WO2017125104A1 - Verfahren und messanordnung zur erfassung von schlupf bei wälzlagern - Google Patents

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WO2017125104A1
WO2017125104A1 PCT/DE2016/200473 DE2016200473W WO2017125104A1 WO 2017125104 A1 WO2017125104 A1 WO 2017125104A1 DE 2016200473 W DE2016200473 W DE 2016200473W WO 2017125104 A1 WO2017125104 A1 WO 2017125104A1
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WO
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bearing ring
rolling
indicator
sensor
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PCT/DE2016/200473
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Inventor
Jörg Loos
Iris BERGMANN
Joachim Hering
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00—Testing of machine parts
    • G01M13/04—Bearings
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/22—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings
    • F16C19/24—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for radial load mainly
    • F16C19/26—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for radial load mainly with a single row of rollers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/52—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with devices affected by abnormal or undesired conditions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2233/00—Monitoring condition, e.g. temperature, load, vibration

Definitions

  • the present invention relates to the condition monitoring of rolling bearings.
  • the invention relates to a method for detecting the average frictional-related slip of a plurality of rolling elements of a rolling bearing.
  • the invention relates to a measuring arrangement for determining the average frictional slip of a plurality of Wälzkörpem a rolling bearing.
  • Condition monitoring of rolling bearings is often carried out via acceleration and temperature measurements. In these methods, damage is usually already, if the corresponding measurement method reaches a certain threshold. Furthermore, hardly any information on the cause of the damage can be derived.
  • Monitoring the bearing preload is another method that can indicate problems with, for example, the lubrication of a rolling bearing.
  • the bearing preload is also strongly dependent on the bearing temperature, and thus also on the ambient temperature, and reacts slowly.
  • Another method is the monitoring of the bearing load, which is complicated and expensive, and therefore only economically useful in special cases.
  • a known method for determining the slip consists in a comparison of the measuring signals of two encoders, which detect the speed of a rotating Lagerinnen- ring and the speed of the rolling elements. If these speed values do not have the expected speed ratio relative to one another, it can be assumed that there is slippage between the two bearing components mentioned.
  • DE 103 14 295 B4 discloses a method for determining the slip between a rotating bearing ring and the rolling bodies arranged between the bearing rings, in which the rotational speeds of these bearing components about the bearing rotation center are determined for a time interval and compared with one another.
  • the roll-over frequency can be determined from the rolling over of the rolling bodies via the sensor and the rotational angle position change by means of the transmitting antenna. From the fürrollfre- frequency can then be calculated, the speed of the rolling elements, and from the rotation angle change the speed of the rotating bearing ring. With a comparison of the two speeds you get the current speed ratio, which with the expected speed ratio can be compared. Exceeding or falling short of the expected speed ratio indicates a slip between the bearing components.
  • a direct measurement of roll-over frequencies or speeds of rolling elements, bearing cage or bearing rings can provide useful information on the lubrication state only at high slip at very low-loaded rolling bearings, ie below the minimum load.
  • the rolling bearing further comprises a first rolling bearing ring and a second rolling bearing ring, wherein the first and the second rolling bearing ring are rotatable relative to each other.
  • the rolling bearing can be a fully rolling rolling bearing.
  • the rolling bearing may further comprise a rolling bearing cage.
  • the inventive method comprises the steps detecting the number of revolutions of the first rolling bearing ring in relation to the second rolling bearing ring. Detecting the number of at least one indicator, wherein the at least one indicator indicates the circulation of the plurality of rolling elements around the second rolling bearing ring.
  • the method comprises either calculating the ratio of the detected number of the at least one indicator with the detected number of revolutions of the first rolling bearing ring, and comparing the calculated ratio with a corresponding ratio ideal, wherein the relative ideal value is determined without frictional slip; or alternatively determining an ideal value of the at least one indicator for the detected number of revolutions of the first rolling bearing ring, the ideal value being determined without frictional slip, and comparing the determined ideal value with the detected number of the at least one indicator.
  • the method further comprises determining the difference of the comparison, and outputting the difference as the average frictional slip of the plurality of rolling elements.
  • the ratio or ideal value is determined by the outer diameter of the inner bearing ring, the inner diameter of the outer bearing ring and by the diameter of the rolling elements.
  • the relative value is independent of time in the absence of bearing slippage.
  • the plurality of rolling elements that is to say the abovementioned at least one indicator, for example, pass a metering point 15 times during one revolution of the first rolling bearing ring.
  • it is necessary to measure over a longer period of time For example, 4000 revolutions of the first rolling bearing ring, which is easily reached in less than 20 seconds in high-speed bearings, can be counted.
  • the expected number for the at least one indicator is 60000 in this example, and the ratio ideal is 15.
  • the actual number of the indicator detected may have a lower value of, for example, 59860 due to the slip.
  • the ratio ideal is the expected count of the at least one indicator in one revolution.
  • an ideal value may also be dependent on a predefined number of revolutions, that is to say, for example, recording the number of the at least one indicator for anticipated number of revolutions. Give 4000 revolutions of the first rolling bearing ring. Then the expected number of the indicator, ie 60000, can be directly related to the number of indicators recorded, in the example of 59860: 60000/59860 - approx. 0.234%.
  • the at least one indicator is the plurality of rolling elements.
  • the rolling elements of the rolling bearing are used directly as an indicator (s).
  • the plurality of rolling elements is detected by a sensor.
  • a sensor may, for example, be a strain gauge which is overrun.
  • the at least one indicator is a mark on a roller bearing cage of the rolling bearing.
