WO2022063652A1 - Method for determining a viscosity of a lubricant in a bearing - Google Patents

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WO2022063652A1
WO2022063652A1 PCT/EP2021/075338 EP2021075338W WO2022063652A1 WO 2022063652 A1 WO2022063652 A1 WO 2022063652A1 EP 2021075338 W EP2021075338 W EP 2021075338W WO 2022063652 A1 WO2022063652 A1 WO 2022063652A1
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bearing
lubricant
speed
viscosity
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PCT/EP2021/075338
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Inventor
Tobias Schirra
Kerstin HORNEFF
Original Assignee
Technische Universität Darmstadt
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    • F16C2300/00Application independent of particular apparatuses

Definitions

  • the present invention relates to a method for determining a viscosity of a lubricant in a bearing, to a device for carrying out such a method, and in particular to a method for measuring a lubricant viscosity when rolling and plain bearings are in operation.
  • Mechanical bearings are characterized by two or more components that move in opposite directions.
  • a lubricant such as oil or grease, is usually used between the components.
  • the lubricant prevents friction and wear of the components when the bearing is in operation.
  • an advantageous formation of a lubricating film, and in particular a thickness of the lubricant or the lubricating film, is important.
  • An important property of the lubricant is its viscosity, which is a measure of how viscous the lubricant is. In the course of operation of the bearing, the lubricant is generally subject to a change in its viscosity.
  • a number of methods are known for determining the thickness of the lubricant, as well as some other properties important to the operation of the bearing.
  • An example from the patent literature is provided by document JP2001311427A, which estimates the quality of the lubricant and, from this, the service life of the bearing by measuring a lubricating film thickness and comparing it with previously recorded data.
  • determining the viscosity of a lubricant that is already in storage proves to be time-consuming in practice. In order to determine the viscosity precisely, it is usually necessary to take the lubricant and analyze it in a laboratory. Alternatively, the viscosity can be estimated from the storage behavior, for example, or can also be precalculated from theoretical considerations. However, these alternatives can only provide an inaccurate result, since there are usually a large number of factors and mechanisms that cause the change in the Lubricant affect or can affect, are unknown.
  • the present invention relates to a method for determining a viscosity of a lubricant containing oil or grease, for example, in a bearing with two components which are designed to move against one another (ie relative to one another), the components performing the movement by be or are lubricated by the lubricant.
  • the method initially includes determining a transition speed for the movement of the components, at which there is a release point and thus a transition between mixed friction and fluid friction.
  • the friction between the components lubricated by the lubricant depends on the relative speed between the components.
  • the friction can be described by a friction coefficient, which in the lubricated bearing depends on the speed of the components relative to one another, which is also known as the Stribeck curve.
  • the Stribeck curve shows a course of the coefficient of friction that is initially flat with increasing speed and then decreases monotonously, which finally increases again after a minimum value has been passed.
  • the flat area corresponds to boundary friction or lubrication, the adjoining sloping area to the already mentioned mixed friction or partial lubrication (mixture of boundary friction and hydrodynamic friction), and the after the minimum, the area of the liquid or hydrodynamic friction or film friction that also increases, as already mentioned.
  • the transition from mixed to liquid friction, marked by the minimum of the friction coefficient, is called the release point.
  • a specific relative speed of the components, referred to here as the transition speed thus corresponds to the release point.
  • the minimum value of the coefficient of friction, and thus the release point and transition speed is determined by inspecting a course of friction during a controlled acceleration of the components against one another.
  • a further step of the method includes determining a viscosity of the lubricant based on the determined transition speed. From theoretical considerations, a connection between the viscosity and the transition speed can be established at the release point, in which only other material constants of the lubricant and the components, a load of the existing bearing, a temperature and geometric variables of the bearing are included to determine the viscosity. These variables can already be known from the circumstances of a method implementation, in particular as tabulated properties; their determination is not necessarily the subject of the procedure in this sense.
  • the connection between the viscosity and the speed of the components is also based on the theoretical basis that the thickness of the lubricant (lubricating film thickness) between the components at the release point, i.e.
  • the release point is defined via this relationship between the thickness of the lubricant and a roughness coefficient of each of the two components. Roughness coefficients are usually tabulated material constants of the components. If they are known, the thickness of the lubricant at the release point for the bearing in question is determined.
  • determining the transition speed further includes measuring an electrical resistance through the bearing, wherein the determination of the transition speed or release point is performed based on the electrical resistance.
  • the electrical resistance can in particular be an impedance.
  • the components in relation to Electrically highly conductive in the same way as the lubricant.
  • Various devices are known in the prior art for measuring the electrical resistance through the bearing.
  • a current can be passed through the bearing for this purpose.
  • the electrical resistance through the bearing can in particular be measured indirectly, for example by a voltage drop across a reference resistor. In embodiments of the method, this can be done, for example, with the aid of a scanning device known in the prior art and an oscilloscope connected thereto.
  • the electrical resistance is measured while the components are being accelerated relative to each other so that the components successively pass through an interval of speeds that includes the transition speed.
  • the electrical resistance depends on the state of friction of the lubricated components, which is also determined by the speed of the components relative to one another.
  • the electrical resistance in the area of mixed friction can oscillate between a minimum value occurring when the components touch one another and a maximum value caused by a film of dielectric lubricant between the components, with a change dependent on the speed of the components.
  • a stable insulation develops between the components from the release point due to the lubricant, and the electrical resistance increases with increasing speed.
  • a temperature in the bearing and a load on the components or the bearing must advantageously be kept constant.
  • determining the transition speed may include determining a percentage of contact time (PCT) of the two components.
  • PCT percentage of contact time
  • the components touch each other during movement via roughness peaks, i.e. unevenness on their respective surfaces.
