WO2009149971A1 - Bearing shell for a plain bearing, and device and method for the spatially resolved determination of the temperature of a bearing shell in a plain bearing - Google Patents

Bearing shell for a plain bearing, and device and method for the spatially resolved determination of the temperature of a bearing shell in a plain bearing Download PDF

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WO2009149971A1 PCT/EP2009/054142 EP2009054142W WO2009149971A1 WO 2009149971 A1 WO2009149971 A1 WO 2009149971A1 EP 2009054142 W EP2009054142 W EP 2009054142W WO 2009149971 A1 WO2009149971 A1 WO 2009149971A1
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bearing
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Thomas Bosselmann
Michael Wycisk
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Siemens Aktiengesellschaft
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Definitions

  • Bearing shell for a plain bearing and device and method for spatially resolved determination of the temperature of a bearing shell in a sliding bearing.
  • the present invention relates to a bearing shell having at least one optical fiber extending through the bearing shell. Furthermore, the invention relates to a sliding bearing, in particular a radial sliding bearing, with such a bearing shell. In addition, the invention relates to a method and an apparatus for spatially resolved determination of the temperature of a bearing shell in a sliding bearing, in particular in a radial sliding bearing.
  • the forces acting on the bearing shells are often not uniformly distributed over the bearing shell.
  • the bearing load is not distributed homogeneously over the length of the bearing as a rule.
  • the reason for this lies in the deflection of the shaft, which is caused by the dead weight of the shaft.
  • operational bending of the shaft can occur, for example, waves for propellers by an eccentric thrust attack on the propeller and the deformations of the rear end.
  • the local load of a bearing shell and thus the load distribution in the bearing can be mapped by recording the temperature. Local overload can thus be detected early and the damage to the bearing can be largely avoided by means of adapted alignment.
  • the first object is achieved by a bearing shell according to claim 1, the second object by a sliding bearing according to claim 7.
  • the third object is on the one hand by a method for spatially resolved determining the temperature of a bearing shell according to claim 8 and on the other hand by a temperature measuring device for spatially resolved determination of the temperature a bearing shell according to claim 11 solved.
  • the dependent claims contain advantageous embodiments of the invention.
  • a bearing shell according to the invention for a sliding bearing is equipped with a bearing shell body and at least one optical fiber extending through the bearing shell body.
  • the optical fiber has at least one Bragg lattice site, preferably a plurality of Bragg lattice sites.
  • the optical fiber is a fiber optic Bragg grating sensor array having at least one Bragg grating.
  • Such Bragg gratings can be produced by modulated irradiation of the fiber core with high-power UV radiation when the fiber core of the germanium-doped quartz glass optical fiber is made.
  • the Bragg grating sites can be spaced apart in the optical fiber with a small axial extension.
  • Fiber have a temperature dependence, can be determined based on the wavelength of the light reflected from the Bragg grating, the temperature of the optical fiber in the region of the Bragg grating. However, this depends on the temperature of the bearing shell in the vicinity of the Bragg grating, so that a temperature measurement for the bearing shell with high spatial resolution can be achieved by measuring the spectral distribution of the reflected light. In particular, by using a plurality of optical fibers, a two-dimensional or even a three-dimensional temperature distribution in the bearing shell can be determined.
  • the bearing cup body may have one or more bores through each of which an optical fiber extends.
  • a bearing shell body is provided with a white metal layer as a bearing surface.
  • the at least one optical fiber can be arranged between the bearing shell body and the white metal layer, for example, in a groove arranged in the bearing shell body and covered by the white metal layer.
  • the bore it is possible, for example, to arrange the bore further away from the bearing surface than is the case with the groove. In this way, a temperature distribution can then be determined which extends from the bearing surface into the volume of the bearing. If the bearing shell is a bearing shell for a radial sliding bearing with a radial and an axial direction, in particular the temperature distribution in the axial direction of the bearing shell is of interest.
  • the bore and / or the groove can then extend in particular along the axial direction of the bearing shell body, so that this temperature distribution can be determined spatially resolved in this direction.
  • the material removal in the bore or the groove of the bearing shell body can be reduced to a minimum, whereby a relevant weakening of the bearing is avoided.
  • a good temperature monitoring on the fiber is also possible.
  • An inventive sliding bearing which may be configured in particular as a radial sliding bearing, is equipped with a bearing shell according to the invention and therefore has the properties described with respect to the bearing shell advantages.
  • a bearing shell according to the invention is used. Broadband light is coupled into the at least one optical fiber of the bearing shell, the wavelength of the light reflected by a Bragg lattice site is determined, and the temperature of the bearing surface in the vicinity of the Bragg lattice site is determined from the determined wavelength.
  • the term light is to be understood here also UV radiation and in particular infrared radiation.
  • the term broadband light source should be understood to mean the bandwidth of its generated Light corresponds at least ten times the bandwidth of the light reflected from a Bragg grating site.
  • the Bragg grating sites can be made with a small spatial extent, a high spatial resolution can be achieved in the temperature measurement.
  • the method according to the invention makes it possible to measure a temperature profile along the optical fiber with a high spatial resolution.
  • the spatially resolved measurement of a two-dimensional temperature distribution becomes possible. With at least three optical fibers, a three-dimensional temperature distribution can also be determined.
  • the broadband light can be coupled into the optical fiber as a light pulse.
  • a distinction can then be made between the Bragg grating points due to the different transit time of the pulses reflected by the individual Bragg grating locations.
  • a plurality of temperature sensors namely a plurality of Bragg grating locations arranged in the optical fiber, can be read out via a single fiber.
  • the amount of wiring can be drastically reduced.
  • the at least one optical fiber on at least one Bragg grating point is reflected at the coupled into the optical fiber light wavelength dependent.
  • a spectrometer is present, to which the decoupled light is supplied for determining its wavelength and which outputs a wavelength signal representing the determined wavelength.
  • An evaluation unit for receiving the wavelength signal and for determining the temperature of the Bragg grating location from the received wavelength signal is coupled to the spectrometer. Since the temperature measuring device according to the invention makes it possible to carry out the method according to the invention, the advantages described with reference to the method are also achieved by the temperature measuring device according to the invention.
  • each optical fiber has at least two Bragg grating sites
  • an evaluation channel may be present in particular for each Bragg grating site.
  • a multiplexer for example a wavelength multiplexer or a
  • Time multiplexer the light reflected from a Bragg grating light can be assigned to the respective evaluation channel.
  • the multiplexer may be a time multiplexer.
  • the light source is a pulsed light source or there is modulation means configured to modulate the light emitted by the light source, such as a chopper wheel.
  • the reflected light pulses can then be assigned to the respective evaluation channel on the basis of their transit time.
  • a wave multiplexer can also be used.
  • the Bragg gratings are designed to reflect light in separate wavelength ranges.
  • the wavelength division multiplexer then arranges the light reflected from the Bragg grating sites on the basis of the wavelengths to the respective one Evaluation channel too.
  • the use of a wavelength-division multiplexer is advantageous over the use of a time-division multiplexer in that a spatially resolved temperature measurement is also possible with components having a size of less than Im, in particular in the range of centimeters, with an optical fiber containing Bragg grating locations. In order to be able to determine transit time differences with such small structures, complex electronics are required.
  • the discrimination between the light reflected from different Bragg grating sites is due to the wavelength of each reflected light.
  • the Bragg grating locations can be designed in such a way that the reflected wavelengths differ from each other by, for example, 10 nm.
  • the temperature sensitivity of the Bragg lattice sites is about 6 pm/°K.
  • the displacement of the two wavelengths would be one another is less ter a nanometer, so that even then the wavelength spacing still sufficient to be able to distinguish by means of a wavelength multiplexer between the two wavelengths.
  • FIG. 1 shows a ship propeller with a radial sliding bearing.
  • FIG. 2 shows a part of the bearing shell of the radial plain bearing from FIG. 1.
  • FIG. 3 shows an optical fiber in a capillary.
  • FIG. 4 shows a block diagram for a temperature measuring device according to the invention.
  • Figure 1 shows a schematic representation of a ship's propeller 1 with a radial sliding bearing 3 according to the invention, which guides the propeller 1 rotatable and axially displaceable.
  • the radial sliding bearing 3 comprises a bearing shell 5 (see FIG. 2) which comprises a bearing shell body 7 and a white metal layer 9 forming the running surface of the bearing shell 5.
  • the white metal layer 9 facing surface of the bearing shell body 7 grooves 11 are introduced, which extend in the axial direction through the entire bearing shell body 7. Additionally or alternatively, bores 13 may also be present, which likewise extend in the axial direction through the bearing shell body 7.
  • optical fibers are arranged, one of which is shown schematically in Figure 3.
  • the optical fibers 15 are arranged in capillaries 17 made of metal, whereby the insertion into a bore 13 or a covered by the white metal layer 9 groove 11 is simplified because of the stabilizing effect of the rigid capillary 17 on the optical fiber 15.
