DE602005003438T2

DE602005003438T2 - Lageranordnung

Info

Publication number: DE602005003438T2
Application number: DE200560003438
Authority: DE
Inventors: Alessandro Sansone; Wilco Van Dalen; Jos Holsnijders
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2005-01-14
Filing date: 2005-01-14
Publication date: 2008-10-02
Anticipated expiration: 2025-01-15
Also published as: DE602005003438D1; DK1681479T3; EP1681479B1; EP1681479A1; CN101107452A; US20080080799A1; ES2297541T3; CN100560999C; WO2006074867A1; US8070363B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung, die mindestens einen Lagerring und mindestens ein Maschinenteil aufweist, mit dem der Lagerring verbunden ist, wobei die Lageranordnung mit einer Einrichtung zur Ermittlung der relativen Bewegung zwischen mindestens einem der Lagerringe und einem der Maschinenteile ausgestattet ist.
Eine Lageranordnung dieser Art ist in der US 2004/0074315 A1 offenbart. Dieses Dokument schlägt ein Verfahren zur Bestimmung von Lagerparametern wie der radialen Last oder des Presssitzes eines Lagers vor. Das Lager hat einen inneren und einen äußeren Ring, die mittels Presssitz mit den Maschinenteilen gesichert sind, das diese trägt. Als Reaktion auf die radiale Last kann eine winkelige Verdrehung der Lagerringe relativ zu den Maschinenteilen stattfinden (Kriechen). Die Messungen der Winkelgeschwindigkeit des Lagerrings und der montierten Komponente werden verglichen, um die Kriech-Rate zwischen dem Ring und der montierten Komponente zu bestimmen.
Die beobachtete Kriech-Rate und die Winkelgeschwindigkeitsmessungen werden entweder mit gemessenen Radiallast-Daten oder Presssitz-Daten des Lagers verwendet, um eine Kurve zu extrapolieren, die zum Presssitz oder zur Radiallast passt, die im Lager auftraten. Um das Kriechen festzustellen, werden zwei Hall-Sensoren an der Stirnseite des Lagerrings bzw. des Maschinenteils angeordnet. Durch den Vergleich der gemessenen Pulse der beiden Hall-Sensoren mittels eines Computers kann eine Information hinsichtlich des stattfindenden Kriechens des Lagerrings relativ zum Maschinenteil, das es trägt, erhalten werden.
Die vorgeschlagene vorbekannte Anordnung erlaubt die Messung des Kriechens in einer Lageranordnung, erfordert jedoch nicht nur einen gewissen Bauraum für die Anordnung der benötigten Sensoren, sondern auch relativ hohe Aufwendungen. Demgemäß ist die bekannte Kriech-Ermittlung nicht für alle Lageranordnungen anwendbar. Speziell entstehen Probleme, wenn der verfügbare Bauraum nicht ausreicht, um die nötigen Sensoren anzuordnen, und wenn das Kriechen zwischen stationären Teilen gemessen werden muss.
Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Lageranordnung zu schaffen, insbesondere für Großlager und vorzugsweise für Windenergiesysteme, die eine Ermittlung der Kriechbewegungen zwischen einem Lagerring und einem Maschinenteil, auf dem der Lagerring angeordnet ist, in genauer und einfacher Weise erlaubt. Es sollte möglich werden, das Kriechen mittels einer Vorrichtung zu überwachen, die nicht teuer ist und die während einer langen Zeitdauer zuverlässig ist.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Detektion der relativen Bewegung zwischen mindestens einem der Lagerringe und einem der Maschinenteil in oder an dem Maschinenteil angeordnet ist und ein Kontaktelement aufweist, das den Lagerring kontaktiert, wobei ein Sensorelement in oder an der Einrichtung angeordnet ist, um die relative Bewegung zwischen der Einrichtung und dem Kontaktelement zu erfassen.
Gemäß der Erfindung hat das Kontaktelement physischen Kontakt zu dem Lagerring, der hinsichtlich Kriechen zu überwachen ist. Die Bewegungen des Kontaktelements liefert ein Maß für entstehendes Kriechen. Keine komplexen Sensoren sind erforderlich, um das Kriechen zu detektieren.
Vorzugsweise weist das Maschinenteil oder ein Haltering zum Verriegeln des Maschinenteils eine Ausnehmung oder Nut zum Einsetzen der Einrichtung auf.
Das Kontaktelement kann ein Rad sein, das den Lagerring an einer Stirnseite oder an einer radial orientierten Fläche mit seinem Umfang kontaktiert. Das Rad kann eine Beschichtung aus elastischem Material an seinem Umfang aufweisen, um eine hohe Reibung zwischen dem Umfang des Rades und dem Lagerring zwecks Verhindern des Durchrutschens sicherzustellen. Die Beschichtung kann ein Ringelement sein, das am Umfang des Rades angeordnet ist. Alternativ kann das Rad aus elastischem Material bestehen. Das elastische Material ist vorzugsweise Gummi.
Das Sensorelement ist vorzugsweise ein Drehsensor, der einen Drehwinkel erfassen kann. Das Sensorelement kann auch dazu ausgebildet sein, eine Drehgeschwindigkeit zu erfassen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Lagerring, der von dem Kontaktelement kontaktiert wird, der Innenring der Lageranordnung und das Maschinenteil ist ein rotierendes Wellenelement oder ein Haltering, der mit diesem verbunden ist. Alternativ oder additiv ist der Lagerring, der von dem Kontaktelement kontaktiert wird, der Außenring der Lageranordnung und das Maschinenteil ist ein Gehäuseelement oder ein Haltering, der mit diesem verbunden ist.
