DE4238264C2 - Einrichtung zur Erfassung von Lagerfehlern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs für Fehler an Lagern oder zum Erfassen einer deutlichen Abnutzung eines Wellenlagers.

Eine derartige Erfassungsanordnung ist in dem JP-Gebrauchs­ muster 52-35 379 gezeigt. In dieser Veröffentlichung ist ein sogenanntes "Wellenschwingungs-Erfassungsteil" radial beweg­ lich neben einer in einem Lager drehbar gelagerten Welle angeordnet. Wenn aufgrund einer deutlichen Abnutzung des Lagers die Welle übermäßige Schwingungen in radialer Rich­ tung erfährt, wird das Wellenschwingungs-Erfassungsteil durch die Welle nach außen in eine Stellung bewegt, in der es einen Grenzschalter betätigt. Auf diese Weise kann die deutliche Abnutzung des Lagers, die die abnorme Wellendre­ hung verursacht, durch den Grenzschalter erfaßt werden.

Diese Überwachungseinrichtung hat jedoch aufgrund ihrer Bau­ weise folgenden Nachteil.

Die bekannte Vorrichtung kann keine übermäßige Abnutzung er­ fassen, welche axiale Schwingungen der Welle verursacht. Selbst wenn axiale Schwingungen durch das Lösen von Lager­ teilen oder dergleichen auftreten, wird das Wellenschwin­ gungs-Erfassungsteil nicht durch die Welle bewegt. In einem solchen Fall ist es möglich, daß ein stark abgenutztes Lager in Betrieb bleibt, bis es völlig zerstört ist. Dies ist natürlich ein schwerwiegender Fall, weil Teile des zerstör­ ten Lagers zu Störungen in der Gesamtanlage führen können, in der das Lager eingesetzt ist.

Die US-PS 4,063,786 beschreibt eine Lageranordnung mit einem Hauptlager und einem Hilfslager sowie mit einer Anzeigeein­ richtung, welche einen Fehler des Hauptlagers signalisiert. Das Hauptlager ist als Wälzlager ausgebildet, während das Hilfs­ lager in Form eines selbstschmierenden Gleitlagers ausgestaltet ist. Zur Anzeige eines Lagerfehlers ist auf der Welle ein im wesentlichen ringförmiges Aktionsteil befestigt, welches sich in einem Abstand zu einer isolierten, in einem ortfesten Halte­ teil des Lagers aufgenommenen Sonde dreht. Bei einem Versagen des Hauptlagers durch Verschleiß der Wälzkörper ergeben sich radiale Schwingungen der Welle, welche zu einer Berührung zwischen dem Aktionsteil und der Sonde führen. Hierdurch wird ein Alarmsignal ausgelöst. Als nachteilig erweist es sich bei diesem Aufbau, daß lediglich radiale Lageveränderungen der Welle erfaßt werden können, während axiale Versetzungen der Welle nicht festgestellt werden können. Somit kann diese Ein­ richtung, wenn überhaupt, nur zu einer wirkungsvollen Über­ wachung von Rundlaufstörungen eines Radiallagers dienen, nicht jedoch zur Überwachung eines Lagers, welches auch axiale Kräfte aufnimmt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Erfassung von Lagerfehlern an einem Lager zu schaffen, welche bei einfachem Aufbau und hoher Betriebssicherheit die Nachteile des Standes der Technik vermeidet und sowohl axiale als auch radiale Lageveränderungen einer Welle infolge von Lagerfehlern ermittelt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Haupt­ anspruch gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Zur Lösung der Aufgabe ist in einer ersten Ausführung der Erfindung eine Vorrichtung zum Erfassen von Lagerfehlern vorgesehen, die ein festes Halteteil, ein von diesem gehal­ tenes Lager und eine in dem Lager drehbar gelagerte Welle aufweist. Die Vorrichtung zur Fehlererfassung des Lagers enthält ein erstes mit der Welle verbundenes und mit dieser rotierendes Teil (Aktionsteil), ein mit dem festen Halteteil nahe dem ersten Teil verbundenes zweites Teil (Reaktionsteil) mit einem ausgesparten Endbereich, der einen Umfangsbereich (Randbereich) des ersten Teiles mit Abstand aufnimmt, und Mittel zum Erfassen eines Bruches des ausgesparten Endbereiches.