  • arranging the optical fiber 15 thus enables the easy replacement of a fiber if necessary.
  • Each optical fiber 15 arranged in the bearing shell 5 has a number of Bragg sensors 19 (Bragg grating sites).
  • the Bragg sensors 19 differ from the rest of the optical fiber 15 in that they have a modulated refractive index, thus forming a Bragg grating which reflects a particular wavelength when broadband light is introduced into the optical fiber. Which wavelength is reflected depends on the lattice constant of the Bragg grating.
  • the lattice constant is temperature-dependent, so that a change in temperature leads to a change in the wavelength in the reflected light. Typical temperature dependencies lead to a change in wavelength on the order of about 6 pm/°K.
  • the lattice constants of the individual Bragg sensors 19 are selected such that the wavelengths of the light reflected by the respective Bragg sensors 19 differ from one another by at least 1 ⁇ m, preferably 5 nm. This makes it possible to distinguish between the reflections of the individual Bragg sensors by means of a wavelength division multiplexer.
  • the temperature-induced shifts of the individual wavelengths are at the temperatures occurring in the radial sliding bearing significantly lower than the distances of the wavelengths of the individual Bragg sensors from each other.
  • a total of five optical fibers with Bragg sensors 19 are present in the half of the bearing shell 5 shown in FIG.
  • Each optical fiber is equipped with a number of Bragg sensors 19 spaced approximately 10-15 cm apart in the optical fiber.
  • 10-15 Bragg sensors would be available for each optical fiber. This can achieve an axial temperature resolution of 10-15cm.
  • the temperature resolution can be further increased.
  • the optical fibers may be distributed in the circumferential direction, for example, so that they each have an angular distance of 30 ° from each other.
  • a temperature distribution in the volume of the bearing shell body 7 can be determined. The respective resolution in the circumferential direction or in the volume depends on the distances of the optical fibers 15 from each other in the respective direction, that is in the circumferential direction or radial direction.
  • a temperature measuring device according to the invention for spatially resolved determination of the temperature of a bearing shell 5 is shown schematically in FIG.
  • FIG. 4 shows the bearing shell body 7 of the bearing shell 5 with an optical fiber 15 arranged in a bore.
  • the temperature measuring device comprises a broadband light source 21, which may be, for example, a superluminescent diode or a halogen lamp.
  • the light source preferably emits over a bandwidth of 20-60 nm, the mean wavelength being 850 nm or 1500 nm.
  • the wavelengths mentioned represent the optical windows of the quartz material from which the optical fiber 15 is made.
  • the light of the light source 21 is coupled into an optical fiber 25, from which it is fed to an optical coupler 27, on the one hand, the light of the light source 21 couples into the optical fiber 15 and on the other hand from the Bragg sensors 19 reflected light out of the optical fiber 15 and coupled into a further optical fiber 29.
  • the wavelength of the light reflected by the Bragg sensors 19 depends on the temperature of the bearing shell body 7 in the vicinity of the respective Bragg sensor 19.
  • the lattice constant of that Bragg sensor 19, which is shown on the far left in FIG. 4 is chosen so that the wavelength of the light reflected by it is at 840 nm at a specific temperature
  • the lattice constant of the middle Bragg sensor 19 is selected in that the wavelength of the reflected light at that temperature is 850 nm and the lattice constant of the Bragg sensor 19, which is shown in FIG. 4 on the far right, is at a temperature of 860 nm and emits the light source 21 in a wavelength band of 825-875 nm, so by means of a wavelength multiplexer 31, the reflected light through the optical Fiber 29 is to be differentiated between the signals of the individual Bragg sensors 19.
  • the wavelength distance of the light reflected from the left Bragg sensor is from the light emitted by the light source large Bragg sensor has been reflected, large enough to allow in the wavelength division multiplexer 31 a distinction between the two wavelengths.
  • the wavelength spacing is at the same temperature of the two sensors at lOnm, the waste was even with the increased to 200 0 C temperature of the left Bragg sensor still large enough to allow discrimination.
  • the wavelength multiplexer 31 distributes the light arriving through the optical fiber 29 to a number of evaluation channels, three of which are shown in FIG. 4, one for each of the Bragg sensors 19 shown in FIG. 4. For more than three Bragg sensors 19 There are also more than three evaluation channels available.
  • each evaluation channel comprises an optical fiber 33, 35, 37 and a spectrometer 39, 41, 43 with which the wavelength of the light conducted into the respective evaluation channel is determined and which each output a wavelength signal representing the determined wavelength.
  • the evaluation channels also include a common evaluation unit 45, to which the wavelength signals of the individual spectrometers 39, 41, 43 are supplied.
  • the evaluation unit determines the temperature in the vicinity of the individual Bragg sensors 19, so that the temperature profile in the bearing shell body 7 along the optical fiber 15 can be determined.
  • the dependence of the wavelength of the light reflected from a Bragg sensor 19 on the temperature can be stored in the evaluation either in tabular form or as a functional context.
  • the temperature measuring device can have a plurality of optical fibers 15, in particular if they are used in conjunction with the bearing shell 5 shown in FIG. should find application.
  • a wavelength multiplexer 31 is provided in order to assign the signals reflected by the Bragg sensors to the individual evaluation channels.
  • the assignment can also be made by means of a time multiplexer.
  • light pulses are coupled into the optical fiber 15. The reflections originating from the individual Bragg sensors 19 then arrive at the multiplexer at different times due to the different path lengths covered.
  • the temperature distribution in the bearing shell 5 can be measured at a plurality of measuring points, without the need for elaborate wiring.
  • the device described can be used in particular to determine whether the shaft 2 of the propeller 1 shown in Figure 1, the bearing shell 3 touched points. At the point of such contact, due to the friction occurring, a local temperature increase would take place which could be detected by the field of Bragg sensors 19 arranged in the bearing shell body 7. Local overload can be detected early, so that damage to the bearing 3 can be largely avoided by adjusting orientation.

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Abstract

The invention provides a bearing shell (5) for a plain bearing (3), in particular for a radial plain bearing, having a bearing shell body (7), and at least one optical fibre (15) which extends through the bearing shell body (7), wherein the optical fibre (15) has at least one Bragg grating point (19).

Description

Beschreibungdescription
Lagerschale für ein Gleitlager sowie Vorrichtung und Verfahren zum ortsaufgelösten Ermitteln der Temperatur einer Lager- schale in einem Gleitlager.Bearing shell for a plain bearing and device and method for spatially resolved determination of the temperature of a bearing shell in a sliding bearing.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lagerschale mit wenigstens einer sich durch die Lagerschale erstreckenden optischen Faser. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Gleitlager, insbesondere ein Radialgleitlager, mit einer derartigen Lagerschale. Daneben betrifft die Erfindung ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum ortsaufgelösten Ermitteln der Temperatur einer Lagerschale in einem Gleitlager, insbesondere in einem Radialgleitlager .The present invention relates to a bearing shell having at least one optical fiber extending through the bearing shell. Furthermore, the invention relates to a sliding bearing, in particular a radial sliding bearing, with such a bearing shell. In addition, the invention relates to a method and an apparatus for spatially resolved determination of the temperature of a bearing shell in a sliding bearing, in particular in a radial sliding bearing.
Häufig sind in Gleitlagern die auf die Lagerschalen wirkenden Kräfte nicht gleichmäßig über die Lagerschale verteilt. Beispielsweise in Radialgleitlagern mit langen Lagerschalen, das heißt Lagerschalen, deren axiale Ausdehnung circa das Zwei- einhalbfache des Durchmessers oder mehr beträgt, verteilt sich die Lagerlast in der Regel nicht homogen über die Länge des Lagers. Die Ursache hierfür liegt in der Durchbiegung der Welle, die durch das Eigengewicht der Welle verursacht wird. Außerdem können auch betriebsbedingte Verbiegungen der Welle auftreten, beispielsweise bei Wellen für Schiffsschrauben durch einen exzentrischen Schubangriff am Propeller und den Verformungen am Hinterschiff. Die lokale Belastung einer Lagerschale und damit die Lastverteilung im Lager läßt sich über die Erfassung der Temperatur abbilden. Lokale Überlast kann dadurch frühzeitig detektiert werden und die Schädigung des Lagers durch angepasste Ausrichtung weitestgehend vermieden werden.In bearings, the forces acting on the bearing shells are often not uniformly distributed over the bearing shell. For example, in radial plain bearings with long bearings, that is to say bearing shells, the axial extent of which is approximately two and a half times the diameter or more, the bearing load is not distributed homogeneously over the length of the bearing as a rule. The reason for this lies in the deflection of the shaft, which is caused by the dead weight of the shaft. In addition, operational bending of the shaft can occur, for example, waves for propellers by an eccentric thrust attack on the propeller and the deformations of the rear end. The local load of a bearing shell and thus the load distribution in the bearing can be mapped by recording the temperature. Local overload can thus be detected early and the damage to the bearing can be largely avoided by means of adapted alignment.
