger
Antriebe indirekt während des Betriebes über die punktweise vorgenommene Messung
der Temperaturverteilung zu ermitteln, wobei die jeweilige Wärmestrahlung erfaßt
wird.
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Diese bekannte Meßmethode wird lediglich zur Optimierung einer zuvor
nach konventionellen Methoden vorgenommenen anfänglichen Ausrichtung der Zahnräder
angewendet und ansonsten diskontinuierlich zur Uberprüfung der Ausrichtung nach
Ablauf bestimmter Zeitintervalle. In dieser Druckschrift wird weiterhin vorgeschlagen,
die ermittelten Temperaturwerte als Grundlage für ein Berechnungsverfahren heranzuziehen,
dessen Ziel die Festsetzung des Ausmaßes einer eventuell erforderlichen Korrektur
der Ausrichtung der Ritzelachse ist.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zu konzipieren, mittels welchen die eingangs geschilderten Nachteile bei der Uberwachung
des Betriebszustands von derartigen Drehtrommelantrieben vermieden werden. Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Temperatur der Lastflanken
wenigstens eines Zahnrades kontinuierlich gemessen wird.
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Auf diese Weise steht zu jedem Zeitpunkt eine Information über die
thermische Belastung der jeweiligen Lastflanke zur Verfügung, so daß die Möglichkeit
gegeben ist, BetrlebsstBrungen; bedingt durch eine Verlagerung der Drehachsen des
jeweiligen Zahnredpaares oder nderungen in der Schmiermittelversorgung, sei es ein
Schmiermlttelmangel oder eine geänderte Schmiermittelqualität sofort zu erkennen
und geeignete Gegenmaßnahmen einzuleiten.
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Besonders vorteilhaft kann eine derartige Messung zur automatischen
Uberwachung dieser Antriebe eingesetzt werden, wobei - gegebenenfalls rechnerunterstützt
- eine Auswertung der auf diese Weise gewonnenen Meßwerte mit anderen, den Betriebszustand
des Drehtrommelantriebs und/oder beispielsweise des Schmiermittelsystems kennzeichnenden
Parametern vorgenommen werden kann Insgesamt wird auf diese Weise ein erhöhtes Maß
an Zuverlässigkeit erreicht, wobei sich anbahnende Störungen frühzeitig erkannt
werden können.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung wird die Temperatur der Lastflanken
an wenigstens zwei, vorzugsweise an mehreren, in Richtung der Breite des Zahnrades
gesehen mit Abstand voneinander angeordneten Punkten gemessen. Hierbei besteht die
Möglichkeit, ein durch einen Polygonzug angenähertes Temperaturprofil der Breite
der Lastflanke zu gewinnen, so daß noch genauere, differenziertere Informationen
über den Belastungszustand gewonnen werden können.
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In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird die Temperatur der
Lastflanken über die Breite eines Zahnrades kontinuierlich gemessen. Ein verfahrbar
angeordnetes Meßgerät, welches gesteuert automatisch das Temperaturprofil der Breite
des jeweiligen Zahnrades erfaßt, stellt die genauestmögliche Uberwachung dar, da
eine stetige Temperaturkurve ermittelt werden kann.
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Ausführungsbeispiele von Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ersichtlich
sind, ergeben sich aus den folgenden, zeichnerischen Darstellungen. Es zeigen: Fig.
1 ein Ausführungsbeispiel mit fünf ortsfest angeordneten Temperaturmeßgeräten,
Fig.
2 ein Ausführungsbeispiel mit einem, motorisch verfahrbaren Temperaturmeßgerät,
Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel mit einem, motorisch schwenkbar angeordneten Temperaturmeßgerät.
