WO2010043699A1 - Überwachungseinrichtung für ein wälzlager - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Überwachungseinrichtung für eine Temperaturüberwachung und/oder eine Vibrations- und Verformungsüberwachung eines Wälzlagers (1). Erfindungsgemäß ist ein mit einer breitbandigen Lichtquelle (5) und einer Auswerteeinheit (7) verbundener Lichtwellenleiter (3) an dem Wälzlager (1) angeordnet, mittels dessen Temperaturen und/oder Vibrationen des Wälzlagers (1) ermittelbar sind, wobei der Lichtwellenleiter (3) in zumindest einer Vertiefung (10) angeordnet ist.

Description

Beschreibung
Überwachungseinrichtung für ein Wälzlager
Die Erfindung betrifft eine Überwachungseinrichtung für ein Wälzlager gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Wälzlager werden beispielsweise im Schiffbau in Azimut-Antriebsanlagen, in Wellenanlagen, bei Pumpen, Kompressoren, Ventilatoren und vielen weiteren Anwendungen eingesetzt. Der Zustand dieser Wälzlager muss ständig oder regelmäßig überwacht werden, um einen möglichen Verschleiß oder drohenden Ausfall frühzeitig feststellen und entsprechende Gegenmaßnahmen einleiten zu können.
Nach dem Stand der Technik erfolgt dies beispielsweise durch eine Überwachung der Schmiermitteltemperatur und eine regelmäßige Schmiermittelanalyse. Mittels Schallaufnehmern, welche direkt an der Lagerschale oder bei ungünstigen Platzverhält- nissen in deren Umfeld angeordnet sind, ist auch eine Schallsignatur des Lagers überwachbar, so dass Veränderungen der Schallsignatur erkannt und hinsichtlich ihrer Relevanz für den aktuellen Zustand des Lagers bewertet werden können, so dass beispielsweise bei einer Erfassung von vorgegebenen De- fektfrequenzen eine Wartung des Lagers einleitbar ist.
Aus dem Aufsatz „Wälzlagerüberwachung mit faseroptischer Sen- sorik" von L. Hoffmann et al . in „Technisches Messen 74 (2007) 4", Seite 204 - 210, Oldenburg Verlag ist bereits eine Wälzlagerüberwachung gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt, bei der ein Lichtwellenleiter auf einem Außenring eines Zylinderrollenlagers befestigt ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Überwachungseinrichtung für ein Wälzlager anzugeben.
Die Aufgabe wir erfindungsgemäß durch eine Überwachungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine Überwachungseinrichtung für eine Temperaturüberwachung und/oder eine Vibrations- und Verformungsüberwachung eines Wälzlagers umfasst erfindungsgemäß einen mit einer Lichtquelle und einer Auswerteeinheit verbundenen und an dem Wälzlager angeordneten Lichtwellenleiter, mittels dessen Temperaturen und/oder Dehnungen und dadurch dehnungsinduzierte Vibrationen und Verformungen einer Lagerschale des Wälzlagers ermittelbar sind.
Mittels dieses Lichtwellenleiters sind Temperaturen und/oder dehnungsinduzierte Schwingungen und Verformungen des Wälzlagers direkt messbar, so dass auftretende Fehler im Wälzlager schneller erkennbar und dadurch größere Schäden verhinderbar sind. Dabei ist diese Überwachungseinrichtung sehr Platz sparend unterbringbar, da insbesondere eine nach dem Stand der Technik notwendige aufwändige Verkabelung einer Mehrzahl von Sensoren entfällt.
Der Lichtwellenleiter ist dabei in zumindest einer Vertiefung angeordnet, beispielsweise in einer nutförmigen Vertiefung. Dadurch ist eine sichere Halterung und Positionierung des Lichtwellenleiters und gute Anbindung an das Wälzlager erreichbar .