In einem Anwendungsbeispiel der Erfindung ist zur Lösung der Aufgabe eine Vorrichtung zum Erfassen von Lagerfehlern beim Einsatz in einer Wasserpumpe vorgesehen, die zu einem Ver­ brennungsmotor gehört und einen an dem Zylinderblock des Motors befestigten Pumpenkörper, ein in dem Pumpenkörper enthaltenes Lager, eine in dem Lager drehbar gelagerte und von dem Motor angetriebene Welle sowie ein koaxial mit der Welle verbundenes Pumpenrad aufweist. Die Vorrichtung zur Fehlererfassung enthält eine koaxial auf der Welle befestig­ te, mit dieser rotierende Ringscheibe, einen mit dem Pumpen­ körper nahe der Ringscheibe verbundenen Drahtträger mit einem ausgesparten Endbereich, der einen Umfangsbereich der Ringscheibe mit Abstand aufnimmt, und Mittel zum Erfassen eines Bruches des ausgesparten Endbereiches.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles sowie anhand der Zeichnung. In dieser zeigen:

Fig. 1 eine teilweise Schnittansicht einer Wasserpumpe mit einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Störungser­ fassung an Lagern;

Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht eines wesentlichen Teiles der Anordnung zur Störungserfassung an Lagern;

Fig. 3 eine Darstellung ähnlich Fig. 2, jedoch mit einem gebrochenen Teil einer Erfassungseinheit;

Fig. 4 eine grafische Darstellung der Axialschwingung einer Welle in Abhängigkeit von der Betriebszeit.

In Fig. 1 ist eine Wasserpumpe dargestellt, die mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Fehlererfassung an Lagern versehen ist.

Vor einer detaillierten Beschreibung der erfindungsgemäßen Anordnung zur Störungserfassung soll die Wasserpumpe 1 erläutert werden.

Die Wasserpumpe 1 gehört zu einem Kraftfahrzeug-Verbren­ nungsmotor und dient zum Fördern des Kühlwassers.

In Fig. 1 bezeichnet die Bezugsziffer 3 einen Pumpenkörper. An seinem in der Darstellung rechten Teil hat der Pumpen­ körper 3 einen Flansch, der durch Schrauben (nicht darge­ stellt) an einem Zylinderblock (nicht dargestellt) befestigt ist. In dem Zylinderblock ist eine Pumpenkammer, in dem sich ein weiter unten beschriebenes Pumpenrad 6 befindet. Eine Welle 4 ist in dem Pumpenkörper 3 durch ein Lager 2 drehbar gelagert. Auf dem linken Ende der Welle 4 ist ein Kettenrad 5 befestigt. In das Kettenrad 5 greift eine Kette (nicht dargestellt), die um die Kurbelwelle und die Nockenwelle des Motors gelegt ist. Beim Laufen des Motors wird daher die Welle 4 durch die Kette angetrieben. Am rechten Teil der Welle ist das Pumpenrad 6 befestigt. Eine Dichtung 7 bekann­ ter Bauart ist auf der linken Seite des Pumpenrades 6 unter Bildung eines Umfangsabschnittes zwischen der Dichtung 7 und dem Lager 2 angeordnet. Der Pumpenkörper 3 hat einen Dampf­ auslaß 3A, durch welchen Dampf aus dem Umfangsabstand ent­ weichen kann. Beim Betrieb des Motors wird Dampf aus der Pumpenkammer durch die Dichtung 7 in den Umfangsabstand ge­ drückt. Der Pumpenkörper 3 hat ferner einen in der Zeichnung nicht dargestellten Wasserauslaß, aus dem Wasser von dem Um­ fangsabstand abgeführt wird.

Beim Betrieb des Motors läuft die Welle 4 um und dementspre­ chend rotiert das Pumpenrad in einer vorgegebenen Drehrich­ tung. Durch die Rotation des Pumpenrades 6 wird Kühlwasser von einem Einlaß (nicht dargestellt) der Pumpenkammer zu einem Auslaß (nicht dargestellt) gefördert.

Nachfolgend wird die erfindungsgemäße Anordnung zum Erfassen von Lagerfehlern im einzelnen beschrieben.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, weist die Erfassungsanordnung eine Ringscheibe 11 auf, die mit einem Flanschteil koaxial auf der Welle 4 in dem Umfangsabstand befestigt ist. Die Ringscheibe 11 dreht sich somit mit der Welle 4 und kann als Schleuderring wirken, durch den Wasser aus dem Umfangsab­ stand radial nach außen geschleudert wird.