  • a degree of touch is indicated by percent contact time.
  • the percentage of contact time is based on a ratio between a time that the components touch each other at a fixed speed over bumps on their surface and a time that the components run separately. In an ideal model, the percent contact time falls in the Range of mixed friction to release point down to 0%.
  • a threshold value for the percentage of contact time resulting from the measurement for example 10%, can be defined, below which the release point is reached in a sufficiently good approximation for the embodiment of the method.
  • the threshold value can be adapted to an accuracy of the method result.
  • determining the transition speed comprises measuring an electrical resistance through the bearing, for speeds at which mixed friction is present, the electrical resistance may oscillate between a value corresponding to boundary friction and a value corresponding to hydrodynamic friction.
  • the percentage of contact time can then be based on a ratio of two portions of time that each correspond to one of the values.
  • the measurement of the electrical resistance is based on a touching, resistive contact of one of the components.
  • the contacting in particular of a component that is moved in relation to a measuring device, such as a shaft in a rotary bearing, can take place, for example, via a sliding contact or else a mercury contact.
  • the measurement of the course of the electrical resistance can also be based on a contactless, capacitive coupling to one of the components. This form of contacting is particularly advantageous for a component moving against the measuring device, since, in contrast to resistive contacting, sources of error such as thermal voltage, contact noise, mechanical friction or temperature-dependent drift of the electrical resistance can be eliminated.
  • the measurement of the course of the electrical resistance can also be based on a telemetric signal transmission. A telemetric signal transmission can be particularly advantageous for slowly rotating rotary bearings.
  • the method further includes measuring a temperature in or on the bearing and/or measuring a load acting on the bearing.
  • These two variables are usually important for determining viscosity. Methods for determining these variables are known in the prior art.
  • the load of the bearing can be determined, for example, before or during the determination of the transition speed by moving the components against one another while simultaneously transmitting a current signal and determining an electrical resistance or an impedance.
  • a measurement can also be omitted due to external circumstances such as a controlled atmosphere or a bearing load that follows a maintenance standard, for example, as a result of which the variables are already known and can therefore be used to determine the viscosity.
  • the viscosity is determined as a function of parameters based on one or more of the following parameters: a roughness value of the components, a relative speed, at least one lubricant property, and/or at least one bearing property.
  • the bearing property can in particular be a geometric property.
  • the bearing is a pivot bearing and one of the components is a shaft.
  • the pivot bearing can be a radial bearing, for example, but also an axial bearing.
  • the speed of movement of the components can be specified as a speed.
  • the bearing is a roller bearing or a plain bearing.
  • Embodiments of the method presented also relate to a computer program product with software code stored thereon, which is provided when the software code is executed by a data processing machine so that a method according to one of the preceding claims is carried out.
  • the present invention relates to a device for determining a viscosity of a lubricant in a bearing with two components which are designed to perform a relative movement, the components being lubricated by the lubricant to perform the movement.
  • the device includes a determination module that is designed to determine a transition speed of the movement of the components at which a release point and thus a transition between mixed friction and liquid friction exercise is available to determine.
  • the device also includes an identification module that is designed to identify a thickness of the lubricant between the components at the transition speed.
  • the device includes a processing module that is configured to determine the viscosity of the lubricant based on the transition speed and the thickness of the lubricant.
  • the processing module can contain a computer program product for automatically carrying out the method.
  • the determination module includes a speed measurement module that is designed to measure a speed of movement of the components. In the case of a rotary bearing, this can be a device for measuring the speed; however, the device can also only be designed for manual input of the rotational speed determined in some other way (e.g. read from the bearing).
  • the determination module then also includes a resistance measuring module, which is designed to establish a first electrical connection to a first of the two components and a second electrical connection to a second of the two components, via the first electrical connection and the second electrical connection a current between the to generate the first component and the second component and to measure an electrical resistance.
  • the resistance measuring module can be designed to measure the electrical resistance via a drop in voltage across the bearing or via a suitably connected reference resistor.
  • the determination module then includes an evaluation module that is designed to receive the speed and the electrical resistance and to determine the transition speed therefrom.
  • the present method is used to measure the lubricant viscosity in the operation of roller and plain bearings, which was previously only possible using oil analysis in the laboratory.
  • the measurement of the electrical resistance of rolling bearings depends on the state of friction. In the case of boundary or mixed friction, roughness peaks touch and the electrical resistance is very small. As soon as there is hydrodynamic friction, the resistance increases very sharply. This change is called the release point. Under constant load and temperature operating conditions, a speed of the load can gers from 0 to an operating speed, the electrical resistance can be measured in parallel. The release point is reached at the speed at which the electrical resistance suddenly increases sharply. The release point is defined as the point at which the lubricating film thickness equals the square root of the sum of the squares of the roughness.
  • the lubricating film thickness is known.
  • the calculation of the lubricating film thickness only depends on the unknown lubricant viscosity.
  • the viscosity of the lubricant can be determined as the only unknown in the equation for calculating the lubricant film thickness.
  • the use of the release point as a fixed reference point for the thickness of the lubricating film is particularly new.
  • Fig. i illustrates steps of an embodiment for a method according to the present invention.
  • FIG. 2 shows a relationship between the thickness of the lubricating film and the friction between two components of a bearing that can move relative to one another.
  • FIG. 3 shows an equivalent circuit for an exemplary embodiment of a device for carrying out the method.
  • FIG. 5 illustrates a percentage of contact time for various lubricants as a function of a speed between the components that is described by a rotational speed.
  • FIG. 6 illustrates measured viscosities of lubricants compared to tabulated values according to an embodiment of the present method, and a change in viscosity due to aging of the lubricant determined solely by the method.