Ein Verfahren zur Messung der Temperatur in einem Gleitlager ist beispielsweise in EP 0 553 675 Al beschrieben. DieseA method for measuring the temperature in a sliding bearing is described, for example, in EP 0 553 675 A1. These
Druckschrift beschreibt ein Radialgleitlager mit einer Lagerschale, welche entlang ihrer axialen Ausdehnung verlaufende faseroptische Kabel enthält. Da sich die Lichtleiteigenschaf- ten des faseroptischen Kabels in Abhängigkeit von dessen Temperatur ändern, können Temperaturänderungen in der Lagerschale anhand der Differenz zwischen Lichtintensitäten am Eingang und am Ausgang des faseroptischen Kabels ermittelt werden. Zum Lokalisieren der Temperaturänderung wird von innerhalb des faseroptischen Kabels reflektiertem Licht die Laufzeit gemessen. Das in EP 0 553 675 Al beschriebene Verfahren ermöglicht es, Temperaturen in einem Bauteil mit einer räumlichen Ortsauflösung von circa einem Meter zu messen.Document describes a radial slide bearing with a bearing shell containing along its axial extension extending fiber optic cable. Since the light guiding properties Changes in the fiber optic cable as a function of its temperature, temperature changes in the bearing shell can be determined by the difference between light intensities at the input and the output of the fiber optic cable. To locate the temperature change, run time is measured by light reflected within the fiber optic cable. The method described in EP 0 553 675 A1 makes it possible to measure temperatures in a component with a spatial spatial resolution of approximately one meter.
Gegenüber diesem Stand der Technik ist es eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine vorteilhafte Lagerschale zur Verfügung zu stellen, mit der sich insbesondere eine erhöhte Ortsauflösung beim Messen der Temperatur erreichen lässt. Es ist eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein vorteilhaftes Gleitlager zur Verfügung zu stellen. Schließlich ist es eine dritte Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein vorteilhaftes Verfahren und eine vorteilhafte Vorrichtung zum ortsaufgelösten Ermitteln der Temperatur einer Lagerschale zur Verfügung zu stellen, das beziehungsweise die insbesondere eine hohe Ortsauflösung beim Ermitteln der Temperatur ermöglichen .Compared to this prior art, it is a first object of the present invention to provide an advantageous bearing shell, with which in particular an increased spatial resolution can be achieved when measuring the temperature. It is a second object of the present invention to provide an advantageous sliding bearing. Finally, it is a third object of the present invention to provide an advantageous method and an advantageous device for spatially resolved determination of the temperature of a bearing shell which, in particular, enable a high spatial resolution when determining the temperature.
Die erste Aufgabe wird durch eine Lagerschale nach Anspruch 1 gelöst, die zweite Aufgabe durch ein Gleitlager nach Anspruch 7. Die dritte Aufgabe wird einerseits durch ein Verfahren zum ortsaufgelösten Ermitteln der Temperatur einer Lagerschale nach Anspruch 8 und andererseits durch eine Temperaturmessvorrichtung zum ortsaufgelösten Ermitteln der Temperatur einer Lagerschale nach Anspruch 11 gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.The first object is achieved by a bearing shell according to claim 1, the second object by a sliding bearing according to claim 7. The third object is on the one hand by a method for spatially resolved determining the temperature of a bearing shell according to claim 8 and on the other hand by a temperature measuring device for spatially resolved determination of the temperature a bearing shell according to claim 11 solved. The dependent claims contain advantageous embodiments of the invention.
Eine erfindungsgemäße Lagerschale für ein Gleitlager, insbesondere für ein Radialgleitlager, ist mit einem Lagerschalen- körper und wenigstens einer sich durch den Lagerschalenkörper erstreckenden optischen Faser ausgestattet. Die optische Faser weist wenigstens eine Bragg-Gitterstelle, vorzugsweise eine Mehrzahl Bragg-Gitterstellen auf. Mit anderen Worten, die optische Faser stellt ein faseroptisches Bragg-Gitter- Sensor-Array mit wenigstens einem Bragg-Gitter dar. Solche Bragg-Gitter lassen sich durch modulierte Bestrahlung des Faserkerns mit leistungsstarker UV-Strahlung erzeugen, wenn der Faserkern der optischen Faser aus mit Germanium dotiertem Quarzglas hergestellt ist. Die Bragg-Gitterstellen lassen sich mit einer geringen axialen Ausdehnung beabstandet voneinander in der optischen Faser erzeugen.A bearing shell according to the invention for a sliding bearing, in particular for a radial sliding bearing, is equipped with a bearing shell body and at least one optical fiber extending through the bearing shell body. The optical fiber has at least one Bragg lattice site, preferably a plurality of Bragg lattice sites. In other words, the optical fiber is a fiber optic Bragg grating sensor array having at least one Bragg grating. Such Bragg gratings can be produced by modulated irradiation of the fiber core with high-power UV radiation when the fiber core of the germanium-doped quartz glass optical fiber is made. The Bragg grating sites can be spaced apart in the optical fiber with a small axial extension.
Da die Gitterparameter eines Bragg-Gitters in der optischenSince the lattice parameters of a Bragg grating in the optical
Faser eine Temperaturabhängigkeit besitzen, lässt sich anhand der Wellenlänge des vom Bragg-Gitter reflektierten Lichtes die Temperatur der optischen Faser im Bereich des Bragg- Gitters ermitteln. Diese hängt aber von der Temperatur der Lagerschale in der Umgebung des Bragg-Gitters ab, sodass sich anhand einer Messung der spektralen Verteilung des reflektierten Lichtes eine Temperaturmessung für die Lagerschale mit hoher Ortsauflösung erzielen lässt. Insbesondere kann durch das Verwenden mehrerer optischer Fasern eine zwei- oder gar eine dreidimensionale Temperaturverteilung in der Lagerschale ermittelt werden.Fiber have a temperature dependence, can be determined based on the wavelength of the light reflected from the Bragg grating, the temperature of the optical fiber in the region of the Bragg grating. However, this depends on the temperature of the bearing shell in the vicinity of the Bragg grating, so that a temperature measurement for the bearing shell with high spatial resolution can be achieved by measuring the spectral distribution of the reflected light. In particular, by using a plurality of optical fibers, a two-dimensional or even a three-dimensional temperature distribution in the bearing shell can be determined.
Zum Aufnehmen der optischen Faser kann der Lagerschalenkörper eine oder mehrere Bohrungen aufweisen, durch die sich jeweils eine optische Faser erstreckt.For receiving the optical fiber, the bearing cup body may have one or more bores through each of which an optical fiber extends.
In der Regel ist ein Lagerschalenkörper mit einer Weißmetallschicht als Lagerfläche versehen. Die wenigstens eine optische Faser kann dabei zwischen dem Lagerschalenkörper und der Weißmetallschicht angeordnet sein, bspw. in einer im Lagerschalenkörper angeordneten und von der Weißmetallschicht abgedeckten Nut. Beim Vorhandensein sowohl von Nuten als auch von Bohrungen ist es beispielsweise möglich, die Bohrung weiter von der Lagerfläche entfernt anzuordnen, als dies bei der Nut der Fall ist. Auf diese Weise kann dann auch eine Temperaturverteilung ermittelt werden, die sich von der Lagerfläche aus in das Volumen des Lagers hinein erstreckt. Wenn die Lagerschale eine Lagerschale für ein Radialgleitlager mit einer Radial- und einer Axialrichtung ist, ist insbesondere die Temperaturverteilung in Axialrichtung der Lagerschale von Interesse. Die Bohrung und/oder die Nut können sich dann insbesondere entlang der Axialrichtung des Lagerschalenkörpers erstrecken, sodass diese Temperaturverteilung in dieser Richtung ortsaufgelöst bestimmt werden kann. Selbstverständlich ist es auch möglich, mehrere sich in Axialrichtung erstreckende Nuten und/oder Bohrungen mit Bragg- Gitterstellen aufweisenden optischen Fasern entlang des Um- fangs des Lagerschalenkörpers zu verteilen.In general, a bearing shell body is provided with a white metal layer as a bearing surface. The at least one optical fiber can be arranged between the bearing shell body and the white metal layer, for example, in a groove arranged in the bearing shell body and covered by the white metal layer. In the presence of both grooves and bores, it is possible, for example, to arrange the bore further away from the bearing surface than is the case with the groove. In this way, a temperature distribution can then be determined which extends from the bearing surface into the volume of the bearing. If the bearing shell is a bearing shell for a radial sliding bearing with a radial and an axial direction, in particular the temperature distribution in the axial direction of the bearing shell is of interest. The bore and / or the groove can then extend in particular along the axial direction of the bearing shell body, so that this temperature distribution can be determined spatially resolved in this direction. Of course, it is also possible to distribute a plurality of axially extending grooves and / or holes with Bragg grating points having optical fibers along the circumference of the bearing shell body.
