NL1014210C2

NL1014210C2 - Intelligent lageronderhoud.

Info

Publication number: NL1014210C2
Application number: NL1014210A
Authority: NL
Inventors: Eduardus Gerardus Maria Holweg; Johannes Adrianus Maria Duits; Johannes Albertus Van Winden
Original assignee: Skf Eng & Res Centre Bv
Priority date: 2000-01-27
Filing date: 2000-01-27
Publication date: 2001-07-30
Also published as: AU2001234244A1; EP1250550B1; WO2001055634A3; DE60121295D1; EP1250550A2; US20030115977A1; WO2001055634A2; DE60121295T2

Description

Intelligent lageronderhoud

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op intelligent lageronderhoud en meer in het bijzonder op een werkwijze en inrichting voor het bepalen van een vetcon-5 ditie in een lager, omvattende de stap van het meten van tenminste een operationele parameter van het lager.

De vetconditie kan bijvoorbeeld de vet-onderhoudslevensduur zijn, dat wil zeggen de overblijvende periode waarin de kwaliteit van het vet boven een bepaalde drempelwaarde zal zijn.

10 In publicatie WO 94/21932 wordt een anti-wrijvingslager met een externe smeermiddeltoevoerinrichting geopenbaard. Het smeermiddel of vet wordt direct in het gebied van de rollende-elementkooi ingevoerd teneinde verspilling van smeermiddel te voorkomen, hetgeen karakteristiek is voor andere smeermiddelsproeitechnieken. In de uit WO 94/21932 bekende inrichting wordt een lager continu voorzien van nieuw vet 15 teneinde de onderhoudslevensduur van het lager te verlengen. De continue verschaffing van nieuw vet kan tevens semi-continu worden geïmplementeerd, dat wil zeggen door het periodiek toevoegen van een vooraf bepaalde hoeveelheid nieuw vet. De hoeveelheid vet die (semi-)continu wordt toegevoerd wordt bepaald in een besturingseenheid op basis van een basisaanpassing die bepaald wordt door basis-bedrijfsparameters en 20 gemodificeerd wordt als functie van gemeten bedrijfsparameters. De hoeveelheid vet die toegevoegd wordt aan het lager wordt op een zodanige wijze aangepast dat excessieve slijtage van het lager wordt voorkomen.

Een nadeel van deze inrichting is dat door het continu (of semi-continu) toevoegen van nieuw vet aan het lager een heleboel vet onnodig verspild wordt. In de be-25 kende inrichting wordt de conditie van het vet niet bepaald. In het algemeen kan de conditie van vet in een lager alleen bepaald worden door het nemen van monsters van het vet en analyse van het vet.

Doelstelling van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een niet-inva-sieve werkwijze en inrichting voor het bepalen van een vetconditie in een lager. Dit zal 30 gebruik van het vet in een lager mogelijk maken totdat de conditie van het vet onder een vooraf bepaalde drempelwaarde komt, hetgeen leidt tot een veel lagere verspilling van vet.

1014210 2

Deze doelstelling wordt bereikt door een werkwijze volgens de hierboven gedefinieerde aanhef, waarin de werkwijze de verdere stap omvat van het bepalen van de vet-conditie door het invoeren van de gemeten tenminste ene operationele parameter in een model, waarbij het model de tenminste ene operationele parameter en de vetconditie 5 relateert voor een specifieke combinatie van een vooraf bepaald type vet en een vooraf bepaald type lager. Door het gebruik van een dergelijk model dat een operationele parameter en de vetconditie relateert voor een specifieke combinatie van vet en lager, kan een nauwkeurige bepaling van de conditie van het vet in het lager gegeven worden zonder het nemen van monsters van het vet in het lager en het analyseren van de mon-10 sters.