  • the method serves to determine a viscosity of a lubricant in a bearing.
  • the bearing comprises two components which are designed to move relative to one another, the components being lubricated by the lubricant during movement.
  • a first step of the method includes determining Sno a transition speed for the movement of the components at which there is a release point and thus a transition between mixed friction and fluid friction.
  • the components include metallic material
  • determining Sno includes measuring an electrical resistance through the bearing. The electrical resistance through the bearing depends in particular on the condition of the lubricant between the components. Different speeds of movement of the components cause different states of the lubricant. Measuring the electrical resistance, for example during a steadily increasing speed, therefore allows conclusions to be drawn about the release point. This occurs at the transition speed and is determinable by an increase in electrical resistance for speeds higher than the transition speed.
  • the method also includes determining S120 the viscosity of the lubricant from the transition speed and the thickness of the lubricant.
  • Determining S120 requires knowledge of a temperature in the bearing and a load on the components, which may also be determined as part of the method. For a rolling bearing in which one of the components is a rolling element and the other of the components is a raceway, the relationship applies at the release point
  • Relationship 10 represents a theoretical basis of formula (1) in the description of Figure 1.
  • Lubricant film specific thickness A is a dimensionless measure of the thickness of the lubricant, h, and related to the latter by the relationship
  • R ql is an average roughness of a surface of the first member 121
  • R a 2 is an average roughness of a surface of the second member 122.
  • the relationship 10 between the specific lubricating film thickness A and the friction has three regions, each of which is one of the cases Boundary, mixed and liquid friction correspond.
  • the release point is at the border of the areas between mixed friction and fluid friction. Larger values of the specific lubricating film thickness correspond to higher speeds of movement of the components 121, 122.
  • the three areas and the value of the specific lubricating film thickness A at the release point can be taken from the following table. men will:
  • a first inserted image A illustrates a situation between the components 121, 122 moving relative to one another in the area of mixed friction.
  • a cross section through the components 121, 122 and the lubricant 125 lying between them can be seen in a lower part of the first inserted image A.
  • a movement of the components 121, 122 is marked by arrows. Unevenness (roughness peaks) of the components 121, 122 touch.
  • the bearing can act like an ohmic resistance, illustrated here by a circuit diagram of an ohmic resistance R.
  • a second inserted image B illustrates a situation between the components 121, 122 moving against one another in the area of fluid friction.
  • a cross section through the components 121, 122 and the lubricant 125 lying between them can be seen in a lower part of the second inserted image 2.
  • a movement of the components 121, 122 is marked by arrows.
  • the components 121, 122 are separated by the lubricant 125; Unevenness (roughness peaks) of the components 121, 122 do not touch.
  • the bearing can act like a capacitive resistance or impedance, illustrated here by a circuit diagram representation of a capacitor C.
  • FIG. 3 shows an equivalent circuit 100 for an exemplary embodiment of a device for carrying out the method.
  • the circuit comprises a voltage source 110, the bearing 120, a resistive load resistor 130 connected in series with the bearing 120 and a ground 140.
  • the equivalent circuit comprises a scanning head 140 and an oscilloscope 150.
  • the bearing 120 is modeled by an effective capacitance 127 and an effective ohmic resistance 129 connected in parallel.
  • the capacitance 127 varies depending on the operating state of the bearing 120 and can, for example, reach values of up to 50 picofarads.
  • a resistance due to the lubricant 125 can be in the megaohm range with a lubricant film thickness of a few micrometers.
  • the equivalent circuit diagram of the bearing 120 can record a large number of other effects of the bearing 120, such as, for example, contact resistance at joints.
  • the probe 150 is represented by a capacitance 152 (approximately 14.8 picofarads in exemplary embodiments) and an ohmic resistor 155 connected downstream of this (for example 9 megaohms).
  • the oscilloscope is modeled by a capacitance 162 of, for example, 17.5 picofarads and a resistance 165 of one megohm in parallel.
  • the speed of the movement of the components 121, 122 of the bearing 120 can be increased successively, for example from o.
  • a resistance in the bearing 120 initially remains low, since in the region of boundary friction and initially also of mixed friction, due to the roughness of the components 121, 122, the components 121, 122 come into contact.
  • a voltage of the voltage source 110 then falls predominantly across the charging resistor 130 .
  • the lubricant 125 may phase form a separating layer between the components 121, 122 which electrically isolates the components 121, 122 and therefore increases the electrical resistance to the current through the bearing 120.
  • FIG. 4 shows measured curves of a voltage across the resistor 130 (cf. FIG. 3) while the components 121, 122 of the bearing 120 (cf. FIG. 3) execute an accelerated movement.
  • Voltage curves 135 over time for three different speed ranges are arranged one above the other.
  • An unfiltered voltage profile 135 is shown on the right and the same voltage profile 135 after a low-pass filter is shown on the left.
  • the voltage 115 of the voltage source 110 (cf. FIG. 3) is also specified for all curves.
  • the movement between the components 121, 122 is slow.
  • the bearing 120 works in the area of boundary friction or mixed friction with a high proportion of boundary friction. There is no separating lubricating film between the components 121, 122. The entire voltage drops across the charging resistor 130.
  • the bearing 120 In the speed range shown second, the bearing 120 is in mixed friction with a high proportion of fluid friction.
  • the lubricating film separates the components 121, 122 in phases. Accordingly, the voltage profile 135 across the charging resistor 130 is not constant but oscillates between a value determined by boundary friction and a value determined by fluid friction.
  • the lubricating film forms a separating layer between the components 121, 122. All voltage drops across bearing 120.
