NO840492L - Fremgangsmaate og innretning for bestemmelse av tilstanden i et rullelager - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for

å bestemme tilstanden, fremfor alt endringer i geometrien, i et rullelager som har rullelegemer, fortrinnsvis med en holder for rullelegemene, hvor rullelegemene er innrettet for å rulle på lagerbaner på to derved innbyrdes bevegelige deler. Oppfinnelsen angår videre en anordning for å gjennomføre denne fremgangsmåte, samt en overvåkningsinnretning for rullelageret, som inneholder denne anordning.

Med øket automatiseringsgrad innenfor industrien,

øker også behovet for overvåkning og kontroll av ulike typer rullelagre. Som en følge av de klart negative drifts- og kostnadsmessige påvirkninger som feil i rullelagre kan for-årsake, er det tydelig at store besparelser kan oppnås ved en hensiktsmessig overvåkning.

Flere forsøk er gjort på å oppnå automatisk overvåkning av lagre i drift. Således er flere kjent, fra flere rent manuelle metoder, f. eks. avlytting, til relativt kompliserte elektroniske målemetoder. Noen generelt brukbar fremgangsmåte synes imidlertid ikke å være fremkommet.

Som prinsipiell løsning for tilfredsstillelse av de ovenfor beskrevne behov, foreslås ved den foreliggende oppfinnelse, en selvforsørgende overvåkningsanordning som kan ut-gjøre en separat enhet eller være sammenbygd med et lager. Denne overvåkningsanordning omfatter en liten generator for tilførsel av strøm til de elektroniske deler i anordningen, idet generatoren drives.av de i forhold til hverandre bevegelig opplagrede deler samt hensiktsmessig er kombinert med et oppladbart batteri for å opprettholde strømtilførselen også når de nevnte deler står stille, en måleanordning for å av-lese lagerets tilstand, i første rekke endringer i geometrien som kan oppstå i den bevegelig opplagrede del, en indikeringsanordning for å indikere lagerets tilstand, hensiktsmessig i form av en indikering i to stillinger, samt en justeringsanordning som muliggjør justering og nullstilling av overvåkningsanordningen ved dennes montering.

Avfølingsanordningen kan utformes for utnyttelse av induktive, kapasitive, optiske, resistive, mekaniske eller hydrauliske givere.

Med induktive givere kan eksempelvis permanentmagneter som er montert til en roterbar aksel utnyttes i kombinasjon med fast anordnede Hall-elementer. Denne utførelse gir statisk og dynamisk kontroll av lageret, er forholdsvis uøm-findtlig overfor ikke-magnetisk tilsmussing og kan gi stor nøyaktighet da det foreligger meget følsomme komponenter.

I tilfeller med kapasitive givere kan et kondensatorbelegg anordnes på en ytterring mens selve akselen kan benyttes som det motsvarende kondensatorbelegg. Både statiske og dynamiske avvikelser kan avføles på denne måte. Løsningen er konstruksjonsmessig enkel og gir en energibesparende detektering. Som dieléktrikum kan benyttes luft eller fett.

I tilfeller med optiske givere kan eksempelvis en lyssender benyttes som sender en stråle mot den roterende aksel i et radialt plan, eksempelvis i kombinasjon med et CCD-element som kan være av den lineære type eller en matrise-type. I det siste tilfellet er det mulig også å få. informa-sjon om eventuell klaring i aksial retning. Denne løsning gir stor nøyaktighet, er relativt enkel å justere og også relativt ufølsom overfor forurensninger. Den gir både statisk og dynamisk overvåkning av lageret. De komponenter som benyttes er imidlertid relativt dyre og energikrevende.

I det resistive tilfelle er eksempelvis en utførelse med ledende plast som trykkgiver tenkbar. Denne overvåkningsanordning kan utformes som et ubelastet rullelager hvor resistive givere av bøyelig plast er anordnet i en bøyelig opp-hengsring for det ubelastede lagers ytterring. Denne utfør-else gir både statisk og dynamisk overvåkning, er enkel å fremstille, krever relativt lite energi og kan utføres herme-tisk innkapslet. Anordningen er også selvsentrerende og dermed selvjusterende. Aksial klaring kan også avføles med en resistivavfølingsanordning av denne type.