In uitvoeringsvormen van de werkwijze volgens de onderhavige aanvrage omvatten de tenminste ene operationele parameter één of meer van de volgende parameters: de lagertemperatuur; de rotatiesnelheid en/of de belasting op het lager. In het algemeen neigen hogere waarden van deze operationele parameters de conditie van het 15 vet sneller te verminderen. De nauwkeurige (multi-dimensionele) verhouding van deze operationele parameters en de conditie van het vet wordt opgenomen in het model voor een specifieke combinatie van een vooraf bepaald type vet en een vooraf bepaald type lager.

Bij voorkeur is het model een empirisch bepaald model. Het testen van monsters 20 van lagers gebeurt regelmatig in fabrieken en de gegevens die opgenomen worden tijdens testen kunnen gebruikt worden om empirisch een model af te leiden voor een specifieke combinatie van type vet en type lager. Met name zal, wanneer de test wordt uitgevoerd door de gehele onderhoudslevensduur van het vet en/of het lager (d.w.z. tot beschadiging van het lager), het model zeer nauwkeurig en compleet zijn.

25 In een voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de onderhavige uit vinding omvat de werkwijze de stap van het opnemen van historische gegevens betreffende de tenminste ene parameter en het invoeren van de historische gegevens in het model. Dit maakt een betere koppeling mogelijk van de historische gegevens met het model, hetgeen resulteert in een meer nauwkeurige bepaling van de vetconditie.

30 In een verdere uitvoeringsvorm omvat de werkwijze volgens de onderhavige uit vinding de verdere stap van het geven van een indicatie van de vetconditie. Dit kan eenvoudig geïmplementeerd worden door het verschaffen van bijvoorbeeld een visuele 1014210 3 indicatie, hetzij digitaal (goed-fout) of op een gegradeerde schaal (van vers tot versleten).

Een werkwijze volgens een verdere uitvoeringsvorm omvat de verdere stap van het toevoegen van vet aan het lager wanneer de vetconditie beneden een vooraf be-5 paalde drempelwaarde komt. Dit maakt het mogelijk een lager te installeren dat vrijwel onderhoudsvrij is (installeren en vergeten), aangezien vers vet op tijd toegevoegd zal worden om excessieve slijtage van het lager te voorkomen.

Een tweede aspect van de onderhavig uitvinding betreft een lager dat tenminste één sensor omvat voor het meten van een operationele parameter en een verwerkings-10 eenheid die ingericht is om de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding te implementeren. Bij voorkeur is de verwerkingseenheid geïntegreerd in het lager. Door het integreren van de verwerkingseenheid in het lager zullen de signaalpaden van de tenminste ene sensor naar de verwerkingseenheid klein zijn en daardoor zal het signaal minder kwetsbaar zijn voor verstoringen uit de omgeving. Tevens zal deze uitvoerings-15 vorm ruimte besparen voor installatie.

Bij voorkeur omvat het lager verder voedingsmiddelen die aangedreven worden door rotatie van het lager voor het genereren van een voedingsvermogen, bijvoorbeeld voor de verwerkingeenheid en de tenminste ene sensor. Deze interne opstelling voor opwekken van vermogen maakt alleenstaande werking van het lager met geïntegreerde 20 sensor(s) en verwerkingseenheid mogelijk. Dit kan voordelig zijn wanneer het lager geïnstalleerd moet worden in een omgeving die niet eenvoudig toegankelijk is of wanneer het toevoeren van vermogen aan de verwerkingseenheid en lager d.m.v. draden moeilijk of lastig is.

In een uitvoeringsvorm omvat het lager verder vetpompmiddelen die verbonden 25 zijn met de verwerkingseenheid voor het toevoeren van vers vet aan het lager in reactie op de huidige vetconditie. De verwerkingseenheid kan ingericht zijn om de vetpompmiddelen zodanig te besturen dat nieuw vet alleen toegevoerd wordt wanneer nodig, bijvoorbeeld wanneer de vetconditie beneden een vooraf bepaalde kwaliteitsdrempel-waarde komt. Deze uitvoeringsvorm maakt het mogelijk dat een lager eenmalig geïn-30 stalleerd wordt zonder dat het nodig is de conditie van het vet in het lager niet regelmatige onderhoudsintervallen te controleren. Bij voorkeur is de verwerkingseenheid ingericht om de hoeveelheid nieuw vet die toegevoerd wordt aan het lager bij te houden. In 1014210 4 het geval dat de vetpomp wordt voorzien van vet uit een reservoir is het mogelijk om een waarschuwing te genereren wanneer het reservoir bijna leeg is.