  • the percentage of contact time, or percentage of metallic contact at a total measurement duration PCT can be determined for each of the three speed ranges
  • PCT tu>u PCT . 10Q% , tot where t tot stands for the time in which the bearing remains in the respective speed range, and tu>u PCT is that proportion of time t tot when the voltage across the charging resistor 130 is above a low threshold voltage U PCT lies.
  • Fig. 5 illustrates a percentage contact time for various lubricants 125 as a function of a speed between the components 121, 122 described by a speed.
  • the percentage contact time or a PCT value percentage of measured values over a limit voltage between oV and the measurement voltage, for example 3V
  • a threshold value 50 for example 10%
  • the figure shows measurement results 22, 24, 26, 28 of the PCT value of four different lubricants 125 as a function of the speed of the components 121, 122 for a pivot bearing, under the same or at least comparable temperature conditions (for example in a range from 22 0 to 25 0 C) and load (for example 1000 Newton).
  • the speed of the components 121, 122 is given here by a speed.
  • the release point is considered to have been reached for each of the four lubricants 125 when the measurement results 22 , 24 , 26 , 28 reach the threshold value 50 .
  • FIG. 6 illustrates viscosities 32, 34, 35, 36, 38 of four different lubricants 125 measured according to an exemplary embodiment of the present method in comparison to tabulated values or viscosities of the respective lubricants 125 according to the data sheet.
  • the representation also shows a shift in the corresponding viscosity 34 to a shifted viscosity 44.
  • the shifted viscosity 44 is the viscosity of the same lubricant 125 after an aging process, which is an application here. duration of 10 days at an operating temperature of 150°C. The expected decrease in viscosity due to simulated aging can be verified.
  • the figure illustrates a quality of the method compared to a viscosity measurement in the laboratory.
  • the figure illustrates a possible use of the method by determining the reduced viscosity of the aged lubricant 125 in storage operation.

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Abstract

Disclosed is a method for determining a viscosity of a lubricant (125) in a bearing (120) with two components (121, 122), which are designed to execute a relative movement, the components (121, 122) being lubricated by means of the lubricant (125) during the movement. The method comprises, as one step, determining (S110) a transition speed of the movement of the components (121, 122) at which there is a release point and thus a transition between a mixed friction and a liquid friction. A further step of the method comprises determining (S120) the viscosity of the lubricant (125), based on the transition speed.

Description

Verfahren zum Bestimmen einer Viskosität eines Schmierstoffs in einem Lager Method for determining a viscosity of a lubricant in a bearing
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bestimmen einer Viskosität eines Schmierstoffs in einem Lager, auf eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens, und insbesondere auf ein Verfahren zur Messung einer Schmierstoffviskosität im Betrieb von Wälz- und Gleitlagern. The present invention relates to a method for determining a viscosity of a lubricant in a bearing, to a device for carrying out such a method, and in particular to a method for measuring a lubricant viscosity when rolling and plain bearings are in operation.
HINTERGRUND BACKGROUND
Mechanische Lager zeichnen sich durch zwei oder mehr gegeneinander bewegliche Bauteile aus. Dabei kommt in der Regel ein Schmierstoff, etwa ein Öl oder Fett, zwischen den Bauteilen zum Einsatz. Der Schmierstoff verhindert insbesondere Reibung und Verschleiß der Bauteile bei einem Betrieb des Lagers. Dazu ist eine vorteilhafte Ausbildung eines Schmierfilms, und insbesondere eine Dicke des Schmierstoffs bzw. des Schmierfilms von Bedeutung. Eine wichtige Eigenschaft des Schmierstoffs ist dabei seine Viskosität, die ein Maß für eine Zähflüssigkeit des Schmierstoffs darstellt. Im Verlauf eines Betriebs des Lagers unterliegt der Schmierstoff in der Regel einer Veränderung seiner Viskosität. Mechanical bearings are characterized by two or more components that move in opposite directions. A lubricant, such as oil or grease, is usually used between the components. In particular, the lubricant prevents friction and wear of the components when the bearing is in operation. For this purpose, an advantageous formation of a lubricating film, and in particular a thickness of the lubricant or the lubricating film, is important. An important property of the lubricant is its viscosity, which is a measure of how viscous the lubricant is. In the course of operation of the bearing, the lubricant is generally subject to a change in its viscosity.
Zur Bestimmung der Dicke des Schmierstoffs sowie einiger anderer für den Betrieb des Lagers wichtiger Eigenschaften sind eine Reihe von Verfahren bekannt. Ein Beispiel aus der Patentliteratur liefert dazu etwa das Dokument JP2001311427A, das durch Messung einer Schmierfilmdicke und Vergleich mit zuvor aufgenommenen Daten eine Qualität des Schmiermittels und daraus eine Lebensdauer des Lagers abschätzt. Hingegen erweist sich eine Bestimmung der Viskosität eines sich bereits im Lager befindlichen Schmierstoffs in der Praxis als aufwendig. Zu einer genauen Bestimmung der Viskosität ist in der Regel eine Entnahme des Schmierstoffs und dessen Analyse in einem Labor notwendig. Alternativ kann die Viskosität beispielsweise aus dem Lagerverhalten geschätzt oder auch aus theoretischen Überlegungen vorausberechnet werden. Diese Alternativen können allerdings nur ein ungenaues Ergebnis liefern, da in der Regel eine Vielzahl von Faktoren und Mechanismen, welche die Veränderung des Schmierstoffs beeinflussen oder beeinflussen können, unbekannt sind. A number of methods are known for determining the thickness of the lubricant, as well as some other properties important to the operation of the bearing. An example from the patent literature is provided by document JP2001311427A, which estimates the quality of the lubricant and, from this, the service life of the bearing by measuring a lubricating film thickness and comparing it with previously recorded data. On the other hand, determining the viscosity of a lubricant that is already in storage proves to be time-consuming in practice. In order to determine the viscosity precisely, it is usually necessary to take the lubricant and analyze it in a laboratory. Alternatively, the viscosity can be estimated from the storage behavior, for example, or can also be precalculated from theoretical considerations. However, these alternatives can only provide an inaccurate result, since there are usually a large number of factors and mechanisms that cause the change in the Lubricant affect or can affect, are unknown.