I tilfellet med mekanisk giver, kan en roterbar aksels radiale klaring avføles ved hjelp av en mot akselen forspent føler som kan reagere på en ytterst liten mekanisk forskyvning med utløsning av en mekanisk indikeringsanordning dersom denne forskyvning overstiger en på forhånd :'fastlagt verdi. Ved denne mekaniske utførelse er avfølingsanordningen enkel å montere, enkel å justere og krever ingen elektrisk generator.

Ved den hydrauliske utførelse benyttes en hydraulisk væskekanal som omslutter akselen og eventuelt er oppdelt i flere delkanaler. Trykket i den hydrauliske væske avføles på ett eller flere steder ved hjelp av trykkfølere slik at det på grunn av akselens vibrasjoner oppstår variasjoner i de av trykkføleren eller trykkfølerne avgitte signaler. Denne ut-førelse krever overhodet ingen justering, stiller små krav til nøyaktighet for klaringer og lignende, samt krever lite energi. For statisk overvåkning kreves at vedkommende kanal er oppdelt i flere deler slik at en justering blir nødvendig.

I kombinasjon med de ovenfor nevnte avfølingsanord-ninger, krever overvåkningsanordningen ifølge oppfinnelsen en indikeringsanordning som kan være elektrisk og eksempelvis utnytte flytende krystaller, lysdioder eller lysledere. Også en rent mekanisk indikering er mulig, især ved det ovenfor beskrevne tilfelle med mekanisk avføling. Fortrinnsvis ut-føres indikeringsanordningen som en kun lokalt indikerende anordning, dvs. innebygd i overvåkningsanordningen, men til-kobling av indikeringsanordningen til en felles sentral for flere overvåkningsanordninger er naturligvis mulig.

Den i overvåkningsinnretningen foretrukne indikeringsanordning er imidlertid en helt ny type som baserer sin detektering på en bestemmelse av tilstanden i rullelageret, hvor endringer i lageret geometri utnyttes. Rullelageret kan sammenlignes med planetveksler hvor tannbanene er erstat-tet med rullebaner. I en tannhjulsveksel styres delens innbyrdes rotasjon alltid av tennene og utvekslingsforholdet er dermed konstant. I et rullelager er utvekslingsforholdet avhengig av delenes dimensjoner og rullebanenes glidning i kontaktflatene. Ved forandring av rullebanenes geometri, oppnås dermed også en forandring av utvekslingsforholdet mellom lagerdelene.

Ved dimensjonsforandringer i de inngående lagerdeler på grunn av deformasjoner, slitasje, temperaturforandringer, bélastningsforandringer eller smøringsforandringer, endres således forholdene mellom lagerdelens innbyrdes utveksling eller vinkelvridning. Disse dimensjonsforandringer, eksempel radiusforandringer på tusendedels millimeter, er normalt vans-kelig å detektere under drift. Derfor utnytter foreliggende oppfinnelse i stedet avspeilingen av disse dimeusjonsforand-ringer på lagerdelenes omkretser, dvs. at det endrede forhold mellom omløpsbanenes lengder utnyttes. Herved kan ønsket nøy-aktighet lett oppnås da rullebanenes endrede forskyvninger i forhold til hverandre på grunn av dimens jonsf oraidringer, øker med økt turtall.