In een zeer voordelige uitvoeringsvorm omvat het lager volgens de onderhavige uitvinding verder transmissiemiddelen, verbonden met de verwerkingseenheid voor 5 uitwisseling van gegevens. Bij voorkeur worden de gegevens op afstand uitgelezen, bijvoorbeeld door IR- of HF-transmissie. Dit maakt het uitlezen van gegevens betreffende het lager mogelijk, bijvoorbeeld de vetconditie, gemaakte rotaties, historische gegevens van de tenminste ene operationele parameter (temperatuur-, snelheid- en be-lastingsprofiel). Een onderhoudstechnicus is dan in staat om op afstand onderhoudsge-10 gevens van het lager uit te lezen zonder feitelijk het lager te hoeven inspecteren (visueel of zelfs door het de-installeren van het lager).

Een verdere uitvoeringsvorm van het lager volgens de onderhavige uitvinding omvat verder een vibratiesensor die in bedrijf gekoppeld is met het lager en een vibra-tiesensorsignaal levert aan de verwerkingseenheid. De door de vibratiesensor gele-15 verde gegevens kunnen geanalyseerd worden door de verwerkingseenheid teneinde vroege defecten in het lager of gedeelten van het lager te detecteren (conditiebewa-king). Wederom zal het verschaffen van korte signaalpaden tussen de vibratiesensor en de verwerkingseenheid het gegevenssignaal minder kwetsbaar maken voor storingen uit de omgeving.

20 De onderhavige uitvinding zal nu in meer detail beschreven worden met betrek king tot voorkeursuitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding met verwijzing naar de bijgevoegde tekeningen waarin:

Fig. 1 een schematische weergave toont van een lager volgens een eerste uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding; 25 Fig. 2 een aantal grafieken toont die de conditie van vet in een lager weergeven als functie van tijd voor een aantal temperatuurwaarden;

Fig. 3 een schematische weergave toont van een lager volgens een tweede uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding.

Fig. 1 toont een schematische weergave van een lager 10, dat een kogellager of 30 een ander soort lager kan zijn waarin vet of smeermiddel gebruikt wordt om rotatie van de lagerdelen mogelijk te maken. Het lager 10 omvat een temperatuursensor 11 voor het opnemen van de temperatuur van het lager. Bij voorkeur is de temperatuursensor 11 zo dicht als mogelijk geplaatst bij het gebied van het lager 10 waarin het vet aanwe- 1014210 5 zig is. Verder omvat het lager een snelheidssensor 12 voor het meten van de rotatie-snelheid van het lager 10. Zowel de temperatuursensor 11 als de snelheidssensor 12 zijn door middel van signaaldraden verbonden met een verwerkingseenheid 13.

De verwerkingseenheid 13 omvat de middelen die nodig zijn voor analysedoel-5 einden, dat wil zeggen sensorinterfaceschakelingen 16, berekeningsmiddelen 17 en geheugenmiddelen 18.

De verwerkingseenheid 13 kan voorzien worden van voedingsspanning door een geïntegreerde vermogensgenerator 14 die vermogen genereert wanneer het lager 10 roteert. Hiervoor kunnen algemeen bekende systemen gebruikt worden die een rotatie-10 beweging omzetten in elektrisch vermogen, zoals een combinatie van permanente magneten en spoelen. Deze interne vermogensgenerator 14 maakt alleenstaande werking van het lager 10 met geïntegreerde sensor(en) 11, 12 en verwerkingseenheid 13 mogelijk. Dit kan voordelig zijn wanneer het lager geïnstalleerd moet worden in een omgeving die niet eenvoudig toegankelijk is, of waar het toevoeren van vermogen aan de 15 verwerkingseenheid 13 en /of sensors 11,12 d.m.v. draden moeilijk of lastig is. Natuurlijk kan de verwerkingseenheid 13 voorzien zijn van andere middelen voor het toevoeren van vermogen, zoals een batterij of een externe vermogensvoeding.