In der Nähe zum Außenumfang 11A der Ringscheibe 11 ist ein Drahtträger 12 am Pumpenkörper 3 befestigt. Der Drahtträger 12 hat einen U-förmigen Endbereich mit Seitenwänden 12A und 12B und einer Bodenwand 12C. Die Seitenwände 12A und 12B sind parallel zur Achsrichtung der Welle 4 voneinander beab­ standet. Der Außenumfang 11A der Ringscheibe 11 wird mit Ab­ stand von dem U-förmigen Endbereich des Drahtträgers 12 auf­ genommen. Jede der drei Wände 12A, 12B und 12C hat damit einen vorgegebenen Abstand zum Außenumfang 11A der Ring­ scheibe 11.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, befindet sich auf dem Draht­ träger ein Draht 13, welcher nacheinander entlang der Seitenwand 12A, der Bodenwand 12C und der anderen Seitenwand 12B verläuft. Der Draht hat demnach mindestens drei Teile, die sich ausreichend in die Bereiche der drei Wände 12A, 12B und 12C erstrecken. Mit den beiden Enden des Drahtes 13 sind Anschlüsse 14A und 14B verbunden. Der Draht bildet damit einen Stromkreis zwischen den beiden Anschlüssen 14A und 14B.

Jede Wand 12A, 12B oder 12C des U-förmigen Drahtträgers 12 ist so ausgebildet, daß sie bei einem Anschlag des Außenum­ fangs 11A der Ringscheibe 11 während derer Rotation ab­ bricht. Mit dem Bruch der Wand 12A, 12B oder 12C bricht natürlich auch der Draht 13. Der Drahtträger 12 besteht ganz oder teilweise aus zerbrechlichem Material, wie etwa halb­ festes Sintermaterial oder dergleichen. Durch Verringern der Dicke des Drahtträgers 12 kann die Festigkeit desselben verringert werden.

Nach Fig. 1 ist mit den Anschlüssen 14A, 14B des Drahtes 13 über nicht bezifferte Leitungen eine Warnschaltung 15 ver­ bunden, von der ein Bruch des Drahtes 13 im U-förmigen End­ bereich des Drahtträgers 12 visuell oder akustisch angezeigt wird. Die Warnschaltung 15 weist ein Relais oder dergleichen auf, das beim Unterbrechen des Stromkreises in dem Draht 13 zwischen den Anschlüssen 14A und 14B anspricht.

Nachfolgend wird die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Er­ fassungsanordnung für Lagerstörungen anhand der Zeichnung erläutert.

Der normale Zustand des Lagers 2 der Wasserpumpe 1 ergibt sich aus Fig. 1 und 2. In diesem Zustand führt die Welle 4 keine Schwingungen aus. Die auf der Welle 4 befestigte Ring­ scheibe 11 läuft deshalb frei ohne Berührung des U-förmigen Endbereiches des Drahtträgers 12. In diesem Zustand gibt die Warnschaltung 15 keine Warnung ab.

Wenn aufgrund deutlicher Abnutzung des Lagers 2 oder der­ gleichen die Welle 4 eine Axialschwingung erfährt, schlägt der Umfangsbereich 11A der Ringscheibe 11 an wenigstens eine der Wände 12A, 12B des Drahtträgers und bricht diese ab, wie in Fig. 3 gezeigt. Damit wird der Stromkreis des Drahtes 13 unterbrochen und die Warnschaltung 15 gibt ein visuelles oder akustischen Alarmsignal aus, das dem Benutzer eine deutliche Abnutzung des Lagers 2 anzeigt.

Die grafische Darstellung der Fig. 4 zeigt den Umfang der Axialschwingung der Welle 4 in Abhängigkeit von der abge­ laufenen Betriebszeit. Wie hieraus ersichtlich, nimmt der Umfang der Axialschwingung aufgrund der Lagerabnutzung mit wachsender Betriebszeit zu. In der Grafik ist mit T1 der Zeitpunkt bezeichnet, an dem das Lager 2 den Beginn einer ernsthaften Abnutzung zeigt, und T3 bezeichnet den Zeit­ punkt, an dem das Lager vollständig bricht. T2 bezeichnet den Zeitpunkt, an dem eine der Seitenwände 12A oder 12B des U-förmigen Endbereiches des Drahtträgers 12 aufgrund der deutlichen Abnutzung des Lagers 2 brechen sollte.