Ifølge oppfinnelsen er det følgelig ønskelig at det foregår en måling av turtallsforholdet mellom de lagerdeler som roterer omkring lagerets sentrum, dvs. ytterringen, rulle-legemeholdere og innerringen. En av disse betraktes som fast, selv om alle lagerdeler i virkeligheten kan bevege seg. Ytter-og innerringens bevegelser kan oftest måles utemfra. Detekteringen av vinkelvridningen hos lagerdelene skal hensiktsmessig utføres berøringsfritt og digitalt med stor oppløsning for hver omdreining. Rullelegemeholderens vridning kan av-føles ved hjelp av rullelegemene når disse passerer forbi en målesone. Herved gjelder at jo flere rullelegener rullelageret inneholder, desto større blir oppløsningen. Da rullelegemene avgir et støt hver gang de går inn i en, belastnings-sone, er det mulig å "lytte" eller kjenne dette støt når rullelegemene passerer og derved indikere rullelegemeholderens turtall.

De vibrasjons- og lydfrekvenser som fre&kommer, står

i et forhold ifølge maskinturtallet, til de roterende lager-delers vinkelhastigheter. Disse står igjen i ismbyrdes forhold til hverandre ved deres geometriske dimensjoner.

Detekteringen av rullelegemeholderens bevegelser kan således foregå ved telling av forbipasserende rælile legeme r, eksempelvis ved i radial retning å gjennomlyse lagerhus, lager og tetninger med en gammastråle.

En videre mulighet for detektering av rullelegemeholderens bevegelser, er å utnytte en eller flere induktive givere som monteres på en slik måte at det oppnås et av rullelegemene utviklet pulsstøt, eventuelt sammen med et separat pulsstøt for ytterringens eller innerringens rotasjon. 1 siste tilfelle er det også hensiktsmessig å bygge inn all. elektronikk i en enhet i lagerhuset, sammen med strømtilførselsenheten og indikeringsenheten.

Som ovenfor nevnt kan et rullelager sidestilles med en planetveksel uten tenner. Noe inngrep foreligger ikke mellom rullebanene som kun i de belastede deler av lageret ligger mot hverandre. Glidning og andre feil kan oppstå i kontaktflatene og rullelegemene kan hoppe frem på grunn av ujevnheter eller vibrasjoner. Rullestrekningene blir derfor ikke nøyaktig det samme som om det hadde foreligget inngrep med tenner.

Et nytt lager som er montert, belastet og smurt korrekt har i likhet med planetvekselen et utvekslingsforhold som teoretisk er avhengig av de enkelte delers radier. Da det er nødvendig å indikere radiusforskjeller på tusenedels millimeter, er det nødvendig å ta hensyn til de ulike delers deformering etter montasje, belastning og temperaturforhøy-else. Lagerets geometri er således foranderlig. Maskinele-mentene er elastiske og dessuten påvirkes de geometriske mål av smørefilmen.

Ved å telle et bestemt antall deler av turtall på en lagerringen og på samme tid å telle antallet turtalldeler på rullelegemeholderen, kan lagerets virkelige utvekslingsforhold bestemmes. Den nye verdi for dette forhold bør falle sammen med den teoretisk utregnede verdi dersom lageret er montert korrekt. Dette gir således en mulighet til enkel kontroll av monteringen.

De tillatte differanser i utvekslingsforholdet må bedømmes for hvert tilfelle og må lett kunne programmeres. Under hensyntagen til temperaturen er det mulig å bedømme om lageret er slitt, for høyt belastet eller utvidet på grunn av temperaturen.

Ytterringens, rullelegemenes og innerringens baner løper alltid teoretisk like langt. Dersom en eller flere av dem får forandrede radier, glir eller hopper i forhold til hverandre, blir forholdet mellom lagerdelens forflytninger eller vridningsvinkler ulike og dermed også utvekslingsforholdet .

Hver lagerdimensjon og -type har ulike utvekslingsforhold og herved spiller også bruken og de aktuelle forhold inn. For bedømmelse av tilstandsendringer i lager, må det tas hensyn også til slikt som ikke kan henføres til deforma- sjon og slitasje. Dette kan skje ved hjelp av en dator som på grunnlag av måleverdier fra turtallsmålinger, dels eksempelvis fra temperatur-, vibrasjons- og/eller lydmålinger, kan skille mellom de ulike årsaker for tilstandsendringer i et lager.