  • a plurality of markings are arranged over the circumference of the roller bearing cage. It makes sense to have a uniform distribution of the markings on the roller bearing cage, similar to the geometrically uniform distribution of the rolling elements in the roller bearing cage.
  • markings are also advantageous because it allows the measurement accuracy can be increased.
  • a marking can also be detected via an optical sensor, for example, which is not installed in the rolling bearing but is merely directed onto the rolling bearing and thus offers a simple technical solution. Check rolling bearings for slippage.
  • the marking or a plurality of markings may be mounted on the plurality of rolling elements.
  • the first rolling bearing ring comprises a further marking.
  • the further marking is detected with another sensor.
  • an optical sensor preferably a laser-based sensor, is suitable for the detection.
  • the optical sensor for detecting the further mark on the first roller bearing ring and the optical sensor for detecting the aforementioned mark on the roller bearing cage and / or the plurality of rolling elements can be structurally integrated into one unit.
  • a self-sufficient and self-contained measuring arrangement can be formed, which can be used for multiple investigations of rolling bearings on slip. Therefore, a bearing does not have to be equipped with complex sensors, but it is only necessary to arrange markings at the corresponding locations.
  • the method further comprises the steps of multiplying the detected number of revolutions of the first rolling bearing ring by the circumference of the raceway of the first rolling bearing ring and frictional slip, and outputting the result as the friction path of the plurality of rolling elements of the rolling bearing.
  • the friction path could also be called the slip path.
  • first rolling bearing ring In an execution! Formed is the first rolling bearing ring, a rotating rolling bearing ring, and the second rolling bearing ring is a stationary rolling bearing ring.
  • pv value product of pressure p and sliding velocity v: as the slip increases, the pv value also increases. indicating a tendency to white-etching-crack (WEC) defects and wear;
  • a measuring arrangement for determining the average frictional slip of a plurality of rolling elements of a rolling bearing with which the method for detecting the average frictional slip can be applied.
  • Another aspect of the present invention is a computer program product which, when loaded into a memory of a data processing system and executed by at least one processor of the data processing system, performs computer-implemented steps of the method.
  • FIG. 1 shows the measuring arrangement according to the invention in an application scenario
  • FIG. 2 shows a flowchart for illustrating the method according to the invention.
  • FIG. 1 shows the measuring arrangement 100 according to the invention for determining the average frictional slip of a plurality of rolling elements 11. 1 12, 1 13 of a roller bearing 1 10 in an application scenario, wherein the data processing unit 150 is shown as a block diagram.
  • the rolling bearing 10 further comprises a first rolling bearing ring 15, a second rolling bearing ring 116 and a rolling bearing cage (not shown).
  • the rolling bearing cage (not shown) receives the plurality of rolling elements 11 1, 1 12, 1 13 between the first and the second rolling bearing ring.
  • the first roller bearing ring 15 and the second roller bearing ring 16 are rotatable relative to one another.
  • the measuring arrangement 100 comprises a first sensor 120 which is configured to detect the number of revolutions of the first rolling bearing ring 115 in relation to the second rolling bearing ring 16. This results in values 135.
  • the first roller bearing ring 15 is a rotating one Rolling bearing ring and the second rolling bearing ring 1 16 a stationary rolling bearing ring.
  • the measuring arrangement 100 comprises a second sensor 122 which is configured to detect the number of at least one indicator, wherein the at least one indicator indicates the circulation of the plurality of rolling elements 11, 12, 13 about the second rolling bearing ring 1 16 indicates. This gives count values 136.
  • the first sensor 120 is an optical sensor.
  • a laser-based sensor for detecting a marking 121 on the first roller bearing ring 1 15 is suitable.
  • the second sensor 122 is shown in FIG. 1 as a strain gauge for detecting the rolling over of the plurality of rolling elements 11. 1 12. 1 13 illustrated on the strain gauge.
  • the measuring arrangement 100 further comprises the data processing unit 150 with at least one data storage component 160, at least one processor component 170 and at least one interface component 190.
  • the interface component 190 is suitable, for example, for bidirectional data exchange. It is also suitable for communicating with an acoustic or graphic output device. Thus, the interface component 190 can receive counts 135 and 136 as data input.
  • the data processing unit 150 is configured for two different data processing based on the counts 135 and 136.
  • the calculation of the ratio of the detected number of the at least one indicator, ie count 136, with the detected number of revolutions of the first rolling bearing ring, ie count 135, is performed, and then a comparison of the calculated ratio to a corresponding ratio ideal value is performed , The ratio value is determined without frictional slip.
  • the determination of an ideal value of the at least one indicator, that is to say count value 136 is carried out for the detected number of revolutions of the first rolling bearing ring, ie count value 135.
  • the ideal value is given without frictional slippage.
  • the ideal value may be read out for various numbers of revolutions in a list in the database 180.
  • the database 180 may be part of the data processing unit 150, but may also be retrieved from another memory location over the Internet, for example. Therefore, in FIG. 1, the database 180 is shown on the system boundaries of the data processing unit 150. Furthermore, in the second configuration, a comparison of the determined ideal value with the detected number of the at least one indicator is carried out.
  • the comparison from the first or the second configuration is further used for the determination of the difference. Determining the difference gives the same value for both configurations. Subsequently, the output of the Difference as the average frictional slip of the plurality of rolling elements of the rolling bearing 1 10th
  • FIG. 2 shows a flow chart for illustrating the method 200 according to the invention for detecting the mean friction-related slip of a large number of rolling elements of a roller bearing.
  • the rolling bearing further includes a first rolling bearing ring and a second rolling bearing ring.
  • the first and second Wälzlager- ring are rotatable relative to each other.