In de getoonde uitvoeringsvorm is de verwerkingseenheid 13 verbonden met in-dicatiemiddelen 15 voor het aangeven van de conditie van het vet in het lager 10. Deze 20 indicatiemiddelen 15 kunnen geïmplementeerd zijn als een aantal lichten, bijvoorbeeld een groen licht voor een goede conditie, een geel licht voor een verminderde conditie en een rood licht voor een slechte conditie van het vet in het lager 10. Als een alternatief kan een algemeen verkrijgbaar schaalaangeefinstrument gebruikt worden, die een geschaalde indicatie van de conditie van het vet weergeeft.

25 De verwerkingseenheid 13 is ingericht om de gegevens van de temperatuur- en snelheidssensor 11,12 te verwerken om de conditie van vet in het lager 10 te bepalen. Dit wordt geïmplementeerd door het invoeren van de gegevens van de temperatuur- en snelheidssensor 11, 12 in een model dat tenminste één operationele parameter, zoals temperatuur of snelheid, relateert met de vetconditie voor een bepaalde combinatie van 30 een vooraf bepaald type vet en een vooraf bepaald type lager 10. Dit model is bij voorkeur een empirisch bepaald model, dat gegevens omvat van operationele testen in de fabriek van het lager. De modelgegevens kunnen opgeslagen zijn in de geheugenmiddelen 18 van de verwerkingseenheid 13.

1014210 6

In een voorkeursuitvoeringsvorm zijn de temperatuursensor 11, snelheidssensor 12, verwerkingseenheid 13, vermogensopwekmiddelen 14 en indicatiemiddelen 15 alle geïntegreerd op het lager 10. Dit maakt een alleenstaande toepassing van het geïntegreerde lager 10 mogelijk. Tevens zal het korte signaalpaden mogelijk maken van de 5 temperatuur- en de snelheidssensor 11, 12 naar de verwerkingseenheid 13, waardoor de opstelling minder kwetsbaar is voor verstoringen uit de omgeving.

Fig. 2 toont een vereenvoudigd model van de verhouding van de conditie van het vet (of onderhoudslevensduur van het vet) uitgedrukt in een percentage als functie van tijd, voor verschillende (constante) bedrijfstemperaturen van het lager 10. In fig. 2 zijn 10 vier verschillende grafieken I..IV gegeven voor respectieve afhemende bedrijfstemperaturen van het lager. Voor een specifieke combinatie van type vet en type lager 10 zal de conditie van het vet beginnen bij 100% en in het begin zal de conditie slechts geleidelijk afnemen als functie van tijd. Op een bepaald moment in tijd zal de conditie van het vet sneller beginnen te verslechteren en uiteindelijk komt het vet onder een be-15 paalde conditiedrempelwaarde, bijvoorbeeld 10%. Voor een hogere bedrijfstemperatuur van het lager 10 zal de conditie van het vet beginnen te verslechteren op een eerder tijdstip dan voor lagere temperaturen en de helling van de grafiek kan verschillend zijn.

De grafieken I..IV die getoond zijn in fig. 2 zijn slechts een subset van de gegevens die in het model omvat zijn. Het model zal een volledige verhouding van de con-20 ditie van het vet omvatten als functie van bedrijfstemperatuur en tijd. Bij voorkeur zal het model gemaakt worden voor een specifieke combinatie van type vet en type lager. Dit kan bereikt worden tijdens het testen in de fabriek waarbij het volledige spectrum van conditie van het vet bewaakt kan worden voor de specifieke combinatie.