Eksempelvis innebærer høyere temperatur inne i lageret enn utenfor at det oppstår friksjonstap. Temperaturdifferansen er koblet til turtallet og lagerbelastningen. Jo mer slitt lageret blir, dess grovere blir ofte lagerflatene og dermed kan temperaturen øke, selv om belastningen ikke øker.

For å ta hensynt til temperaturdifferanser kan lagerhuset ha en gjennomgående temperaturmålestav som består av et varmeisolerende rør og en varmeledende, innvendig stang i dette rør, hvor stangen i sin nedre del er i kontakt med den stillestående, temperaturovervåkede lagerring. På den øvre del kan målehodet for temperaturen tilkobles likesom målehodet for lyd og vibrasjon.

For måling av vibrasjoner og lyd kan eksempelvis en piezoelektrisk giver tilkobles en i lagerhuset innskrudd metallnippel. Jo tettere belastningsonen denne nippel befin-ner seg i rullelegemene, desto bedre er det. Vibrasjonenes og lydens frekvenser kan sammenlignes med lagerturtallet og sorteres i det på grunnlag av utvekslingsforholdet forventede frekvenser. Om den herved fremkomne frekvens stammer fra rullelegemets pulsstøt og er distinkt, foreligger intet behov for en giver inne i lageret for å indikere rullegemene.

I en vurderingsenhet kan eksempelvis utvekslingsforholdet og den tolererte variasjon for dette være programmert. På samme måte kan den høyest tillatte temperaturdifferanse

og den hurtigste temperaturstigning være programmert. Tillatte vibrasjonsfrekvenser og vibrasjonsnivåer kan på til-svarende måte være programmert. Den strømgenerator som inngår i overvåkningsanordningen ifølge oppfinnelsen kan bestå

av en fast induksjonsspole som er forbundet med en sentral enhet. På den roterende maskindel/lagerdel anordnes fastmon-tert en eller flere permanentmagneter som beveger seg forbi induksjonsspolen. De strømpulser som derved oppstår kan lade et ladbart batteri og kan samtidig utnyttes for å indikere turtall eller delturtall for lagerringen.

Overvåkningsinnretningens indikeringsanordning kan på enkleste måte utgjøres av kun en alarmkontakt med innstill-bart alarmnivå. En lysdiode på selve overvåkningsinnretningen kan indikere god eller dårlig tilstand for rullelagre. Naturligvis kan flere alarmnivåer innføres.

I overvåkningsinnretningen kan eksempelvis inngå givere for turtall hvor den ene angir turtallet for lagerringen og den andre for rullelegemeholderen, givere for to temperaturer, dvs. en i lagerets indre og en på lagerets utside, givere for vibrasjon og lyd, samt givere for lagerbelastning, eksempelvis givere for måling med strekklapper.

Vurderingsenheten kan utgjøres av en mikrodator for

utførelse av beregninger og sammenstilling av måleverdiene.

Overvåkningsinnretningens deler kan sammenføres til en enhet, men kan også plasseres hver for seg. Bi felles sentralenhet kan utnyttes som kan ta imot og behandle signaler fra et stort antall overvåkede lagre.

En enklere utgave av overvåkningsinnretningen kan benyttes i et spesiallager eller lagerhus som også'omfatter det overvåkede lager. Alt finnes da samlet på et sted og de programmerte verdier kan mates inn i en hukommelse som inngår i enheten.

Uvekslingsforholdet mellom den indre ring og rullelegemeholderen ved stillestående ytterring kan avledes som det dobbelte av rullelegemeholderens radius dividert med innerringens radius. Ved stillestående innerring kan utvekslingsforholdet mellom ytterringen og rullelegemeholderen be-regnes som den dobbelte rullelegemeholders radius dividert med ytterringens radius. Ved stillestående rulleiegemeholder blir utvekslingsforholdet mellom innerringen og ytterringen, ytterringens radius dividert med innerringens radius, dvs. utvekslingen blir den samme som om innerringen hadde løpt direkte mot ytterringen. Rullelegemene tjener i dette tilfelle kun som mellomhjul.