  • the method comprises detecting 210 the number of revolutions of the first rolling bearing ring in relation to the second rolling bearing ring, detecting 215 the number of at least one indicator, wherein the at least one indicator indicates the circulation of the plurality of rolling elements around the second rolling bearing ring ,
  • method 200 may include calculating 222 the ratio of the detected number of the at least one indicator to the detected number of revolutions of the first rolling bearing ring and comparing 226 the calculated ratio to a corresponding ratio ideal, wherein the relative ideal value is determined without frictional slip is continuing.
  • the method 200 may include determining 224 an ideal value of the at least one indicator for the detected number of revolutions of the first rolling bearing ring, wherein the ideal value is determined without frictional slip, and comparing 228 the determined ideal value with the detected number of at least one indicator, continue.
  • the method 200 includes, after comparing the first or second alternative, determining 230 the difference of the comparison 226, 228, and outputting the difference 240 as the average frictional slip of the plurality of rolling elements of the rolling bearing.
  • the so-called friction path of the plurality of rolling bodies can be determined further. This optional determination is shown in FIG. 2 with dashed lines.
  • the method 200 further comprises multiplying 235 the detected number of revolutions of the first rolling bearing ring 15 by the circumference of the race of the first rolling bearing ring and the frictional slip, and then the Output 245 of the result as a friction path of the plurality of rolling elements of the rolling bearing.

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Abstract

Messanordnung (100) zur Bestimmung des mittleren reibschlussbedingten Schlupfes einer Vielzahl von Wälzkörpern (111, 112, 113) eines Wälzlagers (110). Das Wälzlager umfasst einen ersten Wälzlagerring (115) und einen zweiten Wälzlagerring (116), wobei der erste und der zweite Wälzlagerring relativ zueinander drehbar sind. Die Messanordnung umfasst einen ersten Sensor (120) der konfiguriert ist für die Erfassung der Anzahl der Umdrehungen des ersten Wälzlagerrings (115) in Relation zum zweiten Wälzlagerring (116), einen zweiten Sensor (122) der konfiguriert ist für die Erfassung der Anzahl eines Indikators, wobei der eine Indikator den Umlauf der Vielzahl von Wälzkörpern (111, 112, 113) um den zweiten Wälzlagerring (116) angibt, eine Datenverarbeitungseinheit (150), die konfiguriert ist für die Berechnung des Verhältnisses der erfassten Anzahl des Indikators mit der erfassten Anzahl der Umdrehungen des ersten Wälzlagerrings, dem Vergleich des berechneten Verhältnisses mit einem entsprechenden Verhältnisidealwert, der Bestimmung des Unterschieds des Vergleichs, und der Ausgabe des Unterschieds als den mittleren reibschlussbedingten Schlupf.

Description

Verfahren und Messanordnuna zur Erfassung von Schlupf bei Wälzlagern
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft die Zustandsüberwachung von Wälzlagern. Insbe- sondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erfassung des mittleren reibschluss- bedingten Schlupfes einer Vielzahl von Wälzkörpern eines Wälzlagers. Weiter betrifft die Erfindung eine Messanordnung zur Bestimmung des mittleren reibschlussbeding- ten Schlupfes einer Vielzahl von Wälzkörpem eines Wälzlagers.
Hintergrund der Erfindung
Mit einer Zustandsüberwachung von Wälzlagern können Schmierbedingungen, bei- spielsweise Öldurchfluss, Fettmenge oder Fettart, verbessert werden. Dies kann be- reits bei der Entwicklung von Maschinen hilfreich sein, aber auch auf die Beanspru- chung im Produktiveinsatz hinweisen.
Zustandsüberwachungen von Wälzlagern erfolgen häufig über Beschleunigungs- und Temperaturmessungen. Bei diesen Verfahren liegt ein Schaden jedoch meist schon vor, wenn die entsprechende Messmethode einen bestimmten Schwellwert erreicht. Weiter sind kaum Hinweise zur Schadensursache ableitbar.
Die Überwachung der Lagervorspannung ist eine weitere Methode, welche auf Prob- leme bei beispielsweise der Schmierung eines Wälzlagers hinweisen kann. Die La- gervorspannung ist jedoch ebenfalls stark von der Lagertemperatur, und damit auch von der Umgebungstemperatur, abhängig und reagiert träge.
Eine weitere Methode ist die Überwachung der Lagerlast, welche aufwendig und teuer ist, und daher nur in Sonderfällen wirtschaftlich sinnvoll ist.
Von großem Interesse für einen zuverlässigen und schadlosen Betrieb eines Wälzla- gers ist einem im Lager auftretenden Schlupf zwischen den Lagerringen und den Wälzkörpern zu kennen. Beim Auftreten von Lagerschlupf rollen die Wälzkörper nicht wie gewünscht auf den Laufbahnen der Lagerringe ab, so dass die Drehzahl der Wälzkörper nicht in demjenigen Maß von der Drehzahl des beispielsweise drehenden Lagerrings, wenn der andere Lagerring nicht drehbar ist. abweicht, wie dies durch die geometrischen Verhältnisse zwischen den Lagerringen und den Wälzkörpern vorbe- stimmt ist.
So ist ein erster Extremfall denkbar, bei dem die oben definierte Wälzkörperdrehzahl identisch mit der Drehzahl des sich drehenden Lagerrings ist, so dass die Wälzkörper über die Laufbahn des feststehenden Lagerrings gleiten. In einem zweiten Extremfall würden die Wälzkörperdrehzahl identisch mit der Drehzahl des stehenden Lagerrings sein, also Null betragen, wobei die Wälzkörper über die Laufbahn des sich drehenden Lagerrings gleiten.