Bevorzugt ist die zumindest eine Vertiefung ringförmig um ei- nen Außenumfang einer äußeren Oberfläche einer äußeren Lagerschale des Wälzlagers angeordnet oder ringförmig um einen Umfang einer, einer gelagerten Welle zugewandten, Oberfläche einer inneren Lagerschale des Wälzlagers angeordnet, wodurch der Lichtwellenleiter in der äußeren oder inneren Lagerschale ringförmig anordbar und somit der Lichtwellenleiter an einer jeweils optimalen Position des Wälzlagers einsetzbar ist. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist die zumindest eine Vertiefung ringförmig um einen Umfang einer, einer inneren Lagerschale zugewandten, Oberfläche einer äußeren Lagerschale des Wälzlagers angeordnet. Alternativ kann die zumindest eine Vertiefung auch ringförmig um einen Umfang einer, einer äußeren Lagerschale zugewandten, Oberfläche einer inneren Lagerschale des Wälzlagers angeordnet sein. Die Messung erfolgt somit direkt an den Rollflächen der zwischen der inneren Lagerschale und der äußeren Lagerschale abrollenden Wälzkörper und damit genau dort, wo Schäden auftreten können. In diesen Bereichen wird durch einen schadhaften Wälzkörper mit großer Zuverlässigkeit eine mit Hilfe des Lichtwellenleiters erfassbare Dehnung bewirkt, während an der äußeren Oberfläche der äußeren Lagerschale die Dehnung in eine nicht durch den
Lichtwellenleiter messbare Materialspannung (Materialstress) übergehen kann, wenn die äußere Lagerschale beispielsweise fest in einem Gehäuse gelagert ist.
Insbesondere an der inneren, üblicherweise rotierenden Lagerschale entfällt durch die erfindungsgemäße Lösung eine sehr aufwändige und große Telemetrie für eine Datenübertragung, da diese bei der erfindungsgemäßen Lösung durch ein sehr kleines und kostengünstiges Sensorsystem erreichbar ist. Ein derarti- ges Sensorsystem ist beispielsweise durch die DE 10 2006 041 865 Al bekannt.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind in der äußeren oder der inneren Lagerschale eine erste Vertiefung und eine zweite Vertiefung nebeneinander angeordnet, wobei eine erste Schlaufe des Lichtwellenleiters in der ersten Vertiefung und eine zweite Schlaufe des Lichtwellenleiters in der zweiten Vertiefung angeordnet ist. Auf diese Weise sind mit dem Lichtwellenleiter gleichzeitig Temperaturen und dehnungsinduzierte Vibrationen und Verformungen des Wälzlagers erfassbar.
Zweckmäßigerweise ist die erste Schlaufe des Lichtwellenleiters lose in die erste Vertiefung eingelegt, d. h. nicht me- chanisch beispielsweise durch Verklebung an der Lagerschale befestigt, aber zweckmäßigerweise mit dieser thermisch gekoppelt. Ist die Vertiefung beispielsweise eine nutförmige Vertiefung, ist der Lichtwellenleiter sicher an der Lagerschale gehaltert. Mit dieser Schlaufe sind Temperaturen des Wälzlagers erfassbar, da der Lichtwellenleiter aufgrund einer Temperatureinwirkung frei dehnbar ist, da er nicht an der Lagerschale befestigt ist.
Vorzugsweise ist die zweite Schlaufe des Lichtwellenleiters in der zweiten Vertiefung fest mit der Oberfläche der Lagerschale verbunden, beispielsweise mit dieser verklebt. Mit dieser Schlaufe sind Verformungen des Wälzlagers über damit einhergehende statische Dehnungen des Lichtwellenleiters er- mittelbar. Außerdem sind Vibrationen des Wälzlagers über diese Vibrationen anregende Dehnungen der Lagerschale und somit beispielsweise auch Defektfrequenzen ermittelbar, d. h. eine Änderung einer normalen Vibrationsfrequenz des Wälzlagers aufgrund von Beschädigungen, da Vibrationen des Wälzlagers unmittelbar über entsprechende dynamische Dehnungen der Lagerschale auf die an der Lagerschale befestigte Schlaufe des Lichtwellenleiters übertragbar sind.