Wenn die optische Faser in einer vorzugsweise metallischen Kapillare untergebracht ist, kann der Materialabtrag in der Bohrung beziehungsweise der Nut des Lagerschalenkörpers auf ein Minimum reduziert werden, wodurch eine relevante Schwächung des Lagers vermieden wird. Insbesondere bei Verwendung einer metallischen Kapillare ist zudem eine gute Temperaturüberwachung auf die Faser möglich.If the optical fiber is housed in a preferably metallic capillary, the material removal in the bore or the groove of the bearing shell body can be reduced to a minimum, whereby a relevant weakening of the bearing is avoided. In particular, when using a metallic capillary a good temperature monitoring on the fiber is also possible.
Ein erfindungsgemäßes Gleitlager, das insbesondere als Radialgleitlager ausgestaltet sein kann, ist mit einer erfindungsgemäßen Lagerschale ausgestattet und weist daher die mit Bezug auf die Lagerschale beschriebenen Eigenschaften Vortei- Ie auf.An inventive sliding bearing, which may be configured in particular as a radial sliding bearing, is equipped with a bearing shell according to the invention and therefore has the properties described with respect to the bearing shell advantages.
Im erfindungsgemäßen Verfahren zum ortsaufgelösten Ermitteln der Temperatur einer Lagerschale kommt eine erfindungsgemäße Lagerschale zum Einsatz . In die wenigstens eine optische Fa- ser der Lagerschale wird breitbandiges Licht eingekoppelt, die Wellenlänge des von einer Bragg-Gitterstelle reflektierten Lichtes ermittelt und aus der ermittelten Wellenlänge die Temperatur der Lagerfläche in der Umgebung der Bragg-Gitterstelle ermittelt. Unter dem Begriff Licht soll hierbei auch UV-Strahlung und insbesondere Infrarotstrahlung zu verstehen sein. Der Begriff breitbandige Lichtquelle soll so zu verstehen sein, dass die Bandbreite des von ihr generierten Lichtes wenigstens den zehnfachen der Bandbreite des von einer Bragg-Gitterstelle reflektierten Lichtes entspricht.In the method according to the invention for the spatially resolved determination of the temperature of a bearing shell, a bearing shell according to the invention is used. Broadband light is coupled into the at least one optical fiber of the bearing shell, the wavelength of the light reflected by a Bragg lattice site is determined, and the temperature of the bearing surface in the vicinity of the Bragg lattice site is determined from the determined wavelength. The term light is to be understood here also UV radiation and in particular infrared radiation. The term broadband light source should be understood to mean the bandwidth of its generated Light corresponds at least ten times the bandwidth of the light reflected from a Bragg grating site.
Da die Bragg-Gitterstellen mit geringer räumlicher Ausdehnung herstellt werden können, kann eine hohe Ortsauflösung bei der Temperaturmessung erreicht werden. Insbesondere wenn die optische Faser eine Vielzahl solcher Bragg-Gitterstellen aufweist, ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Messung eines Temperaturverlaufs entlang der optischen Faser mit einer hohen räumlichen Auflösung. Wenn zudem mehr als eine optische Faser mit einer oder mehreren Bragg-Gitterstellen vorhanden sind, wird auch die ortsaufgelöste Messung einer zweidimensionalen Temperaturverteilung möglich. Mit wenigstens drei optischen Fasern kann auch eine dreidimensionale Temperaturverteilung bestimmt werden.Since the Bragg grating sites can be made with a small spatial extent, a high spatial resolution can be achieved in the temperature measurement. In particular, when the optical fiber has a plurality of such Bragg grating sites, the method according to the invention makes it possible to measure a temperature profile along the optical fiber with a high spatial resolution. In addition, if more than one optical fiber with one or more Bragg grating sites are present, the spatially resolved measurement of a two-dimensional temperature distribution becomes possible. With at least three optical fibers, a three-dimensional temperature distribution can also be determined.
Wenn pro optische Faser wenigstens zwei Bragg-Gitterstellen vorhanden sind, kann das breitbandige Licht als Lichtpuls in die optische Faser eingekoppelt werden. Zwischen den Bragg- Gitterstellen kann dann aufgrund der unterschiedlichen Laufzeit der von den einzelnen Bragg-Gitterstellen reflektierten Pulse unterschieden werden. Durch diese Art der Diskriminierung zwischen verschiedenen Bragg-Gitterstellen können mehrere Temperatursensoren, nämlich mehrere in der optischen Faser angeordnete Bragg-Gitterstellen, über eine einzige Faser ausgelesen werden. Im Vergleich beispielsweise zu einer Temperaturverteilungsmessung mittels Thermoelementen kann dadurch der Aufwand an Verkabelung drastisch reduziert werden.If at least two Bragg grating sites are present per optical fiber, the broadband light can be coupled into the optical fiber as a light pulse. A distinction can then be made between the Bragg grating points due to the different transit time of the pulses reflected by the individual Bragg grating locations. As a result of this type of discrimination between different Bragg grating locations, a plurality of temperature sensors, namely a plurality of Bragg grating locations arranged in the optical fiber, can be read out via a single fiber. Compared to a temperature distribution measurement by means of thermocouples, for example, the amount of wiring can be drastically reduced.
Eine erfindungsgemäße Temperaturmessvorrichtung zum ortsaufgelösten Ermitteln der Temperatur einer Lagerschale, insbesondere für ein Radialgleitlager, die an das Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens angepasst ist, umfasst eine breitbandige Lichtquelle, wenigstens eine sich durch die La- gerschale erstreckende optische Faser, eine Einkoppelvorrichtung zum Einkoppeln des Lichtes der Lichtquelle in die optische Faser und eine Auskoppelvorrichtung zum Auskoppeln von in der optischen Faser reflektiertem Licht. In der erfin- dungsgemäßen Temperaturmessvorrichtung weist die wenigstens eine optische Faser wenigstens eine Bragg-Gitterstelle auf, an der in die optische Faser eingekoppeltes Licht wellenlängenabhängig reflektiert wird. Zudem ist ein Spektrometer vor- handen, dem das ausgekoppelte Licht zum Ermitteln seiner Wellenlänge zugeführt wird und das ein die ermittelte Wellenlänge repräsentierendes Wellenlängensignal ausgibt. Mit dem Spektrometer ist eine Auswerteeinheit zum Empfang des Wellenlängensignals und zum Ermitteln der Temperatur der Bragg- Gitterstelle aus dem empfangenen Wellenlängensignal gekoppelt. Da die erfindungsgemäße Temperaturmessvorrichtung die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht, werden die mit Bezug auf das Verfahren beschriebenen Vorteile auch durch die erfindungsgemäße Temperaturmessvorrichtung er- zielt.A temperature measuring device according to the invention for spatially resolved determination of the temperature of a bearing shell, in particular for a radial sliding bearing, which is adapted to perform the method according to the invention comprises a broadband light source, at least one extending through the bearing shell optical fiber, a coupling device for coupling the light of Light source in the optical fiber and a decoupling device for coupling out light reflected in the optical fiber. In the The temperature measuring device according to the invention, the at least one optical fiber on at least one Bragg grating point, is reflected at the coupled into the optical fiber light wavelength dependent. In addition, a spectrometer is present, to which the decoupled light is supplied for determining its wavelength and which outputs a wavelength signal representing the determined wavelength. An evaluation unit for receiving the wavelength signal and for determining the temperature of the Bragg grating location from the received wavelength signal is coupled to the spectrometer. Since the temperature measuring device according to the invention makes it possible to carry out the method according to the invention, the advantages described with reference to the method are also achieved by the temperature measuring device according to the invention.
Wenn jede optische Faser wenigstens zwei Bragg-Gitterstellen aufweist, kann insbesondere für jede Bragg-Gitterstelle ein Auswertekanal vorhanden sein. Mittels eines Multiplexers, beispielsweise eines Wellenlängenmultiplexers oder einesIf each optical fiber has at least two Bragg grating sites, an evaluation channel may be present in particular for each Bragg grating site. By means of a multiplexer, for example a wavelength multiplexer or a
Zeitmultiplexers, kann das von einer Bragg-Gitterstelle reflektierte Licht dem jeweiligen Auswertekanal zugeordnet werden .Time multiplexer, the light reflected from a Bragg grating light can be assigned to the respective evaluation channel.