Wenn infolge deutlicher Abnutzung des Lagers 2 oder derglei­ chen die Welle 4 radiale Schwingungen erfährt, schlägt der Außenumfang 11A der Ringscheibe 11 gegen die Bodenwand 12C des Drahtträgers 12 und zerbricht diese. Damit gibt die Warnschaltung in gleicher Weise einen visuellen oder aku­ stischen Alarm aus wie im Falle der vorstehenden erläuterten Axialschwingung der Welle 4.

Wie ersichtlich kann mit der Erfindung die deutliche Ab­ nutzung des Lagers 2 (bzw. ein abnormer Abnutzungszustand) des Lagers nicht nur durch Radialschwingungen der Welle 4 erfaßt werden, sondern auch durch Axialschwingungen. Demzu­ folge hat die Erfassungsanordnung zur Fehlerüberwachung von Lagern eine höhere Erfassungsgenauigkeit im Vergleich zu dem eingangs genannten Stand der Technik.

Die Erfindung ermöglicht, ferner folgende Abwandlung.

Wenn ein eigener Stromkreis mit einem Draht 13 und einer Warnschaltung 15 mit jeder der drei Wände 12A, 12B und 12C verbunden ist, ist die Charakteristik der Wellenschwingung erkennbar und die Abnutzung des Lagers kann genau analysiert werden.

Zusammenfassend kann die Erfassungsanordnung für Lagerfehler die abnormale Abnutzung eines Lagers erfassen, in welchem eine Welle gelagert ist. Die Erfassungsanordnung weist eine Ringscheibe auf, die koaxial auf der Welle befestigt ist und mit dieser umläuft. Ein Drahtträger ist an einem festen Halteteil in der Nähe der Ringscheibe angebracht. Der Draht­ träger hat einen ausgesparten Endteil, in den der Außenum­ fang der Ringscheibe mit Abstand hineinreicht. Eine Erfas­ sungsanordnung dient zum Erfassen des Bruchs des ausgespar­ ten Endteils.

Claims (6)

1. Einrichtung zur Erfassung von Lagerfehlern an einem Lager (2), wobei das Lager (2) in einem Halteteil (3) aufgenommen ist und drehbar eine Welle (4) lagert, mit einem mit der Welle drehfest verbundenen Aktionsteil (11), und mit einem an dem Halteteil (3) angeordneten Reaktionsteil (12), welches Mittel (13) zur Anzeige von Lagerfehlern umfaßt, welche durch das Aktionsteil beim Auftreten von Lagerfehlern mechanisch betätigt werden, dadurch gekennzeichnet,
daß das Reaktionsteil (12) einen Endbereich (12a, 12b, 12c) umfaßt, welcher nahe dem Aktionsteil (11) angeord­ net und mit einer Ausnehmung zur Aufnahme eines Randbe­ reichs (11a) des Aktionsteils (11) versehen ist, und
daß die Mittel (13) zur Anzeige von Lagerfehlern so ausgebildet sind, daß sie bei einem Bruch des End­ bereichs (12a, 12b, 12c) des Reaktionsteils wirksam werden.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Endbereich zwei voneinander in Richtung der Wellen­ achse beabstandete Seitenwände (12A, 12B) aufweist, die zwischen sich den Randbereich (11A) des Aktionsteils (11) aufnehmen und einen vorgegebenen Abstand zwischen jeder Seitenwand (12A) und (12B) und dem Randbereich (11A) bilden, und daß der Endbereich eine Bodenwand (12C) aufweist, die radial außerhalb des Randbereichs (11A) des Aktionsteils (11) angeordnet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß zumindest der Endbereich des Reaktionsteils (12) so ausgebildet ist, daß er beim Anschlagen durch das Aktionsteil (11) bricht.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Aktionsteil (11) in Form einer koaxial auf der Welle befestigten Ringscheibe ausge­ bildet ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsteil (12) aus einem halbfesten Sintermaterial besteht.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Anzeige von Lager­ fehlern einen entlang den beiden Seitenwänden (12A, (12B) und der Bodenwand (12C) verlaufenden Draht (13) sowie eine mit diesem elektrisch verbundene Warnschal­ tung umfassen, die bei einem Bruch des Drahtes (13) Alarm gibt.