Durch eine Kombination der temperaturbedingten Dehnungsmes- sung der ersten Schlaufe und der Dehnungsmessung der zweiten Schlaufe lässt sich besonders genau die Verformung (d.h. die statische Formänderung) des Lagers ermitteln. Hierbei liegt die Erkenntnis zugrunde, dass in dem fest mit der Lagerschale verbundenen Lichtwellenleiter die temperaturbedingte Dehnung mehrfach (typischerweise etwa 6-fach) so groß ist wie die durch mechanische Einflüsse (d.h. Vibrationen, Verformungen) bedingte Dehnung. Um eine absolute statische Dehnung zu messen und daraus die Verformung der Lagerschale zu bestimmen, muss deshalb eine Temperaturkompensation der gemessenen Deh- nung erfolgen, da ansonsten die Messergebnisse verfälscht werden. Diese Temperaturkompensation kann nun besonders vorteilhaft mit Hilfe der mit der ersten Schlaufe gewonnenen Messergebnisse erfolgen. In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist die Lichtquelle an einem Ende und die Auswerteeinheit an einem anderen Ende des Lichtwellenleiters angeordnet. Dadurch ist eine Laufzeitveränderung eines den Lichtwellenleiter passierenden Mess- bzw. Lichtsignals und somit eine Phasenverschiebung aufgrund von Längenänderungen des Lichtwellenleiters erfassbar, welche durch eine Dehnung des Lichtwellenleiters aufgrund Temperaturänderungen oder durch eine Dehnung auf- grund von Dehnungen der Lagerschale des Wälzlagers hervorrufbar sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist in dem Lichtwellenleiter zumindest ein Faser-Bragg-Gitter an einer vorgegebenen Stelle des Lichtwellenleiters angeordnet oder sind eine Mehrzahl von Faser-Bragg-Gittern an jeweils vorgegebenen Stellen des Lichtwellenleiters angeordnet, wobei zweckmäßigerweise die Faser-Bragg-Gitter jeweils eine vorgegebene, voneinander abweichende Bragg-Wellenlänge aufweisen. Die Faser-Bragg-Git- ter sind bevorzugt gleichmäßig über den Umfang der Lagerschale verteilt. Dies ist eine weitere, sehr exakte Möglichkeit der Temperatur- und/oder Vibrations- und Verformungsüberwachung des Wälzlagers, da dadurch eine optische, multiplexfä- hige Messstrecke geschaffen ist, so dass eine Mehrzahl ortsaufgelöster Temperaturen und/oder dehnungsinduzierter Vibrationen und Verformungen erfassbar sind.
Dazu sind vorzugsweise sowohl in der ersten als auch in der zweiten Schlaufe des Lichtwellenleiters Faser-Bragg-Gitter angeordnet. Deren Positionen an der Lagerschale sind bekannt. Jedes dieser Faser-Bragg-Gitter besitzt eine individuelle Bragg-Wellenlänge, wobei die einzelnen Bragg-Wellenlängen hinreichend stark voneinander abweichen, so dass diese sich auch bei einer Veränderung aufgrund einer temperatur- bzw. vibrations- oder verformungsbedingten Dehnung der Faser- Bragg-Gitter nicht überschneiden und daher jederzeit eindeutig identifizierbar sind. Eine Temperaturveränderung der Lagerschale im Bereich eines Faser-Bragg-Gitters hat eine Ausdehnung des Lichtwellenleiters und dadurch eine Veränderung der Bragg-Wellenlänge dieses Faser-Bragg-Gitters zur Folge und ist daher mittels der Auswerteeinheit erfassbar. Da das jeweilige Faser-Bragg-Git- ter eindeutig identifizierbar und dessen Position bekannt ist, ist die erfasste Temperaturänderung eindeutig einem bestimmten Bereich der Lagerschale zuordbar. Analog gilt dies für die Faser-Bragg-Gitter, welche in der zweiten Schlaufe zur Erfassung der Vibrationen und Verformungen des Wälzlagers angeordnet sind.
Eine derartige detaillierte Erfassung von Temperaturen bzw. Vibrationen und Verformungen mittels Sensoren nach dem Stand der Technik hätte einen erheblichen Aufwand an Verkabelung für eine Verbindung der Sensoren mit der Auswerteeinheit zur Folge und wäre daher insbesondere aufgrund des benötigten Platzbedarfs nicht zu realisieren. Durch die erfindungsgemäße Lösung ist eine Überwachung des Wälzlagers in bisher nicht gekannter Qualität möglich, wodurch auftretende Beschädigungen sehr frühzeitig erkennbar, exakt lokalisierbar und dadurch entsprechende Gegenmaßnahmen rechtzeitig einleitbar sind, um insbesondere einen plötzlichen Totalausfall des Wälzlagers zu verhindern, was beispielsweise bei einer mit- tels des Wälzlagers gelagerten Welle in einem Antriebsstrang eines Schiffes fatale Folgen haben könnte.