Eine bekannte Methode zur Ermittlung des Schlupfes besteht in einem Vergleich der Messsignale von zwei Drehzahlgebern, die die Drehzahl eines drehenden Lagerinnen- rings und die Drehzahl der Wälzkörper erfassen. Sofern diese Drehzahlwerte nicht das erwartete Drehzahlverhältnis zueinander aufweisen, kann davon ausgegangen werden, dass ein Schlupf zwischen den genannten beiden Lagerbauteilen vorliegt.
Darüber hinaus ist es bekannt, zur Schlupfbestimmung mit einem ersten Sensor die zeitliche Drehzahlwinkeländerung des drehbar gelagerten Lagerinnenrings zu messen und mit derjenigen Frequenz zu vergleichen, mit der der Befestigungsort eines zwei- ten Sensors, beispielsweise eines Dehnungsmessstreifensensors. am Lageraußen- ring oder am Lagerinnenring von den Wälzkörpern des Lagers überrollt wird.
Aus der DE 103 14 295 B4 ist ein Verfahren zur Bestimmung des Schlupfes zwischen einem drehenden Lagerring und den zwischen den Lagerringen angeordneten Wälz- körpern bekannt, bei dem für ein Zeitintervall die Drehzahlen dieser Lagerbauteile um das Lagerdrehzentrum bestimmt und miteinander verglichen werden. Durch Verwen- dung eines einzigen SAW- oder BAW-Sensor mit einer Sendeantenne kann aus der Überrollung der Wälzkörper über den Sensor die Überrollfrequenz ermittelt werden und mittels der Sendeantenne die Drehwinkelpositionsänderung. Aus der Überrollfre- quenz kann dann die Drehzahl der Wälzkörper berechnet werden, sowie aus der Drehwinkeländerung die Drehzahl des rotierenden Lagerrings. Mit einem Vergleich der beiden Drehzahlen erhält man das aktuelle Drehzahlverhältnis, welches mit dem erwarteten Drehzahlverhältnis verglichen werden kann. Ein Über- oder Unterschreiten des erwarteten Drehzahlverhältnisses weißt auf einen Schlupf zwischen den Lager- bauteilen hin.
Eine direkte Messung von Überrollfrequenzen oder Drehzahlen von Wälzkörpern, La- gerkäfig oder Lagerringen kann nur bei hohem Schlupf bei sehr niedrig belasteten Wälzlagern, also unterhalb der Mindestlast, hilfreiche Aussagen zum Schmierungszu- stand liefern .
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist die Aufgabe der Erfindung ein Verfahren und eine Messanordnung anzugeben, das eine verbesserte Schlupfbestimmung ermöglicht, um den Schmierzustand bei Wälzlagern präzise bewerten und überwachen zu können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Erfassung und einer Messanordnung zur Bestimmung des mittleren reibschlussbedingten Schlupfes einer Vielzahl von Wälzkörpern eines Wälzlagers gelöst. Das Wälzlager umfasst weiter ei- nen ersten Wälzlagerring und einen zweiten Wälzlagerring, wobei der erste und der zweite Wälzlagerring relativ zueinander drehbar sind. Das Wälzlager kann ein vol!rolliges Wälzlager sein. Alternativ kann das Wälzlager weiter einen Wälzlagerkäfig umfassen.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Schritte Erfassen der Anzahl der Um- drehungen des ersten Wälzlagerrings in Relation zum zweiten Wälzlagerring. Erfas- sen der Anzahl mindestens eines Indikators, wobei der mindestens eine Indikator den Umlauf der Vielzahl von Wälzkörpern um den zweiten Wälzlagerring angibt.
Weiter umfasst das Verfahren entweder das Berechnen des Verhältnisses der erfass- ten Anzahl des mindestens einen Indikators mit der erfassten Anzahl der Umdrehun- gen des ersten Wälzlagerrings, und das Vergleichen des berechneten Verhältnisses mit einem entsprechenden Verhältnisidealwert, wobei der Verhältnisidealwert ohne reibschlussbedingten Schlupf ermittelt ist; oder alternativ das Ermitteln eines Idealwerts des mindestens einen Indikators für die erfasste Anzahl der Umdrehungen des ersten Wälzlagerrings, wobei der Idealwert oh- ne reib-schlussbedingten Schlupf ermittelt ist, und das Vergleichen des ermittelten Idealwerts mit der erfassten Anzahl des mindestens einen Indikators.
Das Verfahren umfasst weiter das Bestimmen des Unterschieds des Vergleichs, und das Ausgeben des Unterschieds als den mittleren reibschiussbedingten Schlupf der Vielzahl von Wälzkörpern.
Der Verhältnisidealwert bzw. Idealwert ist bestimmt durch den Außendurchmesser des inneren Wälzlagerrings, den Innendurchmesser des äußeren Wälzlagerrings sowie durch den Durchmesser der Wälzkörper.