Es besteht somit ein Bedarf nach Verfahren, die Viskosität eines Schmierstoffs in einem Lager, insbesondere in einem Gleit- oder Wälzlager, zu bestimmen, ohne den Schmierstoff aus dem Lager entfernen zu müssen. There is therefore a need for a method for determining the viscosity of a lubricant in a bearing, in particular in a plain or roller bearing, without having to remove the lubricant from the bearing.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG BRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION
Dieses Ziel wird zumindest teilweise durch ein Verfahren nach Anspruch 1, ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 7 und eine Vorrichtung nach Anspruch 8 erreicht. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf vorteilhafte Weiterbildungen der Gegenstände der nebengeordneten Ansprüche. This object is achieved at least in part by a method according to claim 1, a computer program product according to claim 7 and an apparatus according to claim 8. The dependent claims relate to advantageous developments of the subject matter of the independent claims.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bestimmen einer Viskosität eines beispielsweise Öl oder Fett enthaltenden Schmierstoffs in einem Lager mit zwei Bauteilen, die ausgebildet sind, um gegeneinander (d.h. relativ zueinander) eine Bewegung auszuführen, wobei die Bauteile bei der Ausführung der Bewegung durch den Schmierstoff geschmiert werden bzw. sind. The present invention relates to a method for determining a viscosity of a lubricant containing oil or grease, for example, in a bearing with two components which are designed to move against one another (ie relative to one another), the components performing the movement by be or are lubricated by the lubricant.
Das Verfahren umfasst zunächst ein Ermitteln einer Übergangsgeschwindigkeit für die Bewegung der Bauteile, bei welcher ein Ausklinkpunkt und somit ein Übergang zwischen einer Mischreibung und einer Flüssigkeitsreibung vorliegt. Aus der Fachliteratur ist bekannt, dass Reibung zwischen den durch den Schmierstoff geschmierten Bauteilen von der relativen Geschwindigkeit zwischen den Bauteilen abhängt. Die Reibung kann dazu durch einen Reibungskoeffizienten beschrieben werden, für den sich im geschmierten Lager eine Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Bauteile gegeneinander ergibt, die auch als Stribeck- Kurve bezeichnet wird. Die Stribeck- Kurve zeigt einen zunächst mit wachsender Geschwindigkeit flachen und dann monoton abfallenden Verlauf des Reibungskoeffizienten, der schließlich nach einem Passieren eines Minimalwerts wieder ansteigt. In dieser Unterteilung der Stribeck- Kurve entspricht der flache Bereich einer Grenzreibung bzw. -Schmierung, der sich daran anschließende abfallende Bereich der bereits erwähnten Mischreibung bzw. Teilschmierung (Mischung aus Grenzreibung und hydrodynamischer Reibung), und der nach dem Minimum ansteigende Bereich der ebenfalls bereits erwähnten Flüs- sigkeits- oder hydrodynamischen Reibung bzw. Filmreibung. Der Übergang von Misch- zu Flüssigkeitsreibung, markiert durch das Minimum des Reibungskoeffizienten, wird als Ausklinkpunkt bezeichnet. Dem Ausklinkpunkt entspricht somit eine bestimmte, hier als Übergangsgeschwindigkeit bezeichnete Relativgeschwindigkeit der Bauteile. In Ausführungsformen des Verfahrens wird der Minimalwert des Reibungskoeffizienten, und somit Ausklinkpunkt und Übergangsgeschwindigkeit, durch Inspektion eines Reibungsverlaufs während einer kontrollierten Beschleunigung der Bauteile gegeneinander bestimmt. The method initially includes determining a transition speed for the movement of the components, at which there is a release point and thus a transition between mixed friction and fluid friction. It is known from the technical literature that the friction between the components lubricated by the lubricant depends on the relative speed between the components. For this purpose, the friction can be described by a friction coefficient, which in the lubricated bearing depends on the speed of the components relative to one another, which is also known as the Stribeck curve. The Stribeck curve shows a course of the coefficient of friction that is initially flat with increasing speed and then decreases monotonously, which finally increases again after a minimum value has been passed. In this subdivision of the Stribeck curve, the flat area corresponds to boundary friction or lubrication, the adjoining sloping area to the already mentioned mixed friction or partial lubrication (mixture of boundary friction and hydrodynamic friction), and the after the minimum, the area of the liquid or hydrodynamic friction or film friction that also increases, as already mentioned. The transition from mixed to liquid friction, marked by the minimum of the friction coefficient, is called the release point. A specific relative speed of the components, referred to here as the transition speed, thus corresponds to the release point. In embodiments of the method, the minimum value of the coefficient of friction, and thus the release point and transition speed, is determined by inspecting a course of friction during a controlled acceleration of the components against one another.