Dersom det som et eksempel antas at en ytterring eller en innerring i belastningssonen er deformert 1/1G0.0 mm på radien, oppnås for hver omdreining en ekstra forskyvning på omtrent 6/1000 mm i forhold til før deformasjonen-. Når lageret således dreier 1000 omdreininger er forskyvningen av beve- gelsesstrekningen omtrent 6 mm, noe som i et lite lager kan være en hel rullelegemedeling.

Det skal til slutt påpekes at kun de absolutte turtall og disse relasjoner er av betydning ved den geometriske sammenligning, og at oppfinnelsen ikke er begrenset til rota-sjonslager, som eksempelvis radial- og aksiallågre, men også kan benyttes ved lineære eller buede lagerbaner.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte for å bestemme tilstanden, især endringer i geometrien, i et rullelager som har rullelegemer, fortrinnsvis med en rullelegemeholder, hvor rullelegemene er innrettet til å rulle på lagerbaner på to derved innbyrdes bevegelige deler, karakterisert ved å måle rullelegemenes forflytning i forhold til den ene del, samtidig å måle den andre dels forflytning i forhold til den ene del eller rullelegemene, å bestemme størrelsen av de to målte forflytninger over ett og samme tidsrom, å sammenligne det innbyrdes forholdet mellom de beregnede størrelser med en referanseverdi for dette forhold, å bestemme referanseverdien på grunnlag av lagerets tilstand ved monteringen, og å indikere lagerets tilstand på grunnlag av resultatet av sammenligningen .

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor de to deler er en ytterring og en innerring, karakterisert ved å bestemme forflytningenes størrelse som antall omdreininger om lagerets sentrum og å utnytte forskjellen eller kvotienten mellom disse som sammenligningsverdi.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1-2, karakterisert ved å bestemme rullelegemenes forflytning ved måling av rullelegemeholderens forflytning.

4. Overvåkningsinnretning for rullelager, karakterisert ved en strømgenerator for strømforsyning av elektroniske kretser i innretningen, hvor generatoren drives av de i forhold til hverandre bevegelige deler i lageret, samt fortrinnsvis er kombinert med et oppladbart batteri, en måleanordning for måling av rullelagerets tilstand, en indikeringsanordning for indikering av den målte tilstand, samt en justeringsanordning for justering av overvåkningsinnretningen ved dennes montering.

5. Innretning ifølge krav 4, karakterisert ved at måleanordningen omfatter to målere for måling av forflytningen av en rullelegemeholder i rullelageret i forhold til den ene bevegelige del og forflytningen av den andre bevegelige del i forhold til den ene del eller rullelegemeholderen .

6. Innretning ifølge krav 5, karakterisert ved at de bevegelige deler er en innerring og en i forhold til denne roterbar ytterring, at én av måleanordningene måler rullelegemeholderens turtall i forhold til en av ring-ene og den andre måler den andre rings turtall i forhold til den ene ring eller rullelegemeholderen, at måleanordningen videre omfatter en beregningsenhet for å bestemme det innbyrdes forhold mellom de målte turtall og sammenligning av dette med en referanseverdi for samme forhold, samt at indikeringsanordning indikerer lagerets tilstand i forhold til resultatet av sammenligningen.

7. Innretning ifølge krav 6, karakterisert ved at den ene turtallsmåler utgjøres av en strømgenerator som drives av inner- og ytterringenes relative bevegelse og utvikler en på grunnlag av turtallet pulserende strøm.

8. Innretning ifølge krav 6, karakterisert ved at temperaturfølere er tilkoblet beregningsenheten for å måle temperaturdifferansen mellom rullelagerets indre og ytre.

9. Innretning ifølge krav 6, karakterisert ved at en vibrasjonsmåler for måling av vibrasjoner i lageret, er tilkoblet beregningsenheten.