Der Verhältnisidealwert ist bei NichtVorliegen von Lagerschlupf unabhängig von der Zeit. So passieren bei vorgegebener Lagergeometrie die Vielzahl von Wälzkörpern, also der oben genannten mindestens eine Indikator, beispielsweise 15-mal einen Zählpunkt während einer Umdrehung des ersten Wäizlagerrings. Um eine hohe Ge- nauigkeit bei dem Verfahren zu erreichen, muss über einen längeren Zeitraum ge- messen werden. So können beispielsweise 4000 Umdrehungen des ersten Wälzlager- rings, was bei schnelldrehenden Lagern problemlos bereits nach weniger als 20 Se- kunden erreicht ist, gezählt werden. Die erwartete Anzahl für den mindestens einen Indikator ist bei diesem Beispiel 60000. und der Verhältnisidealwert ist 15. Die tat- sächlich erfasste Anzahl des Indikators kann aufgrund des Schlupfes jedoch einen ge- ringeren Wert von beispielsweise 59860 aufweisen. Dies ergibt ein tatsächliches Ver- hältnis von 59860/4000 = 14.965. Somit ergibt sich ein mittlerer reibschlussbedingter Schlupf von 1 5/14,965 - also ca. 0,234 %. Unter der Annahme, dass beispielsweise beim Erfassen der Anzahl des Indikators aufgrund der ganzen Zahlen eine Ungenau- igkeit von +/- 1 auftreten kann, würde dies zu eine Abweichung führen von bloß:
15/(59861 /4000) = ca. 0.232% bzw. 15/(59859/4000) = ca. 0.236%, also +/- 0,002%
In dem vorgehenden Beispiel ist der Verhältnisidealwert der erwartete Zählwert des mindestens einen Indikators bei einer Umdrehung. In einer zweiten Alternative kann ein Idealwert auch abhängig sein von einer vorgegebenen Anzahl von Umdrehungen, also beispielsweise Erfassen der Anzahl des mindestens einen Indikators für vorge- gebene 4000 Umdrehungen des ersten Wälzlagerrings. Dann können die erwartete Anzahl des Indikators, also 60000, direkt mit der erfassten Anzahl des Indikators ins Verhältnis gesetzt werden, im Beispiel von 59860: 60000/59860 - ca. 0.234%. Vor- teilhaft bei dieser Alternative ist, dass das Ermitteln eines idealwerts nicht notwendi- gerweise durch eine Multiplikation, also im Beispiel 15x4000 = 60000, erfolgen muss. Vielmehr ist es möglich eine vorberechnete Liste von Idealwerten im Speicher einer Datenverarbeitungsanlage abzulegen, beispielsweise idealwerte für Vielfache von 4000 Umdrehungen. Diese idealwerte können über eine wenig prozessorintensive Rechneroperation ausgelesen werden. In der vorhergehenden ersten Alternative ist es jedoch stets erforderlich eine Division bei der Berechnung des tatsächlichen Verhält- nisses durchzuführen, wobei der Verhältnisidealwert stets derselbe ist und bei dem Vergleich der beiden Werte aus dem Speicher ausgelesen wird.
Die erfindungsgemäße Idee der beiden Alternativen ist dieselbe, es werden nämliche absolute Werte über längere Zeiträume ermittelt, und keine zeitpunktuelle Drehzahlen oder Überrollfrequenzen bestimmt. Somit ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein mittlerer reibschlussbedingter Schlupf kleiner als 1 % ermittelbar, was mit den vor- bekannten Verfahren nur in wenigen Spezialfällen möglich ist.
In einer Ausführungsform ist der mindestens eine Indikator die Vielzahl von Wälzkör- pern. Es werden also direkt die Wälzkörper des Wälzlagers als Indikator(en) verwen- det. In einer weiterführenden Ausführungsform wird die Vielzahl von Wälzkörpern mit einem Sensor erfasst. Ein solcher Sensor kann beispielsweise ein Dehnungsmess- streifen sein, der überrollt wird.
In einer anderen Ausführungsform ist der mindestens eine Indikator eine Markierung auf einem Wälzlagerkäfig des Wälzlagers. In einer weiterführenden Ausführungsform sind mehrere Markierungen über den Umfang des Wälzlagerkäfigs angeordnet. Sinn- voll ist eine gleichmäßige Verteilung der Markierungen auf dem Wälzlagerkäfig, ähn- lich der geometrisch gleichmäßigen Verteilung der Wälzkörper im Wälzlagerkäfig. Mehrere Markierungen sind auch deswegen vorteilhaft, da damit die Messgenauigkeit erhöht werden kann. Weiter kann eine Markierung auch über beispielsweise einen op- tischen Sensor erfasst werden, der nicht im Wälzlager verbaut ist, sondern lediglich auf das Wälzlager gerichtet ist und somit eine einfache technische Lösung bietet be- stehende Wälzlager auf Schlupf zu überprüfen. Alternativ oder zusätzlich können die Markierung oder mehrere Markierungen auf der Vielzahl von Wälzkörpern angebracht sein.
In einer Ausführungsform umfasst der erste Wälzlagerring eine weitere Markierung. Die weitere Markierung wird mit einem weiteren Sensor erfasst. Für die Erfassung eignet sich insbesondere ein optischer Sensor, bevorzugt ein laserbasierter Sensor.
Der optische Sensor zur Erfassung der weiteren Markierung am ersten Wälzlagerring und der optische Sensor zur Erfassung der zuvor genannten Markierung auf dem Wälzlagerkäfig und/oder der Vielzahl von Wälzkörpern können baulich in einer Einheit integriert sein. Somit kann eine für sich autarke und abgeschlossene Messanordnung gebildet werden, die für mehrfache Untersuchungen von Wälzlagern auf Schlupf ein- gesetzt werden kann. Ein Lager muss daher nicht mit aufwendiger Sensorik ausge- stattet werden, sondern es ist lediglich erforderlich Markierungen an den entspre- chenden Stellen anzuordnen.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren weiter die Schritte Multiplizieren der erfassten Anzahl der Umdrehungen des ersten Wälzlagerrings mit dem Umfang der Laufbahn des ersten Wälzlagerrings und dem reibschlussbedingten Schlupf, und Aus- geben des Ergebnisses als Reibweg der Vielzahl von Wälzkörpern des Wälzlagers. Unter Fortführung des zuvor beschriebenen Zahlenbeispiels und unter Annahme ei- nes Umfang der Laufbahn von 20cm ergibt sich ein Reibweg von 20cm x 0.234% = ca. 0.0468 cm. Der Reibweg könnte auch Schlupfweg genannt werden.