Ein weiterer Schritt des Verfahrens umfasst ein Bestimmen einer Viskosität des Schmierstoffs, basierend auf der ermittelten Übergangsgeschwindigkeit. Aus theoretischen Überlegungen lässt sich am Ausklinkpunkt ein Zusammenhang zwischen der Viskosität und der Übergangsgeschwindigkeit herstellen, in welchen zur Bestimmung der Viskosität darüber hinaus lediglich weitere Materialkonstanten des Schmierstoffs und der Bauteile, eine Last des vorliegenden Lagers, eine Temperatur sowie geometrische Größen des Lagers eingehen. Diese Größen können bereits durch Umstände einer Verfahrensdurchführung, insbesondere auch als tabellierte Eigenschaften, bekannt sein; ihre Bestimmung ist in diesem Sinne nicht notwendigerweise Gegenstand des Verfahrens. Der Zusammenhang zwischen der Viskosität und der Geschwindigkeit der Bauteile basiert zudem auf der theoretischen Grundlage, dass eine Dicke des Schmierstoffs (Schmierfilmdicke) zwischen den Bauteilen am Ausklinkpunkt, also bei Übergangsgeschwindigkeit, durch Rauheitskoeffizienten der Bauteile festgelegt ist. In der Fachliteratur wird der Ausklinkpunkt über diesen Zusammenhang zwischen der Dicke des Schmierstoffs und jeweils eines Rauheitskoeffizienten der beiden Bauteile definiert. Bei Rauheitskoeffizienten handelt es sich um in der Regel tabellierte Materialkonstanten der Bauteile. Sind sie bekannt, ist somit die Dicke des Schmierstoffs am Ausklinkpunkt für das vorliegende Lager bestimmt. A further step of the method includes determining a viscosity of the lubricant based on the determined transition speed. From theoretical considerations, a connection between the viscosity and the transition speed can be established at the release point, in which only other material constants of the lubricant and the components, a load of the existing bearing, a temperature and geometric variables of the bearing are included to determine the viscosity. These variables can already be known from the circumstances of a method implementation, in particular as tabulated properties; their determination is not necessarily the subject of the procedure in this sense. The connection between the viscosity and the speed of the components is also based on the theoretical basis that the thickness of the lubricant (lubricating film thickness) between the components at the release point, i.e. at the transition speed, is determined by the roughness coefficients of the components. In the specialist literature, the release point is defined via this relationship between the thickness of the lubricant and a roughness coefficient of each of the two components. Roughness coefficients are usually tabulated material constants of the components. If they are known, the thickness of the lubricant at the release point for the bearing in question is determined.
Optional umfasst das Ermitteln der Übergangsgeschwindigkeit weiter ein Messen eines elektrischen Widerstands durch das Lager, wobei das Ermitteln der Übergangsgeschwindigkeit bzw. des Ausklinkpunkts basierend auf dem elektrischen Widerstand durchgeführt wird. Der elektrische Widerstand kann insbesondere eine Impedanz sein. Vorteilhafterweise sind dazu die Bauteile im Ver- gleich zum Schmierstoff elektrisch gut leitend. Für das Messen des elektrischen Widerstands durch das Lager sind verschiedene Vorrichtungen im Stand der Technik bekannt. Insbesondere kann dazu ein Strom durch das Lager geleitet werden. Der elektrische Widerstand durch das Lager kann insbesondere indirekt, etwa durch einen Spannungsabfall über einen Referenzwiderstand, gemessen werden. In Ausführungsformen des Verfahrens kann dies beispielsweise mit Hilfe einer im Stand der Technik bekannten Abtastvorrichtung und eines damit verbundenen Oszilloskops erfolgen. Optionally, determining the transition speed further includes measuring an electrical resistance through the bearing, wherein the determination of the transition speed or release point is performed based on the electrical resistance. The electrical resistance can in particular be an impedance. Advantageously, the components in relation to Electrically highly conductive in the same way as the lubricant. Various devices are known in the prior art for measuring the electrical resistance through the bearing. In particular, a current can be passed through the bearing for this purpose. The electrical resistance through the bearing can in particular be measured indirectly, for example by a voltage drop across a reference resistor. In embodiments of the method, this can be done, for example, with the aid of a scanning device known in the prior art and an oscilloscope connected thereto.
Vorteilhafterweise wird der elektrische Widerstand gemessen, während die Bauteile gegeneinander beschleunigt werden, so dass die Bauteile sukzessive ein Intervall von Geschwindigkeiten durchlaufen, welches die Übergangsgeschwindigkeit einschließt. Der elektrische Widerstand ist abhängig vom Reibungszustand der geschmierten Bauteile, der von der Geschwindigkeit der Bauteile gegeneinander mitbestimmt ist. Insbesondere kann der elektrische Widerstand im Bereich der Mischreibung zwischen einem bei gegenseitiger Berührung der Bauteile auftretenden Minimalwert und einem durch einen Film des dielektrischen Schmierstoffs zwischen den Bauteilen bewirkten Maximalwert oszillieren, mit einem von der Geschwindigkeit der Bauteile abhängigen Wechsel. Mit zunehmender Geschwindigkeit entwickelt sich ab dem Ausklinkpunkt durch den Schmierstoff eine stabile Isolation zwischen den Bauteilen, und der elektrische Widerstand steigt mit zunehmender Geschwindigkeit an. Bei der Beschleunigung der Bauteile sind eine Temperatur im Lager und eine Last auf den Bauteilen bzw. dem Lager vorteilhafterweise konstant zu halten. Advantageously, the electrical resistance is measured while the components are being accelerated relative to each other so that the components successively pass through an interval of speeds that includes the transition speed. The electrical resistance depends on the state of friction of the lubricated components, which is also determined by the speed of the components relative to one another. In particular, the electrical resistance in the area of mixed friction can oscillate between a minimum value occurring when the components touch one another and a maximum value caused by a film of dielectric lubricant between the components, with a change dependent on the speed of the components. With increasing speed, a stable insulation develops between the components from the release point due to the lubricant, and the electrical resistance increases with increasing speed. When accelerating the components, a temperature in the bearing and a load on the components or the bearing must advantageously be kept constant.