Het model voor een specifieke combinatie van type vet en type lager kan multi-25 dimensioneel zijn, d.w.z. naast temperatuurafhankelijkheid kan het verhoudingen voor andere operationele parameters omvatten, zoals rotatiesnelheid en/of lagerbelasting. Bedrijf bij een hogere rotatiesnelheid van het lager 10 zal in het algemeen leiden tot een snellere verslechtering van de vetconditie. Tevens zal een zwaardere belasting op het lager, mogelijk ook afhankelijk van het type belasting (axiaal, transversaal, ...) een 30 effect op de conditie van het vet hebben.

Fig. 3 toont een schematische weergave van een verdere uitvoeringsvorm van het lager 10 volgens de onderhavige uitvinding. In fig. 3 hebben elementen die reeds besproken zijn met verwijzing naar fig. 1 dezelfde verwijzingscijfers. Verder is het lager 1014210 7 10 voorzien van een belastingsensor 20 die verbonden is met interfacemiddelen 16 van de verwerkingseenheid 13. Dit maakt het invoeren van belastingsgegevens van het lager 10 in het model mogelijk om de conditie van het vet te bepalen.

Verder is het lager 10 voorzien van een vibratiesensor 21 om vibraties in de la-5 gerdelen op te nemen. Gegevens van de vibratiesensor 21 worden ingevoerd in de verwerkingseenheid 13 voor analyse. Deze vibratieanalyse kan indicaties verschaffen van excessieve slijtage van het lager 10 of vroege indicaties van defecten in het lager 10.

In deze uitvoeringsvorm zijn transmissiemiddelen 22 verschaft die verbonden 10 zijn met de verwerkingseenheid 13. Bij voorkeur maken deze transmissiemiddelen 22 draadloze transmissie van gegevens naar en van de verwerkingseenheid 13 mogelijk en zijn deze tevens bij voorkeur geïntegreerd op het lager 10. Deze transmissiemiddelen 22 kunnen bijvoorbeeld gebruikt worden om op afstand gegevens van de verwerkingseenheid 13 uit te lezen zoals de conditie van het vet, of andere bedrijfsgegevens die 15 opgeslagen zijn in de geheugenmiddelen 18 zoals het aantal rotaties die gemaakt zijn, temperatuurprofiel en snelheidsprofiel. Deze opstelling maakt het mogelijk dat een on-derhoudstechnicus op afstand een lager 10 bewaakt, bijvoorbeeld een lager 10 dat geïnstalleerd is in een plaats die visuele inspectie moeilijk maakt.

De verwerkingseenheid 13 is bij voorkeur ingericht om historische gegevens van 20 de verschillende sensoren 11, 12, 20, 21 voor het lager 10 op te slaan. Aan de ene kant kan het nodig zijn om deze historische gegevens in te voeren in het model om een meer nauwkeurige bepaling van de conditie van het vet te verkrijgen. Aan de andere kant kunnen de historische gegevens waardevol zijn voor een latere analyse of voor onderhoudsdoeleinden.

25 Verder is het lager 10 van de uitvoeringsvorm die getoond is in fig. 3 voorzien van een vettoevoerinrichting, die een vetreservoir 24 en een vettoevoerklep 23 omvat. De vettoevoerklep 23 wordt bestuurd door de verwerkingseenheid 13. De verwerkingseenheid 13 kan ingericht zijn om de vettoevoerklep zodanig te besturen dat een vooraf bepaalde hoeveelheid nieuw vet wordt toegevoerd aan het lager 10, wanneer de condi-30 tie van het vet onder een bepaalde drempelwaarde komt. Deze uitvoeringsvorm maakt het mogelijk dat een lager 10 eenmalig geïnstalleerd wordt zonder dat het nodig is de conditie van het vet in het lager 10 met regelmatige onderhoudsintervallen te moeten controleren. Bij voorkeur is de verwerkingseenheid ingericht om de hoeveelheid nieuw 1014210 8 vet die toegevoerd wordt aan het lager 10 bij te houden. In het geval dat het lager 10 voorzien wordt van vet vanuit een vetreservoir 24 is het mogelijk een waarschuwing te genereren wanneer het vetreservoir 24 bijna leeg is.