Vorzugsweise ist an einem Ende des Lichtwellenleiters ein Koppler angeordnet, welcher mit der Lichtquelle und der Aus- werteeinheit verbunden ist. Über diesen Koppler ist sowohl das Mess- bzw. Lichtsignal der Lichtquelle in den Lichtwellenleiter einspeisbar als auch von den Faser-Bragg-Gittern reflektiertes Licht zu der Auswerteeinheit leitbar.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Lichtwellenleiter berührungslos über Luft auslesbar, wozu der Lichtwellenleiter zweckmäßigerweise an zumindest einem Ende mit einer Linse ausgebildet ist. Dies ist insbesondere sinnvoll bei einem an der inneren Lagerschale angeordneten Lichtwellenleiter, da dieser sich mit einer durch das Wälzlager gelagerten Welle, an welcher die innere Lagerschale befestigt ist, mitdreht, wodurch eine feste Verbindung des Lichtwellenleiters mit der Auswerteeinheit nicht möglich ist. Die Linse am Ende des
Lichtwellenleiters bewirkt ein Aufweiten und im Umkehrschluss ein Fokussieren des Mess- bzw. Lichtsignals. Darüber hinaus ist neben der Berührungslosigkeit im Falle von optischer Übertragung als weiterer Vorteil dieser Art der Übertragung mit zunehmender Größe einer optischen Durchtrittsfläche eine Verschmutzung unproblematischer.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
FIG 1 einen Querschnitt eines Wälzlagers mit der erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung und
FIG 2 einen zeitlichen Verlauf von Messergebnissen einer derartigen Überwachungseinrichtung.
FIG 1 zeigt einen Querschnitt eines Wälzlagers 1 im Bereich einer Vertiefung 10, welche um einen Außenumfang in einer Oberfläche einer äußeren Lagerschale 2 angeordnet ist. In dieser Vertiefung 10, welche beispielsweise als nutförmige Vertiefung ausgeführt sein kann, ist eine Schlaufe eines
Lichtwellenleiters 3 ringförmig angeordnet. Die dargestellte Schlaufe des Lichtwellenleiters 3 kann sowohl eine erste Schlaufe zu einer Temperaturüberwachung als auch eine zweite Schlaufe zu einer Vibrations- und Verformungsüberwachung des Wälzlagers 1 sein. Analog der Temperatur- bzw. Vibrationsund Verformungsüberwachung der äußeren Lagerschale 2 ist auch eine solche Überwachung an einer inneren Lagerschale 8 des Wälzlagers 1 möglich
Die Vertiefung 10 und der darin angeordnete Lichtwellenleiter 3 können besonders vorteilhaft auch um einen Umfang einer der inneren Lagerschale 8 zugewandten Oberfläche der äußeren Lagerschale 2 des Wälzlagers 1 oder um einen Umfang einer, der äußeren Lagerschale 2 zugewandten, Oberfläche der inneren Lagerschale 8 des Wälzlagers 1 angeordnet sein. Hierdurch ist eine besonders genaue Messung dehnungsinduzierter Vibrationen und Verformungen möglich, da die Messung genau dort erfolgt, wo ein Schaden auftreten kann.
Die Anordnung der beiden Schlaufen des Lichtwellenleiters 3 unterscheidet sich lediglich darin, dass eine zur Temperaturüberwachung genutzte Schlaufe lose in der Vertiefung 10 ange- ordnet sein muss, damit eine ungehinderte Dehnung aufgrund von Temperatureinflüssen erfolgen kann. Eine in der Vertiefung zur Vibrations- und Verformungsüberwachung angeordnete Schlaufe des Lichtwellenleiters 3 muss dagegen fest mit der Lagerschale 2, 8 verbunden, beispielsweise mit dieser ver- klebt, sein. Dadurch führen kleinste Formänderungen der Lagerschale 2, 8, beispielsweise aufgrund einer Beschädigung des Wälzlagers 1, zu Dehnungen des mit dieser fest verbundenen Teils des Lichtwellenleiters 3 bzw. von in dem dargestellten Ausführungsbeispiel darin angeordneten Faser-Bragg- Gittern 4.