Der Multiplexer kann ein Zeitmultiplexer sein. In diesem Fall ist die Lichtquelle eine gepulst betreibbare Lichtquelle oder es ist eine Modulationseinrichtung vorhanden, die zum Modulieren des von der Lichtquelle abgegebenen Lichtes ausgestaltet ist, etwa ein Chopperrad. Die reflektierten Lichtpulse können dann auf der Basis ihrer Laufzeit dem jeweiligen Auswertekanal zugeordnet werden.The multiplexer may be a time multiplexer. In this case, the light source is a pulsed light source or there is modulation means configured to modulate the light emitted by the light source, such as a chopper wheel. The reflected light pulses can then be assigned to the respective evaluation channel on the basis of their transit time.
Statt eines Zeitmultiplexers kann auch ein Wellenmultiplexer Verwendung finden. In diesem Fall sind die Bragg-Gitterstel- len so ausgebildet, dass sie Licht in voneinander getrennten Wellenlängenbereichen reflektieren. Der Wellenlängenmulti- plexer ordnet dann das von den Bragg-Gitterstellen reflektierte Licht auf der Basis der Wellenlängen dem jeweiligen Auswertekanal zu. Die Verwendung eines Wellenlängenmultiple- xers ist gegenüber der Verwendung eines Zeitmultiplexers insofern vorteilhaft, als dass mit einer Bragg-Gitterstellen enthaltenden optischen Faser eine ortsaufgelöste Temperatur- messung auch bei Bauteilen möglich ist, deren Abmessungen von weniger als Im, insbesondere im Bereich vom Zentimetern liegen. Um bei derart kleinen Strukturen Laufzeitunterschiede ermitteln zu können, ist eine aufwändige Elektronik nötig. Bei der Verwendung eines Wellenlängenmultiplexers erfolgt hingegen die Diskriminierung zwischen dem Licht, welches von verschiedenen Bragg-Gitterstellen reflektiert worden ist, aufgrund der Wellenlänge des jeweils reflektierten Lichtes. Beispielsweise können die Bragg-Gitterstellen so ausgebildet sein, dass die reflektierten Wellenlängen sich um beispiels- weise lOnm von einander unterscheiden. Die Temperaturempfindlichkeit der Bragg-Gitterstellen beträgt ca. 6pm/°K. Wenn also zwischen den beiden Gitterstellen ein Temperaturunterschied von beispielsweise 1000K herrscht, wäre die Verschiebung der beiden Wellenlängen zueinander kleiner einem Nanome- ter, sodass auch dann der Wellenlängenabstand noch ausreicht, um mithilfe eines Wellenlängenmultiplexers zwischen den beiden Wellenlängen unterscheiden zu können.Instead of a time multiplexer, a wave multiplexer can also be used. In this case, the Bragg gratings are designed to reflect light in separate wavelength ranges. The wavelength division multiplexer then arranges the light reflected from the Bragg grating sites on the basis of the wavelengths to the respective one Evaluation channel too. The use of a wavelength-division multiplexer is advantageous over the use of a time-division multiplexer in that a spatially resolved temperature measurement is also possible with components having a size of less than Im, in particular in the range of centimeters, with an optical fiber containing Bragg grating locations. In order to be able to determine transit time differences with such small structures, complex electronics are required. On the other hand, when using a wavelength division multiplexer, the discrimination between the light reflected from different Bragg grating sites is due to the wavelength of each reflected light. By way of example, the Bragg grating locations can be designed in such a way that the reflected wavelengths differ from each other by, for example, 10 nm. The temperature sensitivity of the Bragg lattice sites is about 6 pm/°K. Thus, if there is a temperature difference of for example 100 0 K between the two grid points, the displacement of the two wavelengths would be one another is less ter a nanometer, so that even then the wavelength spacing still sufficient to be able to distinguish by means of a wavelength multiplexer between the two wavelengths.
Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren .Further features, properties and advantages of the present invention will become apparent from the following description of embodiments with reference to the accompanying figures.
Figur 1 zeigt eine Schiffsschraube mit einem Radialgleitla- ger.FIG. 1 shows a ship propeller with a radial sliding bearing.
Figur 2 zeigt einen Teil der Lagerschale des Radialgleitlagers aus Figur 1.FIG. 2 shows a part of the bearing shell of the radial plain bearing from FIG. 1.
Figur 3 zeigt eine optische Faser in einer Kapillare.FIG. 3 shows an optical fiber in a capillary.
Figur 4 zeigt ein Blockschaltbild für eine erfindungsgemäße Temperaturmessvorrichtung . Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Schiffsschraube 1 mit einem erfindungsgemäßen Radialgleitlager 3, welches die Schiffsschraube 1 drehbar und axial verschiebbar führt. Als ein wesentliches Element umfasst das Radialgleitlager 3 eine Lagerschale 5 (siehe Figur 2), die einen Lagerschalenkörper 7 und eine die Lauffläche der Lagerschale 5 bildende Weißmetallschicht 9 umfasst. In die der Weißmetallschicht 9 zugewandte Oberfläche des Lagerschalenkörpers 7 sind Nuten 11 eingebracht, die sich in Axialrichtung durch den gesamten Lagerschalenkörper 7 erstrecken. Zusätzlich oder alternativ können auch Bohrungen 13 vorhanden sein, die sich ebenfalls in axialer Richtung durch den Lagerschalenkörper 7 erstrecken. In den Nuten 11 und/oder in den Bohrungen 13 sind optische Fasern angeordnet, von denen eine in Figur 3 schematisch dargestellt ist.FIG. 4 shows a block diagram for a temperature measuring device according to the invention. Figure 1 shows a schematic representation of a ship's propeller 1 with a radial sliding bearing 3 according to the invention, which guides the propeller 1 rotatable and axially displaceable. As an essential element, the radial sliding bearing 3 comprises a bearing shell 5 (see FIG. 2) which comprises a bearing shell body 7 and a white metal layer 9 forming the running surface of the bearing shell 5. In the white metal layer 9 facing surface of the bearing shell body 7 grooves 11 are introduced, which extend in the axial direction through the entire bearing shell body 7. Additionally or alternatively, bores 13 may also be present, which likewise extend in the axial direction through the bearing shell body 7. In the grooves 11 and / or in the holes 13 optical fibers are arranged, one of which is shown schematically in Figure 3.
Die optischen Fasern 15 sind in Kapillaren 17 aus Metall angeordnet, wodurch das Einführen in eine Bohrung 13 oder eine von der Weißmetallschicht 9 abgedeckten Nut 11 wegen der stabilisierenden Wirkung der steifen Kapillare 17 auf die optische Faser 15 vereinfacht wird. Insbesondere ermöglicht das Anordnen der optischen Faser 15 so den einfachen Austausch einer Faser, falls dies nötig werden sollte.The optical fibers 15 are arranged in capillaries 17 made of metal, whereby the insertion into a bore 13 or a covered by the white metal layer 9 groove 11 is simplified because of the stabilizing effect of the rigid capillary 17 on the optical fiber 15. In particular, arranging the optical fiber 15 thus enables the easy replacement of a fiber if necessary.