In einer Ausführt! ngsform ist der erste Wälzlagerring ein drehender Wälzlagerring, und der zweiten Wälzlagerring ein stehender Wälzlagerring.
Der Fachmann kann das erfindungsgemäße Verfahren nutzen, um Aussagen über verschiedene Situationen zu treffen. Durch die sehr genaue Bestimmung des Schlup- fes von unter 1 % sind frühzeitige Aussagen zu den nicht abschließenden folgenden Beispielen möglich:
- Schmierungszustand: im Allgemeinen nimmt der Schlupf beziehungsweise die Reibung infolge der Schmierstoffalterung zu; - pv-Wert (Produkt aus Pressung p und Gleitgeschwindigkeit v): bei Zunahme des Schlupfes nimmt auch der pv-Wert zu. was auf eine Neigung zu White- Etching-Crack (WEC) Defekten und Verschleiß hinweist;
- kritische Dynamik infolge von beispielsweise sich aufbauenden Resonanzen im Lager: der Schlupf nimmt aufgrund Dynamik beziehungsweise Trägheitskräfte zu;
- Vorspannung oder Verlust einer gewollten Vorspannung: Schlupf nimmt plötz- lich stark ab beziehungsweise zu;
- Käfigverspannung über Antrieben von Bordkontakt; Schlupf wird negativ und steigt vom Betrag;
- Lagerbelastung und Restlebensdauer: Schlupf hängt von Belastung bei be- kannter Lagerreibung ab.
Weiter von der Erfindung umfasst ist eine Messanordnung zur Bestimmung des mittle- ren reibschlussbedingten Schlupfes einer Vielzahl von Wälzkörpern eines Wälzlagers, mit der das Verfahren zur Erfassung des mittleren reibschlussbedingten Schlupfes angewendet werden kann.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Computerprogrammprodukt, welches, wenn es in einen Speicher einer Datenverarbeitungsanlage geladen wird und von mindestens einem Prozessor der Datenverarbeitungsanlage ausgeführt wird, computerimplementierte Schritte des Verfahrens ausführt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiei sowie anhand der Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Figuren darge- stellt. Es zeigen:
Figur 1 zeigt die erfindungsgemäße Messanordnung in einem Anwendungsszenario; Figur 2 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Ver- fahrens.
Die Figuren zeigen nicht-skalierte Zeichnungen. Die Größenverhältnisse der Pikto- gramme sind symbolisch zu verstehen und nicht aufeinander abgestimmt.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt die erfindungsgemäße Messanordnung 100 zur Bestimmung des mittle- ren reibschlussbedingten Schlupfes einer Vielzahl von Wälzkörpern 1 1 1 . 1 12, 1 13 ei- nes Wälzlagers 1 10 in einem Anwendungsszenario, wobei die Datenverarbeitungs- einheit 150 als Blockdiagramm dargestellt ist.
Das Wälzlager 1 10 umfasst weiter einen ersten Wälzlagerring 1 15, einen zweiten Wälzlagerring 116 und einen Wälzlagerkäfig (nicht dargestellt). Der Wälzlagerkäfig (nicht dargestellt) nimmt die Vielzahl von Wälzkörpern 11 1 , 1 12, 1 13 zwischen dem ersten und dem zweiten Wälzlagerring auf. Der erste Wälzlagerring 1 15 und der zwei- te Wälzlagerring 1 16 sind relativ zueinander drehbar. Die Messanordnung 100 um- fasst einen ersten Sensor 120 der konfiguriert ist für das Erfassen der Anzahl der Um- drehungen des ersten Wälzlagerrings 115 in Relation zum zweiten Wälzlagerring 1 16. Dies ergibt Zähiwerte 135. In einer Ausführung ist der erste Wälzlagerring 1 15 ein drehender Wälzlagerring und der zweite Wälzlagerring 1 16 ein stehender Wälzlager- ring. Weiter umfasst die Messanordnung 100 einen zweiten Sensor 122 der konfigu- riert Ist für das Erfassen der Anzahl mindestens eines Indikators, wobei der mindes- tens eine Indikator den Umlauf der Vielzahl von Wälzkörpern 1 1 1. 1 12, 1 13 um den zweiten Wälzlagerring 1 16 angibt. Dies ergibt Zählwerte 136.
In einer Ausführung ist der erste Sensor 120 ein optischer Sensor. Hier eignet sich insbesondere ein laserbasierter Sensor zur Erfassung einer Markierung 121 an dem ersten Wälzlagerring 1 15. Der zweite Sensor 122 ist in Figur 1 als ein Dehnungs- messstreifen zur Erfassung der Überrollungen der Vielzahl von Wälzkörpern 1 1 1 . 1 12. 1 13 am Dehnungsmessstreifen illustriert. Alternativ ist es auch denkbar mindestens eine weitere Markierung auf dem Wälzlagerkäfig (nicht dargestellt) anzubringen, und diese ebenfalls mit einem oder demselben optischen Sensor zu erfassen.