Prinzipiell kann eine Temperatur- bzw. Vibrations- und Verformungsüberwachung zwar auch ohne diese Faser-Bragg-Gitter 4 erfolgen, beispielsweise durch Überwachung einer Laufzeit und Phasenlage eines durch den Lichtwellenleiter geleiteten optischen Messsignals, wobei beispielsweise bei einer temperaturbedingten Dehnung des Lichtwellenleiters 3 eine Laufzeitveränderung und somit eine Phasenverschiebung zu ermitteln ist. Allerdings ist ein Einsatz von Faser-Bragg-Gittern 4 beson- ders vorteilhaft, da eine genaue Position erfasster Temperaturen bzw. Vibrationen und Verformungen feststellbar ist.
Mit Hilfe dieser Faser-Bragg-Gitter 4 sind exakte Temperaturmessungen bzw. Messungen dehnungsinduzierter Vibrationen und Verformungen unmittelbar an der Lagerschale 2, 8 möglich. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind in der Schlaufe des Lichtwellenleiters 3 vier Faser-Bragg-Gitter 4 angeordnet, welche über einen Umfang der Lagerschale 2, 8 gleichmä- ßig verteilt sind. Bei derartigen Faser-Bragg-Gittern 4 ist beispielsweise eine Längenausdehnung von 1% möglich, ohne dass der Lichtwellenleiter 3 reißt. Innerhalb einer durch den Lichtwellenleiter 3 gebildeten optischen, multiplexfähigen Messstrecke sind eine Mehrzahl dieser Faser-Bragg-Gitter 4 realisierbar, also beispielsweise, wie hier dargestellt, vier Faser-Bragg-Gitter 4 in der ersten Schlaufe des Lichtwellenleiters 3 zur Temperaturüberwachung und vier weitere Faser- Bragg-Gitter 4 in einer zweiten, hier nicht dargestellten Schlaufe des Lichtwellenleiters 3 zur Vibrations- und Verformungsüberwachung .
Als Lichtquelle 5 ist beispielsweise eine Infrarot-LED, d. h. eine Licht emittierende Diode, welche Licht im Infrarot-Spek- trum emittiert, einsetzbar. Das von dieser Infrarot-LED abgestrahlte Licht muss derart breitbandig sein, dass es alle Bragg-Wellenlängen der Faser-Bragg-Gitter 4 umfasst. Die Lichtquelle 5 ist beispielsweise über einen Koppler 6 mit dem Lichtwellenleiter 3 verbindbar, über welchen der Lichtwellen- leiter 3 auch mit einer Auswerteeinheit 7 verbindbar ist, welche von den Faser-Bragg-Gittern 4 reflektierte Bragg-Wellenlängen erfasst und auswertet.
Da sich die Bragg-Wellenlängen der Faser-Bragg-Gitter 4 auf- grund von Dehnungen der Faser-Bragg-Gitter 4 aufgrund von
Temperaturveränderungen oder aufgrund von auf den Lichtwellenleiter 3 übertragenen geringsten Dehnungen der Lagerschale 2, 8 aufgrund von Vibrationen und (statischen) Verformungen ändern, ist beispielsweise für jede Position der Lager- schale 2, 8 des Wälzlagers 1, an welcher ein Faser-Bragg- Gitter 4 zur Vibrations- und Verformungserfassung angeordnet ist, eine Vibrations- und Verformungsauswertung darstellbar und für jede Position der Lagerschale 2, 8 des Wälzlagers 1, an welcher ein Faser-Bragg-Gitter 4 zur Temperaturerfassung angeordnet ist, eine aktuelle Temperatur und/oder eine Temperaturverlaufskurve darstellbar. Dazu muss natürlich sichergestellt sein, dass die Bragg-Wellenlängen der Faser-Bragg- Gitter hinreichend weit auseinander liegen, um eine Über- schneidung bei einer Veränderung der Bragg-Wellenlängen zu verhindern, so dass jederzeit eine eindeutige Identifizierung der Faser-Bragg-Gitter 4 gesichert ist.