Jede in der Lagerschale 5 angeordnete optische Faser 15 weist eine Anzahl von Bragg-Sensoren 19 (Bragg-Gitterstellen) auf. Die Bragg-Sensoren 19 unterscheiden sich von der übrigen optischen Faser 15 dadurch, dass sie einen modulierten Bre- chungsindex aufweisen und so ein Bragg-Gitter bilden, das eine bestimmte Wellenlänge reflektiert, wenn breitbandiges Licht in die optische Faser eingeleitet wird. Welche Wellenlänge reflektiert wird, hängt dabei von der Gitterkonstante des Bragg-Gitters ab. Die Gitterkonstante ist temperaturab- hängig, sodass eine Temperaturänderung zu einer Änderung der Wellenlänge im reflektierten Licht führt. Typische Temperaturabhängigkeiten führen zu einer Änderung der Wellenlänge in der Größenordnung von circa 6pm/°K. Die Gitterkonstanten der einzelnen Bragg-Sensoren 19 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel so gewählt, dass sich die Wellenlängen des von den jeweiligen Bragg-Sensoren 19 reflek- tierten Lichtes jeweils um mindestens 1-lOnm, vorzugsweise 5nm, voneinander unterscheiden. Dies ermöglicht es, zwischen den Reflexionen der einzelnen Bragg-Sensoren mittels eines Wellenlängenmultiplexers zu unterscheiden. Die temperaturbedingten Verschiebungen der einzelnen Wellenlängen sind dabei bei den im Radialgleitlager auftretenden Temperaturen deutlich geringer als die Abstände der Wellenlängen der einzelnen Bragg-Sensoren voneinander.Each optical fiber 15 arranged in the bearing shell 5 has a number of Bragg sensors 19 (Bragg grating sites). The Bragg sensors 19 differ from the rest of the optical fiber 15 in that they have a modulated refractive index, thus forming a Bragg grating which reflects a particular wavelength when broadband light is introduced into the optical fiber. Which wavelength is reflected depends on the lattice constant of the Bragg grating. The lattice constant is temperature-dependent, so that a change in temperature leads to a change in the wavelength in the reflected light. Typical temperature dependencies lead to a change in wavelength on the order of about 6 pm/°K. In the present exemplary embodiment, the lattice constants of the individual Bragg sensors 19 are selected such that the wavelengths of the light reflected by the respective Bragg sensors 19 differ from one another by at least 1 μm, preferably 5 nm. This makes it possible to distinguish between the reflections of the individual Bragg sensors by means of a wavelength division multiplexer. The temperature-induced shifts of the individual wavelengths are at the temperatures occurring in the radial sliding bearing significantly lower than the distances of the wavelengths of the individual Bragg sensors from each other.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind in der in Figur 2 dargestellten Hälfte der Lagerschale 5 insgesamt fünf optische Fasern mit Bragg-Sensoren 19 vorhanden. Jede optische Faser ist mit einer Anzahl von Bragg-Sensoren 19 ausgestattet, die im Abstand von circa 10-15cm voneinander in der optischen Faser angeordnet sind. Bei einem Radialgleitlager mit einer axialen Ausdehnung von 150cm wären dann je optischer Faser 10-15 Bragg-Sensoren vorhanden. Damit lässt sich eine axiale Temperaturauflösung von 10-15cm erreichen. Mit einer höheren Zahl von Bragg-Sensoren je optischer Faser 15 kann die Temperaturauflösung weiter erhöht werden. Zudem erhält man dadurch, dass mehrere Nuten 11 mit optischen Fasern 15 um den Umfang des Lagerschalenkörpers 7 verteilt sind, auch eine Temperaturauflösung in Umfangsrichtung der Lagerschale 5. Hierbei können die optischen Fasern in Umfangsrichtung beispielsweise so verteilt sein, dass sie jeweils einen Winkel- abstand von 30° voneinander aufweisen. Wenn außerdem auch optische Fasern 15 in Bohrungen 13 vorhanden sind, wie sie in Figur 2 dargestellt sind, kann auch eine Temperaturverteilung in das Volumen des Lagerschalenkörpers 7 hinein bestimmt werden. Die jeweilige Auflösung in Umfangsrichtung oder in das Volumen hängt dabei von den Abständen der optischen Fasern 15 voneinander in der jeweiligen Richtung, das heißt in Umfangsrichtung beziehungsweise Radialrichtung, ab. Eine erfindungsgemäße Temperaturmessvorrichtung zum ortsaufgelösten Ermitteln der Temperatur einer Lagerschale 5 ist in Figur 4 schematisch dargestellt. Die Figur 4 zeigt den Lagerschalenkörper 7 der Lagerschale 5 mit einer in einer Bohrung angeordneten optischen Faser 15. Die optische Faser 15 ist hier der Übersichtlichkeit halber ohne die Kapillare 17 dargestellt. Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass die Kapillare 17 lediglich das Ein- und Ausführen der optischen Faser 15 in die Nuten 11 beziehungsweise Bohrungen 13 erleichtert, für das Funktionieren der Temperaturmessvorrichtung jedoch nicht unbedingt notwendig ist. Neben der optischen Faser 15 mit den Bragg-Sensoren 19 umfasst die Temperaturmessvorrichtung eine breitbandige Lichtquelle 21, die beispielsweise eine Superlumineszenzdiode oder eine Halogenlampe sein kann. Die Lichtquelle emittiert vorzugsweise über eine Bandbreite von 20-60nm, wobei die mittlere Wellenlänge bei 850nm oder 1500nm liegt. Die genannten Wellenlängen stellen die optischen Fenster des Quarzmaterials dar, aus dem die optische Faser 15 hergestellt ist.In the present embodiment, a total of five optical fibers with Bragg sensors 19 are present in the half of the bearing shell 5 shown in FIG. Each optical fiber is equipped with a number of Bragg sensors 19 spaced approximately 10-15 cm apart in the optical fiber. For a radial slide bearing with an axial extension of 150cm, 10-15 Bragg sensors would be available for each optical fiber. This can achieve an axial temperature resolution of 10-15cm. With a higher number of Bragg sensors per optical fiber 15, the temperature resolution can be further increased. In addition, the fact that several grooves 11 are distributed with optical fibers 15 around the circumference of the bearing shell body 7, also a temperature resolution in the circumferential direction of the bearing shell 5. In this case, the optical fibers may be distributed in the circumferential direction, for example, so that they each have an angular distance of 30 ° from each other. In addition, if optical fibers 15 are present in holes 13, as shown in Figure 2, also a temperature distribution in the volume of the bearing shell body 7 can be determined. The respective resolution in the circumferential direction or in the volume depends on the distances of the optical fibers 15 from each other in the respective direction, that is in the circumferential direction or radial direction. A temperature measuring device according to the invention for spatially resolved determination of the temperature of a bearing shell 5 is shown schematically in FIG. FIG. 4 shows the bearing shell body 7 of the bearing shell 5 with an optical fiber 15 arranged in a bore. The optical fiber 15 is shown here without the capillary 17 for the sake of clarity. It should be noted at this point that the capillary 17 only facilitates the insertion and removal of the optical fiber 15 into the grooves 11 or holes 13, but is not absolutely necessary for the functioning of the temperature measuring device. In addition to the optical fiber 15 with the Bragg sensors 19, the temperature measuring device comprises a broadband light source 21, which may be, for example, a superluminescent diode or a halogen lamp. The light source preferably emits over a bandwidth of 20-60 nm, the mean wavelength being 850 nm or 1500 nm. The wavelengths mentioned represent the optical windows of the quartz material from which the optical fiber 15 is made.
Mittels einer Einkopplungsvorrichtung 23 wird das Licht der Lichtquelle 21 in eine optische Faser 25 eingekoppelt, von der es einem optischen Koppler 27 zugeleitet wird, der einerseits das Licht der Lichtquelle 21 in die optische Faser 15 einkoppelt und andererseits von den Bragg-Sensoren 19 reflektiertes Licht aus der optischen Faser 15 aus- und in eine weitere optische Faser 29 einkoppelt. Die Wellenlänge des von den Bragg-Sensoren 19 reflektierten Lichtes hängt dabei von der Temperatur des Lagerschalenkörpers 7 in der Umgebung des jeweiligen Bragg-Sensors 19 ab.By means of a coupling device 23, the light of the light source 21 is coupled into an optical fiber 25, from which it is fed to an optical coupler 27, on the one hand, the light of the light source 21 couples into the optical fiber 15 and on the other hand from the Bragg sensors 19 reflected light out of the optical fiber 15 and coupled into a further optical fiber 29. The wavelength of the light reflected by the Bragg sensors 19 depends on the temperature of the bearing shell body 7 in the vicinity of the respective Bragg sensor 19.
Wenn beispielsweise die Gitterkonstante desjenigen Bragg- Sensors 19, der in Figur 4 ganz links dargestellt ist, so gewählt ist, dass die Wellenlänge des von ihm reflektierten Lichtes bei einer bestimmten Temperatur bei 840nm liegt, die Gitterkonstante des mittleren Bragg-Sensors 19 so gewählt ist, dass die Wellenlänge des reflektierten Lichtes bei dieser Temperatur bei 850nm liegt und die Gitterkonstante des Bragg-Sensors 19, der in Figur 4 ganz rechts dargestellt ist, bei dieser Temperatur einer Wellenlänge von 860nm liegt, und die Lichtquelle 21 in einem Wellenlängenband von 825-875nm emittiert, so kann mittels eines Wellenlängenmultiplexers 31, dem das reflektierte Licht durch die optische Faser 29 zugeleitet wird, zwischen den Signalen der einzelnen Bragg-Sen- soren 19 unterschieden werden. Auch wenn die Temperatur des in der Figur 4 links dargestellten Wellenlängensensors um beispielsweise 200° höher liegt als die Temperatur des in Fi- gur 4 in der Mitte dargestellten Wellenlängensensors, so ist der Wellenlängenabstand des vom linken Bragg-Sensor reflektierten Lichtes vom Licht, das vom mittleren Bragg-Sensor reflektiert worden ist, groß genug, um im Wellenlängenmultiple- xer 31 eine Unterscheidung zwischen den beiden Wellenlängen zu ermöglichen. Bei einer Temperaturabhängigkeit der vom linken Bragg-Sensor reflektierten Wellenlänge von 6pm/°K würde eine Erhöhung um 2000C zu einer Wellenlängenverschiebung um l,2nm führen. Da der Wellenlängenabstand bei gleicher Temperatur der beiden Sensoren jedoch bei lOnm liegt, ist der Ab- stand selbst bei der um 2000C erhöhten Temperatur des linken Bragg-Sensors noch immer groß genug, um eine Unterscheidung zu ermöglichen.If, for example, the lattice constant of that Bragg sensor 19, which is shown on the far left in FIG. 4, is chosen so that the wavelength of the light reflected by it is at 840 nm at a specific temperature, then the lattice constant of the middle Bragg sensor 19 is selected in that the wavelength of the reflected light at that temperature is 850 nm and the lattice constant of the Bragg sensor 19, which is shown in FIG. 4 on the far right, is at a temperature of 860 nm and emits the light source 21 in a wavelength band of 825-875 nm, so by means of a wavelength multiplexer 31, the reflected light through the optical Fiber 29 is to be differentiated between the signals of the individual Bragg sensors 19. Even if the temperature of the wavelength sensor shown on the left in FIG. 4 is, for example, 200 ° higher than the temperature of the wavelength sensor shown in the middle in FIG. 4, the wavelength distance of the light reflected from the left Bragg sensor is from the light emitted by the light source large Bragg sensor has been reflected, large enough to allow in the wavelength division multiplexer 31 a distinction between the two wavelengths. At a temperature dependence of the light reflected from the left Bragg wavelength of the sensor 6 pm/°K would increase to 200 0 C to a wavelength shift to l lead 2nm. However, since the wavelength spacing is at the same temperature of the two sensors at lOnm, the waste was even with the increased to 200 0 C temperature of the left Bragg sensor still large enough to allow discrimination.