Voor de deskundige op dit gebied zal het duidelijk zijn dat de hierboven beschre-5 ven uitvoeringsvormen slechts voorbeelden zijn. Het is mogelijk een kleiner of een groter aantal sensoren 11, 12, 20, 21 te gebruiken en het is mogelijk om slechts een subset van de gegevens van de sensoren te gebruiken als invoer in het model. De indi-catiemiddelen 15, transmissiemiddelen 22 en vettoevoerinrichting 23, 24 kunnen in combinatie of onafhankelijk gebruikt worden.

10 De beschermingsomvang van de onderhavige uitvinding wordt geacht niet be perkt te zijn door de voorbeelduitvoeringsvormen die getoond zijn, maar wordt gedefinieerd in de bij gevoegde conclusies.

1014210

Claims

1. Werkwijze voor het bepalen van een vetconditie in een lager, omvattende de stappen van het meten van tenminste één operationele parameter van het lager; 5 gekenmerkt doordat de werkwijze de verdere stap omvat van het bepalen van de vetconditie door het invoeren van de gemeten tenminste ene operationele parameter in een model, waarbij het model de tenminste ene operationele parameter relateert met de vetconditie voor een bepaalde combinatie van een vooraf bepaald type vet en een vooraf bepaald type lager (10). 10

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij de tenminste ene operationele parameter de lage temperatuur omvat.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, waarbij de tenminste ene operationele 15 parameter de rotatiesnelheid van het lager (10) omvat.

4. Werkwijze volgens conclusie 1,2 of 3, waarbij de tenminste ene operationele parameter de belasting op het lager 10 omvat.

5. Werkwijze volgens een van de voorafgaande conclusies, waarbij het model een empirisch bepaald model is.

6. Werkwijze volgens een van de voorafgaande conclusies, waarbij de werkwijze de stap omvat van het opnemen van historische gegevens betreffende de tenminste ene 25 parameter en het invoeren van de historische gegevens in het model.

7. Werkwijze volgens een van de voorafgaande conclusies, waarbij de werkwijze de verdere stap omvat van het geven van een indicatie van de vetconditie.

8. Werkwijze volgens een van de voorafgaande conclusies, waarbij de werkwijze de verdere stap omvat van het toevoegen van vet aan het lager wanneer de vetconditie beneden een vooraf bepaalde drempelwaarde komt. 1014210

9. Lager (10) omvattende tenminste één sensor (11; 12; 20; 21) voor het meten van een operationele parameter en een verwerkingseenheid (13) die ingericht is om de werkwijze volgens één van de conclusies 1 t/m 8 te implementeren.

10. Lager volgens conclusie 9 waarbij de verwerkingseenheid (13) geïntegreerd is in het lager (10).

11. Lager volgens conclusie 9 of 10, verder omvattende voedingsmiddelen (14) die aangedreven worden door rotatie van het lager (10) voor het genereren van een 10 voedingsvermogen.

12. Lager volgens conclusie 9, 10 of 11, verder omvattende vetpompmiddelen (23, 24) die verbonden zijn met verwerkingseenheid (13) voor het toevoeren van nieuw vet aan het lager (10) in reactie op de huidige vetconditie. 15

13. Lager volgens een van de conclusies 9 t/m 12 verder omvattende transmis-siemiddelen 22 die verbonden zijn met de verwerkingseenheid 13 voor uitwisseling van gegevens.

14. Lager volgens een van de conclusies 9 t/m 13 verder omvattende een vibratie sensor (21) die tijdens bedrijf gekoppeld is met het lager (10) en een vibratiesensor-signaal verschaft aan de verwerkingseenheid (13). 1014210