Mit der vorgeschlagenen Lageranordnung können die Kriechbewegungen über der Zeit zuverlässig erfasst werden. Eine bevorzugte Anwendung ist die Überwachung des Kriechens eines Lagerrings, insbesondere des rotierenden Lagerrings bzw. der rotierenden Lagerringe eines Windenergie-Systems und anderer Großlageranwendungen.
Weil die Registrierung der relativen Bewegungen zwischen dem Lagerring und dem Maschinenteil, das diesen trägt, durch eine mechanische Komponente überwacht wird, d. h. durch das Kontaktelement (Rad), ist die Zuverlässigkeit der Anordnung hoch.
Die Zeichnung zeigt eine Ausführungsform der Lageranordnung gemäß der Erfindung.
1 zeigt eine Schnittansicht eines zweireihigen Kegelrollenlagers mit einer Vorrichtung zur Detektion des Kriechens zwischen einem der Lagerringe und einem der Maschineteile und
2 zeigt eine vergrößerte Ansicht der Vorrichtung zur Detektion des Kriechens.
1 zeigt eine Lageranordnung 1, die zum Lagern des Rotors eines Windenergie-Systems eingesetzt wird. Die Lageranordnung 1 ist als zweireihige Kegelrollenlagerung ausgebildet. Das Lager hat zwei Innenringe 2 mit Laufbahnen 13 und einen Außenring 3 mit zwei Laufbahnen 14. Die Innenringe 2 sind mit einem Maschinenteil 4 verbunden, das die Welle ist, die Bestandteil des Rotors des Windenergie-Systems ist. Der Außenring 3 ist mit einem Maschinenteil 5 verbunden, das ein Gehäuse ist.
Im Betrieb ist es möglich, dass der rotierende Innenring 2 relativ zu der Welle 4 rotiert. Diese Kriechbewegung ist nachteilig und sollte vermieden werden. Kriechen bedeutet, dass der Lagerring 2 relativ zu der Welle 4 um die Achse 15 um einen Winkel α rotiert.
Um herauszufinden, ob eine Notwendigkeit für eine Maßnahme besteht, d. h. ob eine Kriechbewegung stattfindet, ist die Lageranordnung 1 mit einer Vorrichtung 6 zur Detektion der relativen Bewegung des Lagerrings 2 relativ zu dem Maschinenteil 4 und/oder mit einer Vorrichtung 6 zur Detektion der relativen Bewegung des Lagerrings 3 relativ zu dem Maschinenteil 5 ausgestattet.
In 1 sind zwei Vorrichtungen 6 zum Zwecke der Illustration angeordnet. Es sei erwähnt, dass normalerweise nur eine der Vorrichtungen 6 benutzt wird, um das Kriechen des rotierenden Lagerrings zu detektieren.
2 zeigt detaillierter die Konstruktion der Vorrichtung 6 zur Detektion des Kriechens zwischen einem der Lagerringe und dem angrenzenden Maschinenteil.
Die Vorrichtung 6 ist in einer Aussparung 9 angeordnet und fixiert, die in das angrenzende Maschinenteil 4 eingearbeitet ist. Es sollte erwähnt werden, dass das Maschinenteil 4, 5 die Welle oder das Gehäuse der Anordnung, aber auch ein Haltering sein kann, der häufig benutzt wird, um den Lagerring 2, 3 axial zu verriegeln.
Die Vorrichtung 6 hat ein Rad 7, das um eine Achse 16 rotieren kann und das die Stirnseite 10 des Lagerrings 2 kontaktiert. Die Achse 16 ist rechtwinklig zur Achse 15. Das Rad 7 ist auf einer Welle 17 angeordnet, die mittels Lager 18 rotierbar ist. Der Umfang 11 des Rades ist mit einem Gummiring 12 mit hoher Reibung ausgestattet. Der Gummiring 12 stellt sicher, dass das Rad 7 ohne Schlupf rotiert, wenn eine Drehbewegung des Innenrings 2 relativ zur Welle 4 stattfindet. Wie es aus 2 gesehen werden kann, führt eine Drehbewegung des Innenrings 2 um einen Winkel α um die Achse 15 zu einer Rotation des Rades 7 um einen Winkel β. Die Relation zwischen den Winkeln α und β ist linear und hängt von der Geometrie der Vorrichtung 6 und ihrer Elemente ab.
Wenn eine Drehung des Rades 7, d. h. um einen Winkel β, stattfindet, wird die Drehbewegung mit einem Sensorelement 8 detektiert. Geeignete Sensoren sind im Stand der Technik bekannt. Das Sensorelement 8 kann digital Pulse detektieren, beispielsweise 360 Pulse pro Umdrehung der Welle 17. Ein (nicht dargestellter) Computer speichert die detektierten Daten. Nach einer gewissen Zeit, die einige Tage oder sogar Wochen betragen kann, kann der Graph des Winkels β über der Zeit geplottet werden, um die Kriechbewegungen des Innenrings 2 relativ zur Welle 4 zu ermitteln. Natürlich kann auch eine Online-Überwachung der Bewegung stattfinden.
Das Sensorelement 8 und/oder der Computer, der die gemessenen Daten speichert, kann ausgebildet werden, um die Position und/oder die Geschwindigkeit der Kriechbewegung zu überwachen. Die Daten können in der Nähe der Lageranordnung 1 gespeichert werden oder sie können zu einem Überwachungssystem transferiert werden, das von der Lageranordnung 1 entfernt angeordnet sein kann. Im letztgenannten Fall kann eine Überwachung der Konditionen der Lageranordnung erfolgen, normalerweise zusammen mit anderen Daten und Parameter der Lagereinheit.