Die Messanordnung 100 umfasst weiter die Datenverarbeitungseinheit 150 mit min- destens einer Datenspeicherkomponente 160, mindestens einer Prozessorkomponen- te 170 und mindestens einer Schnittstellenkomponente 190. Die Schnittstellenkompo- nente 190 ist beispielsweise für einen bidirektionalen Datenaustausch geeignet. Sie ist auch geeignet mit akustischen oder graphischen Ausgabegerät zu kommunizieren. So kann die Schnittstellenkomponente 190 Zählwerte 135 und 136 als Dateninput auf- nehmen. Die Datenverarbeitungseinheit 150 ist konfiguriert für zwei unterschiedliche Datenverarbeitungen basierend auf den Zählwerte 135 und 136.
So wird in einer ersten Konfiguration die Berechnung des Verhältnisses der erfassten Anzahl des mindestens einen Indikators, also Zählwert 136, mit der erfassten Anzahl der Umdrehungen des ersten Wälzlagerrings, also Zählwert 135, durchgeführt, und anschließend ein Vergleich des berechneten Verhältnisses mit einem entsprechenden Verhältnisidealwert durchgeführt. Der Verhältnisidealwert ist ohne reibschlussbeding- ten Schlupf ermittelt. in einer alternativen zweiten Konfiguration wird die Ermittlung eines Idealwerts des mindestens einen Indikators, also Zählwert 136, für die erfasste Anzahl der Umdre- hungen des ersten Wälzlagerrings, also Zählwert 135. durchgeführt. Der Idealwert ist ohne reibschlussbedingten Schlupf angegeben. Der Idealwert kann beispielsweise für verschiedene Anzahlen von Umdrehungen in einer Liste in der Datenbank 180 ausge- lesen werden. Die Datenbank 180 kann Teil der Datenverarbeitungseinheit 150 sein, aber auch beispielsweise über das Internet von einem anderen Speicherort abgerufen werden. Daher ist in Figur 1 die Datenbank 180 auf den Systemgrenzen der Datenve- rarbeitungseinheit 150 dargestellt. Weiter wird in der zweiten Konfiguration ein Ver- gleich des ermittelten Idealwerts mit der erfassten Anzahl des mindestens einen Indi- kators durchgeführt.
Der Vergleich aus der ersten oder der zweiten Konfiguration wird weiter für die Be- stimmung des Unterschieds verwendet. Die Bestimmung des Unterschieds ergibt bei beiden Konfigurationen je den gleichen Wert. Anschließend erfolgt die Ausgabe des Unterschieds als den mittleren reibschlussbedingten Schlupf der Vielzahl von Wälz- körpern des Wälzlagers 1 10.
Figur 2 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Ver- fahrens 200 zur Erfassung des mittleren reibschlussbedingten Schlupfes einer Viel- zahl von Wälzkörpern eines Wälzlagers. Das Wälzlager umfasst weiter einen ersten Wälzlagerring und einen zweiten Wälzlagerring. Der erste und der zweite Wälzlager- ring sind relativ zueinander drehbar. Das Verfahren umfasst das Erfassen 210 der An- zahl der Umdrehungen des ersten Wälzlagerrings in Relation zum zweiten Wälzlager- ring, das Erfassen 215 der Anzahl mindestens eines Indikators, wobei der mindestens eine Indikator den Umlauf der Vielzahl von Wälzkörpern um den zweiten Wälzlager- ring angibt.
Das Verfahren 200 kann in einer ersten Alternative 220 mit dem Berechnen 222 des Verhältnisses der erfassten Anzahl des mindestens einen Indikators mit der erfassten Anzahl der Umdrehungen des ersten Wälzlagerrings und dem Vergleichen 226 des berechneten Verhältnisses mit einem entsprechenden Verhältnisidealwert, wobei der Verhältnisidealwert ohne reibschlussbedingten Schlupf ermittelt ist fortfahren.
Das Verfahren 200 kann in einer zweiten Alternative 220 mit dem Ermitteln 224 eines Idealwerts des mindestens einen Indikators für die erfasste Anzahl der Umdrehungen des ersten Wälzlagerrings, wobei der Idealwert ohne reibschlussbedingten Schlupf ermittelt ist, und dem Vergleichen 228 des ermittelten Idealwerts mit der erfassten An- zahl des mindestens einen Indikators, fortfahren.
Das Verfahren 200 umfasst nach dem Vergleich der ersten oder zweiten Alternative das Bestimmen 230 des Unterschieds des Vergleichs 226, 228, und das Ausgeben 240 des Unterschieds als den mittleren reibschlussbedingten Schlupf der Vielzahl von Wälzkörpern des Wälzlagers.
Optional kann weiter der sogenannte Reibweg der Vielzahl von Wälzkörpern ermittelt werden Diese optionale Ermittlung ist in Figur 2 mit gestrichelten Linien dargestellt. Hierfür umfasst das Verfahren 200 weiter das Multiplizieren 235 der erfassten Anzahl der Umdrehungen des ersten Wälzlagerrings 1 15 mit dem Umfang der Laufbahn des ersten Wälzlagerrings und dem reibschlussbedingten Schlupf, und anschließend das Ausgeben 245 des Ergebnisses als Reibweg der Vielzahl von Wälzkörpern des Wälz- lagers.