Bei einer Überschreitung vorgegebener Grenzwerte ist beispielsweise eine Warnmeldung generierbar und gegebenenfalls automatisch weitere Maßnahmen, wie beispielsweise eine Notabschaltung, einleitbar. Mit derartigen Faser-Bragg-Gittern 4 lässt sich eine streckenneutrale Informationsverarbeitung verwirklichen, da nicht eine Intensität, sondern eine Frequenz des reflektierten Lichts auswertbar ist. Über eine für jedes Faser-Bragg-Gitter 4 spezifische Bragg-Wellenlänge ist, da alle Positionen der Faser-Bragg-Gitter 4 bekannt sind, eine Ortscodierung der erfassten Temperaturen bzw. Vibratio- nen/Verformungen möglich. Eine Signalübertragung erfolgt mit Lichtgeschwindigkeit, so dass als zeitbeschränkender Faktor der Überwachungseinrichtung lediglich eine Auswertung der Signale anzusehen ist. Auf diese Weise ist die Temperaturüberwachung erheblich schneller und exakter als eine Auswer- tung einer Schmiermitteltemperatur des Wälzlagers 1, welche naturgemäß einer Temperaturänderung des Wälzlagers 1 zeitlich nachläuft .
In einer weiteren, hier nicht näher dargestellten Ausfüh- rungsform kann der Lichtwellenleiter 3 beispielsweise auch an der inneren Lagerschale 8 angeordnet sein, in einer Vertiefung in einer Oberfläche der inneren Lagerschale 8, welche der äußeren Lagerschale 2 oder einer gelagerten Welle 9 zugewandt ist. In diesem Fall ist der Lichtwellenleiter 3 aller- dings nicht fest an die Auswerteeinheit 7 und die Lichtquelle 5 anschließbar, da sich die innere Lagerschale 8 mit der gelagerten Welle 9 mitdreht. Daher ist ein Ende des Lichtwellenleiters 3 seitlich aus der inneren Lagerschale 8 herauszuführen, wobei an dem Ende zweckmäßigerweise eine sich erwei- ternde Linse angeordnet ist. Dadurch ist eine optische Übertragung berührungslos über Luft möglich. Alternativ kann eine Weiterleitung von Messsignalen beispielsweise auch über optische Drehkupplungen oder anderweitige Übertrager erfolgen. Das als Linse ausgebildete Ende des Lichtwellenleiters 3 bewirkt eine Aufweitung und im Umkehrschluss eine Fokussierung der übertragenen Lichtsignale und eine größere Unempfindlichkeit der Übertragung gegenüber Schmutzanlagerungen.
Um die Verformung (d.h. eine statische Formänderung) des Lagers 1 zu bestimmen, muss berücksichtigt werden, dass in einem Lichtwellenleiter in einem Wälzlager die temperaturbedingte Dehnung mehrfach (typischerweise etwa 6- fach) so groß ist wie die durch mechanische Einflüsse
(Vibrationen, Verformung) bewirkte Dehnung. Eine genaue Messung der statischen Verformung des Lagers 1 kann deshalb nur dadurch erfolgen, dass für die Messergebnisse, die mit der fest mit der Lagerschale verbundenen Schlaufe gewonnen werden, eine Temperaturkompensation durchgeführt wird, für die die mit der lose angeordneten Schlaufe gewonnenen Messergebnisse genutzt werden.
In FIG 2 ist hierzu beispielhaft über der Zeit t unter der Annahme einer zunehmenden Temperatur für zwei Fiber-Bragg- Gitter die Wellenlänge λ des reflektierten Lichts dargestellt. Dabei ist mit DT der zeitliche Verlauf der Wellenlänge λ des reflektierten Lichts eines in der ersten Schlaufe, d.h. lose in einer Vertiefung der Lagerschale, angeordneten Fiber-Bragg-Gitters, bezeichnet und mit DL ist der zeitliche Verlauf der Wellenlänge λ des reflektierten Lichts eines in der zweiten Schlaufe, d.h. fest mit der Lagerschale verbundenen, angeordneten Fiber-Bragg-Gitters, bezeichnet. Die Änderung der Wellenlänge λ ist dabei ein Maß für die Dehnung des Lichtwellenleiters in der jeweiligen Schlaufe und somit für die Temperaturänderung bzw. Vibrationen und Verformungen der Lagerschale.
Die Wellenlänge λ des reflektierten Lichts des in der ersten Schlaufe angeordneten Fiber-Bragg-Gitters nimmt temperaturbedingt beispielsweise mit 6 pm/°C bei λ = 800 μm zu. Die Wellenlänge λ des reflektierten Lichts des in der zweiten Schlaufe angeordneten Fiber-Bragg-Gitters nimmt temperaturbedingt und verformungsbedingt zu, wobei der (quasistatischen) verformungsbedingten Zunahme noch eine dynamische, durch Vibrationen bedingte, Schwingung mit einer Amplitude DX überlagert ist. Verformungsbedingt nimmt die Wellenlänge λ des reflektierten Lichts beispielsweise mit 1 pm/ (μm/m) zu .