1: Lageranordnung
2: Lagerring: Innenring
3: Lagerring: Außenring
4: Maschinenteil: Welle
5: Maschinenteil: Gehäuse
6: Vorrichtung zur Detektion der Relativbewegung
7: Kontaktelement (Rad)
8: Sensorelement
9: Aussparung
10: Stirnseite
11: Umfang
12: Beschichtung aus elastischem Material (Gummiring)
13: Laufbahn
14: Laufbahn
15: Achse
16: Achse
17: Welle
18: Lager
α: Drehwinkel
β: Drehwinkel

Claims

Lageranordnung (1), die mindestens einen Lagerring (2, 3) und mindestens ein Maschinenteil (4, 5) aufweist, mit dem der Lagerring (2, 3) verbunden ist, wobei die Lageranordnung (1) mit einer Einrichtung (6) zur Ermittlung der relativen Bewegung zwischen mindestens einem der Lagerringe (2, 3) und einem der Maschinenteile (4, 5) ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (6) in oder an dem Maschinenteil (4, 5) angeordnet ist und ein Kontaktelement (7) aufweist, das den Lagerring (2, 3) kontaktiert, wobei ein Sensorelement (8) in oder an der Einrichtung (6) angeordnet ist, um die relative Bewegung (β) zwischen der Einrichtung (6) und dem Kontaktelement (7) zu erfassen.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Maschinenteil (4, 5) eine Ausnehmung (9) zum Einsetzen der Einrichtung (6) aufweist.
Lageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (7) ein Rad ist, das den Lagerring (2) an einer Stirnseite (10) oder an einer radial orientierten Fläche mit seinem Umfang (11) kontaktiert.
Lageranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Rad (7) eine Beschichtung (12) aus elastischem Material an seinem Umfang (11) aufweist.
Lageranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (12) ein Ringelement ist, das am Umfang (11) des Rades (7) angeordnet ist.
Lageranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Rad (7) aus elastischem Material besteht.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Material Gummi ist.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (8) ein Drehsensor ist.
Lageranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (8) einen Drehwinkel (β) erfassen kann.
Lageranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (8) eine Drehgeschwindigkeit erfassen kann.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerring (2), der von dem Kontaktelement (7) kontaktiert wird, der Innenring der Lageranordnung und das Maschinenteil (4) ein rotierendes Wellenelement ist.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerring (3), der von dem Kontaktelement (7) kontaktiert wird, der Außenring der Lageranordnung und das Maschinenteil (5) ein Gehäuseelement ist.