Claims

Patentansprüche
1.Verfahren (200) zur Erfassung des mittleren reibschlussbedingten Schlupfes einer Vielzahl von Wälzkörpern (111 , 1 12, 1 13) eines Wälzlagers (110), wobei das Wälzlager (110) weiter einen ersten Wälzlagerring (1 15) und einen zweiten Wälzlagerring (116) umfasst, wobei der erste und der zweite Wälzlagerring re- lativ zueinander drehbar sind, das Verfahren umfassend folgende Schritte:
- Erfassen (210) der Anzahl der Umdrehungen des ersten Wälzlagerrings (1 15) in Relation zum zweiten Wälzlagerring (1 16),
- Erfassen (215) der Anzahl mindestens eines Indikators, wobei der mindes- tens eine Indikator lauf der Vielzahl von Wälzkörpern (1 11 , 1 12,
113) um den zweite lagerring (1 16) angibt.
weiter entweder (220)
- Berechnen (222) des Verhältnisses der erfassten Anzahl des mindestens einen Indikators mit der erfassten Anzahl der Umdrehungen des ersten Wälzlagerrings,
- Vergleichen (226) des berechneten Verhältnisses mit einem entsprechen- den Verhältnisidealwert, wobei der Verhältnisidealwert ohne reibschlussbe- dingten Schlupf ermittelt ist,
oder
- Ermitteln (224) eines Idealwerts des mindestens einen Indikators für die er- fasste Anzahl der Umdrehungen des ersten Wälzlagerrings, wobei der fdealwert ohne reibschlussbedingten Schlupf ermittelt ist.
- Vergleichen (228) des ermittelten Idealwerts mit der erfassten Anzahl des mindestens einen Indikators,
das Verfahren weiter umfassend:
- Bestimmen (230) des Unterschieds des Vergleichs (226, 228). und
- Ausgeben (240) des Unterschieds als den mittleren reibschlussbedingten Schlupf der Vielzahl von Wälzkörpern.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der mindestens eine Indikator die Vielzahl von Wälzkörpern (1 1 1 . 1 12, 1 13) ist.
Verfahren nach Anspruch 2. wobei die Vielzahl von Wälzkörpern (11 1. 1 12, 1 13) mit einem Sensor (122), insbesondere einem Dehnungsmessstreifen, fasst wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1. wobei der mindestens eine Indikator eine Markie- rung auf einem Wälzlagerkäfig des Wälzlagers (1 10) ist,
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei mehrere Markierungen über den Umfang des Wälzlagerkäfigs, insbesondere gleichmäßig, angeordnet sind.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5. wobei der erste Wälzlagerring
(1 15) eine weitere Markierung (121) umfasst. und wobei die weitere Markierung (121) mit einem weiteren Sensor (120), insbesondere einem optischen Sensor, bevorzugt einem laserbasierten Sensor, erfasst wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6. das Verfahren weiter umfassend folgende Schritte:
- Multiplizieren (235) der erfassten Anzahl der Umdrehungen des ersten
Wälzlagerrings (1 15) mit dem Umfang der Laufbahn des ersten Wälzlager- rings (1 15) und dem reibschlussbedingten Schlupf, und
- Ausgeben (245) des Ergebnisses als Reibweg der Vielzahl von Wälzkör- pern des Wälzlagers (110).
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der erste Wälzlagerring (1 15) ein drehender Wälzlagerring ist, und der zweiten Wälzlagerring (1 16) ein stehender Wälzlagerring ist.
9. Messanordnung (100) zur Bestimmung des mittleren reibschlussbedingten Schlupfes einer Vielzahl von Wälzkörpern ( 1 1 1 . 1 12, 1 13) eines Wälzlagers (1 10), wobei das Wälzlager weiter einen ersten Wälzlagerring (1 15) und einen zweiten Wälzlagerring (1 16) umfasst, wobei der erste und der zweite Wälzla- gerring relativ zueinander drehbar sind, die Messanordnung umfassend:
einen ersten Sensor (120) der konfiguriert ist für die Erfassung der Anzahl der Umdrehungen des ersten Wälzlagerrings (1 15) in Relation zum zweiten Wälz- lagerring (1 16),
einen zweiten Sensor (122) der konfiguriert ist für die Erfassung der Anzahl mindestens eines Indikators, wobei der mindestens eine Indikator den Umlauf der Vielzahl von Wälzkörpern (1 1 1 . 1 12, 113) um den zweiten Wälzlagerring (1 16) angibt,
mindestens eine Datenverarbeitungseinheit (150) mit mindestens einer Daten- speicherkomponente (160). mindestens einer Prozessorkomponente (170) und mindestens einer Schnittstellenkomponente (190), die konfiguriert ist für: entweder
- Berechnung (222) des Verhältnisses der erfassten Anzahl des mindestens einen Indikators mit der erfassten Anzahl der Umdrehungen des ersten Wälzlagerrings, und
- Vergleich (226) des berechneten Verhältnisses mit einem entsprechenden Verhältnisidealwert, wobei der Verhältnisidealwert ohne reibschlussbeding- ten Schlupf ermittelt ist,
oder
- Ermittlung (224) eines Idealwerts des mindestens einen Indikators für die erfasste Anzahl der Umdrehungen des ersten Wälzlagerrings, wobei der Idealwert ohne reibschlussbedingten Schlupf ermittelt ist.
- Vergleich (228) des ermittelten Idealwerts mit der erfassten Anzahl des mindestens einen Indikators,
und weiter konfiguriert ist für:
- Bestimmung (230) des Unterschieds des Vergleichs, und
- Ausgabe (240) des Unterschieds als den mittleren reibschlussbedingten Schlupf der Vielzahl von Wälzkörpern.
10. Messanordnung nach Anspruch 9, wobei der erste Sensor (120) ein optischer Sensor, bevorzugt ein laserbasierter Sensor, zur Erfassung einer Markierung
(121 ) an dem ersten Wälzlagerring (1 15) ist, und/oder wobei der zweite Sensor
(122) ein Dehnungsmessstreifen zur Erfassung der Überroilungen der Vielzahl von Wälzkörpern (1 1 1 , 1 12, 113) am Dehnungsmessstreifen ist.
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