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In Fig. 1 bezeichnet 1 ein Zahnrad das der Einfachheit halber nur
zum Teil dargestellt ist. Längs der Breitseite 2 dieses Zahnrades 1 - gleichmäßig
verteilt - befinden sich fünf berührungslos arbeitende Temperaturmeßgeräte 3, 4
59 6 und 7, welche über strichpunktiert dargestellte Meßleitungen mit einer Einrichtung
8 zur Aufbereitung der von diesen erzeugten Meßsignalen in Verbindung stehen. Die
Wahl des Zahnrades bei einem Drehtrommelantrieb, das auf diese Weise überwacht wird,
hängt von dessen zu erwartender Temperatur sowie der Empfindlichkeit und dem Meßbereich
der eingesetzten Temperaturmeßgeräte ab, welche im vorliegenden Fall als Strahlungsthermometer
ausgestaltet sind. Hier stellt das Zahnrad 1 das Ritzel eines Zahnkranzantriebes
dar. Grundsätzlich können jedoch auf diese Weise Ritzel und Zahnkranz gleichzeitig
bzw. bei Zahnkranzantrieben mit mehreren Ritzeln jedes Ritzel jeweils unabhängig
überwacht werden. Die Einrichtung 8 kann beispielsweise ein Prozessor sein, welcher
in Verbindung mit einem schreibenden und/oder registrierenden Meßgerät die ermittelten
Meßwerte in einer für den Betreiber des jeweiligen Drehtrommelantriebes
leicht
erfaßbaren Weise wiedergibt. In der Zeichnung ist das Meßergebnis demzufolge als
ein aus den diskreten Meßpunkten gebildeter Polygonzug in einem Koordinatensystem
dargestellt, auf dessen Abszisse die Breite der Lastflanke und auf dessen Ordinate
die gemessene Temperatur dargestellt ist. Dieses Temperaturbild der Lastflanke kann
in digitaler oder analoger Form vielfältigen Verwendungszwecken zugeführt werden.
Angedeutet sei hier lediglich eine Grenzwertüberwachungseinrichtung 9, mittels welcher
bestimmte, wählbare Punkte der ermittelten Kurve hinsichtlich des Abweichens von
bestimmten, diesen Punkten zugeordneten Sollwerten überwacht werden.
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Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist ein Iemperaturmeßgerät
10 motorisch verfahrbar auf einer geradlinigen Führungseinrichtung 11 angeordnet,
welche sich über die gesamte Breite des Zahnrades 1 erstreckt. Ein Verfahren des
Meßgerätes 10 zwischen den durch die Führungseinrichtung 11 bestimmten Endpunkten
wird nach Ablauf bestimmter wählbarer Zeitabschnitte automatisch ausgelöst, wobei
jedoch auf die Darstellung der diesbezüglichen Steuerung, deren Konzeption keine
grundsätzlichen Schwierigkeiten bereiten dürfte, aus Gründen der zeichnerischen
Einfachheit verzichtet worden ist. Hierbei wird die Aufzeichnung einer über die
Breite des Zahnrades stetigen Temperaturkurve mittels einer Einrichtung 8' ermittelt,
die ähnlich aufgebaut ist, wie die mit 8 bezeichnete.
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In Fig. 3 ist ein Temperaturmeßgerät 12 um eine vertikal zur Zeichenebene,
die parallel zur nicht dargestellten Drehachse des Zahnrades 1 verläuft, angeordnete
Achse 13 schwenkbar gelagert. Das Temperaturmeßgerät 12 steht mit einem nicht dargestellten,
üblichen Drehantrieb in Verbindung, welcher eine gesteuerte, hin- und hergehende
Schwenkbewegung in Richtung der Pfeile 14 ermöglicht, so daß die gesamte Breite
des Zahnrades 1 meßtechnisch erfaßbar ist. Die Verarbeitung der von dem Temperaturmeßgerät
12 ermittelten Meßwerte geschieht in ähnlicher Weise und mit ähnlichen Mitteln wie
bei der unter Fig 2 beschriebenen Ausführungsform 7 so daß die dort aufgeführten
Vorzüge auch hier ihre Gültigkeit haben.
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Die bei den Figuren 2 und 3 ermittelten stetigen Temperaturkurven
können sowohl in einzelnen Punkten mit Sollwerten als auch als ganzes mit Sollkurve
verglichen werden.
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