Für eine durch eine Verformung des Lagers bedingte temperaturkompensierte Wellenlängenänderung DF zu einem Zeitpunkt t0 gilt dann: DF(t0) = DL(t0) - DT (t0) . Aus der temperaturkompensierten Wellenlängenänderung DF kann dann auf die entsprechende Verformung des Lagers geschlossen werden.
Dieses Messprinzip ist dabei prinzipiell auch anwendbar auf Bragg-Faser-Gitter, die nicht in speziellen Vertiefungen, sondern direkt auf der Oberfläche der Lagerschalen 2, 8 angeordnet sind.

Claims

Patentansprüche
1. Überwachungseinrichtung für eine Temperaturüberwachung und/oder eine Vibrations- und Verformungsüberwachung eines Wälzlagers (l),ein mit einer breitbandigen Lichtquelle (5) und einer Auswerteeinheit (7) verbundener Lichtwellenleiter (3) an dem Wälzlager (1) angeordnet ist, mittels dessen Temperaturen und/oder Dehnungen einer Lagerschale (2, 8) des Wälzlagers (1) ermittelbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtwellenleiter (3) in zumindest einer Vertiefung (10) angeordnet ist.
2. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Vertiefung (10) ringförmig um einen Außenumfang einer äußeren Oberfläche einer äußeren Lagerschale (2) des Wälzlagers (1) angeordnet ist .
3. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Vertiefung (10) ringförmig um einen Umfang einer, einer gelagerten Welle (9) zugewandten, Oberfläche einer inneren Lagerschale (8) des Wälzlagers (1) angeordnet ist.
4. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Vertiefung (10) ringförmig um einen Umfang einer, einer inneren Lagerschale (8) zugewandten, Oberfläche einer äußeren Lagerschale (2) des Wälzlagers (1) oder ringförmig um einen Umfang einer, einer äußeren Lagerschale (2) zugewandten,
Oberfläche einer inneren Lagerschale (8) des Wälzlagers (1) angeordnet ist.
5. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der äußeren Lagerschale (2) oder der inneren Lagerschale (8) eine erste Vertiefung und eine zweite Vertiefung nebeneinander angeordnet sind, wobei eine erste Schlaufe des Lichtwellenleiters (3) in der ersten Vertiefung und eine zweite Schlaufe des Lichtwellenleiters (3) in der zweiten Vertiefung angeordnet ist.
6. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schlaufe des Lichtwellenleiters (3) lose in die erste Vertiefung eingelegt ist.
7. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schlaufe des Lichtwel- lenleiters (3) mit der Lagerschale (2, 8) thermisch gekoppelt ist .
8. Überwachungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schlaufe des Lichtwellenleiters (3) in der zweiten Vertiefung fest mit der Oberfläche der Lagerschale (2, 8) verbunden ist.
9. Überwachungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (5) an einem Ende und die Auswerteeinheit (7) an einem anderen Ende des Lichtwellenleiters (3) angeordnet ist.
10. Überwachungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Lichtwellen- leiter (3) zumindest ein Faser-Bragg-Gitter (4) an einer vorgegebenen Stelle des Lichtwellenleiters (3) angeordnet ist oder eine Mehrzahl von Faser-Bragg-Gittern (4) an jeweils vorgegebenen Stellen des Lichtwellenleiters (3) angeordnet sind.
11. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Faser-Bragg-Gitter (4) jeweils eine vorgegebene, voneinander abweichende Bragg-Wellen- länge aufweisen.
12. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Faser-Bragg-Gitter (4) gleichmäßig über den Umfang der Lagerschale (2, 8) verteilt angeordnet sind.
13. Überwachungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Ende des Lichtwellenleiters (3) ein Koppler (6) angeordnet ist, welcher mit der Lichtquelle (5) und der Auswerteeinheit (7) verbunden ist.
14. Überwachungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtwellenleiter (3) berührungslos über Luft auslesbar ist.
15. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtwellenleiter (3) an zumindest einem Ende mit einer Linse ausgebildet ist.
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