Ferner kann das Ermitteln der Übergangsgeschwindigkeit, alternativ oder zusätzlich zu dem Messen des elektrischen Widerstands durch das Lager, ein Bestimmen einer prozentualen Kontaktzeit (Percentage of Contact Time, PCT) der beiden Bauteile umfassen. Im Bereich der Mischreibung berühren sich die Bauteile während der Bewegung über Rauheitsspitzen, also Unebenheiten ihrer jeweiligen Oberflächen. Ein Grad der Berührung wird durch die prozentuale Kontaktzeit angegeben. Die prozentuale Kontaktzeit basiert auf einem Verhältnis zwischen einer Zeit, zu der sich die Bauteile bei fester Geschwindigkeit über Unebenheiten ihrer Oberfläche berühren, und einer Zeit, in welcher die Bauteile getrennt laufen. In einem idealen Modell fällt die prozentuale Kontaktzeit im Bereich der Mischreibung zum Ausklinkpunkt auf o% ab. Zur Bestimmung des Ausklinkpunkts kann ein Schwellwert für die sich aus der Messung prozentualen Kontaktzeit, beispielsweise io%, festgelegt werden, bei dessen Unterschreiten der Ausklinkpunkt in für die Ausführungsform des Verfahrens hinreichend guter Näherung erreicht ist. Der Schwellwert kann je nach Anforderung an eine Genauigkeit des Verfahrensergebnisses angepasst werden. Furthermore, as an alternative or in addition to measuring the electrical resistance through the bearing, determining the transition speed may include determining a percentage of contact time (PCT) of the two components. In the area of mixed friction, the components touch each other during movement via roughness peaks, i.e. unevenness on their respective surfaces. A degree of touch is indicated by percent contact time. The percentage of contact time is based on a ratio between a time that the components touch each other at a fixed speed over bumps on their surface and a time that the components run separately. In an ideal model, the percent contact time falls in the Range of mixed friction to release point down to 0%. In order to determine the release point, a threshold value for the percentage of contact time resulting from the measurement, for example 10%, can be defined, below which the release point is reached in a sufficiently good approximation for the embodiment of the method. Depending on the requirement, the threshold value can be adapted to an accuracy of the method result.
In Ausführungsformen des Verfahrens, in denen das Ermitteln der Übergangsgeschwindigkeit das Messen eines elektrischen Widerstands durch das Lager umfasst, kann für Geschwindigkeiten, bei denen Mischreibung vorliegt, der elektrische Widerstand zwischen einem der Grenzreibung entsprechenden und einem der hydrodynamischen Reibung entsprechenden Wert oszillieren. Die prozentuale Kontaktzeit kann dann auf einem Verhältnis zweier jeweils einem der Werte entsprechenden zeitlichen Anteile basieren. In embodiments of the method in which determining the transition speed comprises measuring an electrical resistance through the bearing, for speeds at which mixed friction is present, the electrical resistance may oscillate between a value corresponding to boundary friction and a value corresponding to hydrodynamic friction. The percentage of contact time can then be based on a ratio of two portions of time that each correspond to one of the values.
Optional basiert das Messen des elektrischen Widerstands auf einer berührenden, resistiven Kontaktierung eines der Bauteile. Die Kontaktierung insbesondere eines gegenüber einer Messvorrichtung bewegten Bauteils, wie etwa einer Welle in einem Drehlager, kann dabei beispielsweise über einen Schleif- oder auch einen Quecksilberkontakt geschehen. Alternativ oder zusätzlich kann das Messen des Verlaufs des elektrischen Widerstands auch auf einem kontaktlosen, kapazitiven Koppeln an eines der Bauteile basieren. Insbesondere für ein gegen die Messvorrichtung bewegtes Bauteil ist diese Form der Kontaktierung vorteilhaft, da im Unterschied zur resistiven Kontaktierung Fehlerquellen wie etwa eine Thermospannung, ein Kontaktrauschen, mechanische Reibung oder eine temperaturabhängige Drift des elektrischen Widerstands entfallen können. Alternativ oder zusätzlich kann das Messen des Verlaufs des elektrischen Widerstands zudem auch auf einer telemetrischen Signalübertragung basieren. Eine telemetrische Signalübertragung kann insbesondere bei langsam rotierenden Drehlagern vorteilhaft sein. Optionally, the measurement of the electrical resistance is based on a touching, resistive contact of one of the components. The contacting, in particular of a component that is moved in relation to a measuring device, such as a shaft in a rotary bearing, can take place, for example, via a sliding contact or else a mercury contact. Alternatively or additionally, the measurement of the course of the electrical resistance can also be based on a contactless, capacitive coupling to one of the components. This form of contacting is particularly advantageous for a component moving against the measuring device, since, in contrast to resistive contacting, sources of error such as thermal voltage, contact noise, mechanical friction or temperature-dependent drift of the electrical resistance can be eliminated. Alternatively or additionally, the measurement of the course of the electrical resistance can also be based on a telemetric signal transmission. A telemetric signal transmission can be particularly advantageous for slowly rotating rotary bearings.