Der Wellenlängenmultiplexer 31 verteilt das durch die opti- sehe Faser 29 eintreffende Licht auf eine Anzahl Auswertekanäle, von denen in Figur 4 drei dargestellt sind, je einer für jeden der in Figur 4 dargestellten Bragg-Sensoren 19. Bei mehr als drei Bragg-Sensoren 19 sind auch mehr als drei Auswertekanäle vorhanden.The wavelength multiplexer 31 distributes the light arriving through the optical fiber 29 to a number of evaluation channels, three of which are shown in FIG. 4, one for each of the Bragg sensors 19 shown in FIG. 4. For more than three Bragg sensors 19 There are also more than three evaluation channels available.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst jeder Auswertekanal eine optische Faser 33, 35, 37 und ein Spektrometer 39, 41, 43, mit dem die Wellenlänge des in den jeweiligen Auswertekanal geleiteten Lichtes ermittelt wird und welche jeweils ein die ermittelte Wellenlänge repräsentierendes Wellenlängensignal ausgeben. Die Auswertekanäle umfassen zudem eine gemeinsame Auswerteeinheit 45, der die Wellenlängensignale der einzelnen Spektrometer 39, 41, 43 zugeleitet werden. An- hand der Wellenlängensignale ermittelt die Auswerteeinheit dann die Temperatur in der Umgebung der einzelnen Bragg-Sen- soren 19, sodass der Temperaturverlauf im Lagerschalenkörper 7 entlang der optischen Faser 15 bestimmt werden kann. Die Abhängigkeit der Wellenlänge des von einem Bragg-Sensor 19 reflektierten Lichtes von der Temperatur kann dabei in der Auswerteeinheit entweder in tabellarischer Form oder als funktionaler Zusammenhang hinterlegt sein.In the present exemplary embodiment, each evaluation channel comprises an optical fiber 33, 35, 37 and a spectrometer 39, 41, 43 with which the wavelength of the light conducted into the respective evaluation channel is determined and which each output a wavelength signal representing the determined wavelength. The evaluation channels also include a common evaluation unit 45, to which the wavelength signals of the individual spectrometers 39, 41, 43 are supplied. At- hand, the evaluation unit then determines the temperature in the vicinity of the individual Bragg sensors 19, so that the temperature profile in the bearing shell body 7 along the optical fiber 15 can be determined. The dependence of the wavelength of the light reflected from a Bragg sensor 19 on the temperature can be stored in the evaluation either in tabular form or as a functional context.
Obwohl in Figur 4 lediglich eine einzige optische Faser 15 mit Bragg-Sensoren 19 dargestellt ist, versteht sich von selbst, dass die Temperaturmessvorrichtung eine Mehrzahl von optischen Fasern 15 aufweisen kann, insbesondere wenn sie im Zusammenhang mit der in Figur 2 gezeigten Lagerschale 5 Ver- wendung finden soll.Although only a single optical fiber 15 with Bragg sensors 19 is shown in FIG. 4, it goes without saying that the temperature measuring device can have a plurality of optical fibers 15, in particular if they are used in conjunction with the bearing shell 5 shown in FIG. should find application.
In der in Figur 4 dargestellten Temperaturmessvorrichtung ist ein Wellenlängenmultiplexer 31 vorhanden, um die von den Bragg-Sensoren reflektierten Signale den einzelnen Auswerte- kanälen zuzuordnen. Alternativ kann die Zuordnung auch mittels eines Zeitmultiplexers vorgenommen werden. In diesem Fall werden Lichtpulse in die optische Faser 15 eingekoppelt. Die von den einzelnen Bragg-Sensoren 19 stammenden Reflektio- nen kommen dann aufgrund der unterschiedlichen zurückgelegten Weglängen zu unterschiedlichen Zeiten beim Multiplexer an.4, a wavelength multiplexer 31 is provided in order to assign the signals reflected by the Bragg sensors to the individual evaluation channels. Alternatively, the assignment can also be made by means of a time multiplexer. In this case, light pulses are coupled into the optical fiber 15. The reflections originating from the individual Bragg sensors 19 then arrive at the multiplexer at different times due to the different path lengths covered.
Wenn aber die Abstände zwischen den einzelnen Bragg-Sensoren 19 im Zentimeterbereich liegen, erfordern die dann auftretenden sehr kleinen Laufzeitunterschiede eine aufwändige Elektronik, weswegen bei kleinen Abständen zwischen den Bragg- Sensoren 19 die Verwendung eines Wellenlängenmultiplexers vorteilhaft ist.However, if the distances between the individual Bragg sensors 19 are in the centimeter range, then the very small time differences that occur then require expensive electronics, which is why the use of a wavelength multiplexer is advantageous if the distances between the Bragg sensors 19 are small.
Da in der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Vielzahl von Bragg-Sensoren 19 über dieselbe Glasfaser ausgelesen werden kann, kann die Temperaturverteilung in der Lagerschale 5 an einer Vielzahl von Messstellen gemessen werden, ohne dass hierzu eine aufwändige Verkabelung notwendig wäre. Die beschriebene Vorrichtung kann insbesondere dazu verwendet werden, festzustellen, ob die Welle 2 der in Figur 1 dargestellten Schiffsschraube 1 die Lagerschale 3 punktuell berührt. An der Stelle einer solchen Berührung würde aufgrund der auftretenden Reibung eine lokale Temperaturerhöhung erfolgen, die durch das in dem Lagerschalenkörper 7 angeordnete Feld aus Bragg-Sensoren 19 detektiert werden könnte. Lokale Überlast kann dadurch frühzeitig detektiert werden, sodass eine Schädigung des Lagers 3 durch angepasste Ausrichtung weitgehend vermieden werden kann. Since a plurality of Bragg sensors 19 can be read out via the same glass fiber in the device according to the invention, the temperature distribution in the bearing shell 5 can be measured at a plurality of measuring points, without the need for elaborate wiring. The device described can be used in particular to determine whether the shaft 2 of the propeller 1 shown in Figure 1, the bearing shell 3 touched points. At the point of such contact, due to the friction occurring, a local temperature increase would take place which could be detected by the field of Bragg sensors 19 arranged in the bearing shell body 7. Local overload can be detected early, so that damage to the bearing 3 can be largely avoided by adjusting orientation.

Claims

Patentansprüche claims
1. Lagerschale (5) für ein Gleitlager (3) , insbesondere für ein Radialgleitlager, mit einem Lagerschalenkörper (7) und wenigstens einer sich durch den Lagerschalenkörper (7) erstreckenden optischen Faser (15) , dadurch gekennzeichnet, dass die optische Faser (15) wenigstens eine Bragg-Gitter- stelle (19) aufweist.1. bearing shell (5) for a sliding bearing (3), in particular for a radial sliding bearing, with a bearing shell body (7) and at least one through the bearing shell body (7) extending optical fiber (15), characterized in that the optical fiber (15 ) has at least one Bragg grating (19).
2. Lagerschale (5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerschalenkörper (7) wenigstens eine Bohrung (13) aufweist, durch die sich die wenigstens eine optische Faser (15) erstreckt.2. bearing shell (5) according to claim 1, characterized in that the bearing shell body (7) has at least one bore (13) through which extends the at least one optical fiber (15).
3. Lagerschale (5) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerschalenkörper (7) mit einer Weißmetallschicht (9) als Lagerfläche versehen ist und die wenigstens eine optische Faser (15) zwischen dem Lagerschalenkörper (7) und der Weißmetallschicht (9) angeordnet ist.3. bearing shell (5) according to claim 1 or claim 2, characterized in that the bearing shell body (7) with a white metal layer (9) is provided as a bearing surface and the at least one optical fiber (15) between the bearing shell body (7) and the white metal layer (9) is arranged.
4. Lagerschale (5) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die wenigstens eine optische Faser (15) durch eine im Lagerschalenkörper (7) angeordnete und von der Weißmetallschicht (9) abgedeckte Nut (11) erstreckt.4. bearing shell (5) according to claim 3, characterized in that the at least one optical fiber (15) through a in the bearing shell body (7) arranged and of the white metal layer (9) covered groove (11) extends.
5. Lagerschale (5) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Lagerschale (5) für ein Radialgleitlager (3) mit einer Radial- und einer Axialrichtung ausgebildet ist und sich die Bohrung und/oder die Nut entlang der Axialrichtung des Lagerschalenkörpers (7) erstreckt bzw. erstrecken .5. bearing shell (5) according to one of claims 2 to 4, characterized in that it is designed as a bearing shell (5) for a radial sliding bearing (3) having a radial and an axial direction and the bore and / or the groove along the Axial direction of the bearing shell body (7) extends or extend.
6. Lagerschale (5) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl von Bohrungen (13) und/oder Nuten (11) mit optischen Bragg-Gitterstellen (19) aufweisenden optischen Fasern (15) um den Umfang des Lagerschalenkörpers (7) verteilt ist. 6. bearing shell (5) according to claim 5, characterized in that a number of holes (13) and / or grooves (11) with optical Bragg grating sites (19) having optical fibers (15) around the circumference of the bearing shell body (7) is distributed.
7. Lagerschale (5) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Faser (15) in einer sich durch die Bohrung (13) bzw. die Nut (11) erstreckenden Kapillare (17) angeordnet ist.7. bearing shell (5) according to one of claims 2 to 6, characterized in that the optical fiber (15) in a through the bore (13) and the groove (11) extending capillary (17) is arranged.
8. Gleitlager (3), insbesondere Radialgleitlager, mit einer Lagerschale (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.8. plain bearing (3), in particular radial plain bearing, with a bearing shell (5) according to one of claims 1 to 7.
9. Verfahren zum ortsaufgelösten Ermitteln der Temperatur einer Lagerschale (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass breitbandiges Licht in die optische Faser (15) eingekoppelt wird, die Wellenlänge des von einer Bragg-Gitterstelle (19) reflektierten Lichtes ermittelt wird und aus der ermittelten Wellenlänge die Temperatur der Lagerschale (5) in der Umgebung der Bragg-Gitterstelle (19) ermittelt wird.9. A method for spatially resolved determination of the temperature of a bearing shell (5) according to one of claims 1 to 7, characterized in that broadband light is coupled into the optical fiber (15), the wavelength of a Bragg lattice site (19) reflected light is determined and determined from the determined wavelength, the temperature of the bearing shell (5) in the vicinity of the Bragg lattice site (19).
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Bragg-Gitterstellen (19) pro optischer Faser (15) vorhanden sind, dass das breitbandige Licht als Lichtpuls in die optische Faser (15) eingekoppelt wird und dass zwischen den Bragg-Gitterstellen (19) aufgrund der unterschiedlichen Laufzeit der von den Bragg-Gitterstellen (19) reflektierten Pulse unterschieden wird.10. The method according to claim 9, characterized in that at least two Bragg grating sites (19) per optical fiber (15) are present, that the broadband light is coupled as a light pulse in the optical fiber (15) and that between the Bragg grating sites (19) due to the different duration of the Bragg gratings (19) reflected pulses is distinguished.
11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Bragg-Gitterstellen (19) pro optischer Faser11. The method according to claim 9, characterized in that at least two Bragg grating sites (19) per optical fiber
(15) vorhanden sind, dass die Bragg-Gitterstellen (19) so ausgebildet sind, dass sie Licht in voneinander getrennten Wellenlängenbereichen reflektieren, und dass zwischen den(15) are provided such that the Bragg grating sites (19) are designed to reflect light in separate wavelength ranges, and that between the
Bragg-Gitterstellen (19) aufgrund der unterschiedlichen Wellenlängenbereiche des von den Bragg-Gitterstellen (19) reflektierten Lichtes unterschieden wird.Bragg grating points (19) is distinguished on the basis of the different wavelength ranges of the light reflected from the Bragg grating points (19).
12. Temperaturmessvorrichtung zum ortsaufgelösten Ermitteln der Temperatur einer Lagerschale (5) , insbesondere für ein Radialgleitlager (3), wobei die Temperaturmessvorichtung um- fasst : - eine breitbandige Lichtquelle (21) ,12. Temperature measuring device for spatially resolved determination of the temperature of a bearing shell (5), in particular for a radial sliding bearing (3), wherein the temperature measuring device comprises: a broadband light source (21),
- wenigstens eine sich durch die Lagerschale (5) erstreckende optische Faser (15) ,at least one optical fiber (15) extending through the bearing shell (5),
- eine Einkoppelvorrichtung (27) zum Einkoppeln des Lichtes der Lichtquelle (21) in die optische Faser (15), und- A coupling device (27) for coupling the light of the light source (21) in the optical fiber (15), and
- eine Auskoppelvorrichtung (27) zum Auskoppeln von in der optischen Faser (15) reflektiertem Licht, dadurch gekennzeichnet, dassa decoupling device (27) for decoupling light reflected in the optical fiber (15), characterized in that
- die wenigstens eine optische Faser (15) wenigstens eine Bragg-Gitterstelle (19) aufweist, an der in die optische- The at least one optical fiber (15) has at least one Bragg lattice site (19) at which in the optical
Faser (15) eingekoppeltes Licht wellenlängenabhängig reflektiert wird,Fiber (15) coupled-in light is reflected as a function of wavelength,
- ein Spektrometer (39, 41, 43) vorhanden ist, dem das ausgekoppelte Licht zum Ermitteln seiner Wellenlänge zugeführt wird und das ein die ermittelte Wellenlänge repräsentierendes Wellenlängensignal ausgibt, und- A spectrometer (39, 41, 43) is provided, which is supplied to the decoupled light for determining its wavelength and which outputs a wavelength signal representing the detected wavelength, and
- eine mit dem Spektrometer (39, 41, 43) zum Empfang des Wellenlängensignals gekoppelten Auswerteeinheit (45) zum Ermitteln der Temperatur der Bragg-Gitterstelle (19) aus dem empfangenen Wellenlängensignal vorhanden ist.- An evaluation unit (45) coupled to the spectrometer (39, 41, 43) for receiving the wavelength signal is provided for determining the temperature of the Bragg grating location (19) from the received wavelength signal.
13. Temperaturmessvorichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass13. Temperaturmessvorichtung according to claim 12, characterized in that
- jede optische Faser (15) wenigstens zwei Bragg-Gitter- stellen (19) aufweist- Each optical fiber (15) has at least two Bragg gratings (19)
- für jede Bragg-Gitterstelle (19) ein Auswertekanal vorhanden ist und- For each Bragg lattice site (19) an evaluation channel is present and
- ein Multiplexer (31) vorhanden ist, der von einer Bragg- Gitterstelle (19) reflektiertes Licht dem jeweiligen Aus- wertekanal zuordnet.- There is a multiplexer (31) which assigns light reflected by a Bragg grating point (19) to the respective output channel.
14. Temperaturmessvorichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass14. Temperaturmessvorichtung according to claim 13, characterized in that
- die Lichtquelle (21) eine gepulst betreibbare Lichtquelle ist oder eine Modulationseinrichtung vorhanden ist, die zum- The light source (21) is a pulsed operable light source or a modulation device is provided, the
Modulieren des von der Lichtquelle (21) abgegebene Lichtes ausgestaltet ist, und - der Multiplexer ein Zeitmultiplexer ist, der die reflektierten Lichtpulse auf der Basis ihrer Laufzeit dem jeweiligen Auswertekanal zuordnet.Modulating the light emitted by the light source (21) is designed, and - The multiplexer is a time multiplexer, which assigns the reflected light pulses on the basis of their duration to the respective evaluation channel.
15. Temperaturmessvorichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass15. Temperaturmessvorichtung according to claim 13, characterized in that
- die Bragg-Gitterstellen (19) so ausgebildet sind, dass sie Licht in voneinander getrennten Wellenlängenbereichen reflektieren, und - der Multiplexer (31) ein Wellenlängenmultiplexer ist, der das von den Bragg-Gitterstellen (19) reflektierte Licht auf der Basis der Wellenlänge dem jeweiligen Auswertekanal zuordnet . - The Bragg grating sites (19) are designed to reflect light in separate wavelength ranges, and - the multiplexer (31) is a wavelength division multiplexer which transmits the light reflected from the Bragg grating sites (19) on the basis of the wavelength assigns each evaluation channel.
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