Optional umfasst das Verfahren weiter ein Messen einer Temperatur im oder am Lager, und/ oder ein Messen einer Last, die auf das Lager einwirkt. Diese beiden Größen sind zur Bestimmung der Viskosität in der Regel wichtig. Für eine Ermittlung dieser Größen sind im Stand der Technik jeweils Verfahren bekannt. Insbesondere kann die Last des Lagers beispielsweise vor oder während dem Ermitteln der Übergangsgeschwindigkeit durch ein Bewegen der Bauteile gegeneinander bei gleichzeitigem Übertragen eines Stromsignals und Ermitteln eines elektrischen Widerstands bzw. einer Impedanz festgestellt werden. Eine Messung kann aber auch aufgrund äußerer Umstände wie beispielsweise einer kontrollierten Atmosphäre oder einer etwa einem Wartungsstandard folgenden Lagerlast, durch welche die Größen bereits bekannt sind und somit zur Bestimmung der Viskosität verwendet werden können, entfallen. Optionally, the method further includes measuring a temperature in or on the bearing and/or measuring a load acting on the bearing. These two variables are usually important for determining viscosity. Methods for determining these variables are known in the prior art. In particular, the load of the bearing can be determined, for example, before or during the determination of the transition speed by moving the components against one another while simultaneously transmitting a current signal and determining an electrical resistance or an impedance. However, a measurement can also be omitted due to external circumstances such as a controlled atmosphere or a bearing load that follows a maintenance standard, for example, as a result of which the variables are already known and can therefore be used to determine the viscosity.
Optional wird das Bestimmen der Viskosität parameterabhängig auf einem oder mehreren der folgenden Parameter basierend ausgeführt: einem Rauwert der Bauteile, einer relativen Geschwindigkeit, zumindest einer Schmierstoffeigenschaft, und/oder zumindest einer Lagereigenschaft. Bei der Lagereingenschaft kann es sich insbesondere um eine geometrische Eigenschaft handeln. Optionally, the viscosity is determined as a function of parameters based on one or more of the following parameters: a roughness value of the components, a relative speed, at least one lubricant property, and/or at least one bearing property. The bearing property can in particular be a geometric property.
Optional ist das Lager ein Drehlager und eines der Bauteile eine Welle. Bei dem Drehlager kann es sich beispielsweise um ein Radiallager, aber auch um ein Axiallager handeln. Für ein Drehlager kann die Geschwindigkeit der Bewegung der Bauteile als eine Drehzahl angegeben sein. Optionally, the bearing is a pivot bearing and one of the components is a shaft. The pivot bearing can be a radial bearing, for example, but also an axial bearing. For a pivot bearing, the speed of movement of the components can be specified as a speed.
Optional ist das Lager ein Wälzlager oder ein Gleitlager. Optionally, the bearing is a roller bearing or a plain bearing.
Ausführungsformen des vorgestellten Verfahrens beziehen sich auch auf ein Computerprogrammprodukt mit darauf gespeichertem Softwarecode, welches bei Ausführung des Softwarecodes durch eine datenverarbeitende Maschine dazu vorgesehen ist, dass ein Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche durchgeführt wird. Embodiments of the method presented also relate to a computer program product with software code stored thereon, which is provided when the software code is executed by a data processing machine so that a method according to one of the preceding claims is carried out.
Zudem bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Viskosität eines Schmierstoffs in einem Lager mit zwei Bauteilen, die ausgebildet sind, umeine relative Bewegung auszuführen, wobei die Bauteile zur Ausführung der Bewegung durch den Schmierstoff geschmiert werden. Die Vorrichtung umfasst ein Ermittlungsmodul, das ausgebildet ist, um eine Übergangsgeschwindigkeit der Bewegung der Bauteile, bei welcher ein Ausklinkpunkt und somit ein Übergang zwischen einer Mischreibung und einer Flüssigkeitsrei- bung vorliegt, zu ermitteln. Weiter umfasst die Vorrichtung ein Identifikationsmodul, das ausgebildet ist, um eine Dicke des Schmierstoffs zwischen den Bauteilen bei Übergangsgeschwindigkeit zu identifizieren. Zudem umfasst die Vorrichtung ein Verarbeitungsmodul, das ausgebildet ist, um basierend auf der Übergangsgeschwindigkeit und der Dicke des Schmierstoffs die Viskosität des Schmierstoffs zu bestimmen. Das Verarbeitungsmodul kann insbesondere ein Computerprogrammprodukt zu einer automatischen Durchführung des Verfahrens enthalten. In addition, the present invention relates to a device for determining a viscosity of a lubricant in a bearing with two components which are designed to perform a relative movement, the components being lubricated by the lubricant to perform the movement. The device includes a determination module that is designed to determine a transition speed of the movement of the components at which a release point and thus a transition between mixed friction and liquid friction exercise is available to determine. The device also includes an identification module that is designed to identify a thickness of the lubricant between the components at the transition speed. In addition, the device includes a processing module that is configured to determine the viscosity of the lubricant based on the transition speed and the thickness of the lubricant. In particular, the processing module can contain a computer program product for automatically carrying out the method.
Optional umfasst das Ermittlungsmodul ein Geschwindigkeitsmessmodul, das ausgebildet ist, um eine Geschwindigkeit der Bewegung der Bauteile zu messen. Bei einem Drehlager kann dies etwa ein Gerät zur Erfassung der Drehzahl sein; die Vorrichtung kann jedoch auch lediglich zu einer manuellen Eingabe der anderweitig bestimmten (etwa am Lager abgelesenen) Drehzahl ausgebildet sein. Weiter umfasst das Ermittlungsmodul dann ein Widerstandsmessmodul, das ausgebildet ist, um eine erste elektrische Verbindung zu einem ersten der beiden Bauteile sowie eine zweite elektrische Verbindung zu einem zweiten der beiden Bauteile herzustellen, über die erste elektrische Verbindung und die zweiten elektrischen Verbindung einen Strom zwischen dem ersten Bauelement und dem zweiten Bauelement zu erzeugen und einen elektrischen Widerstand zu messen. Insbesondere kann das Widerstandsmessmodul ausgebildet sein, um den elektrischen Widerstand über einen Abfall einer Spannung über das Lager oder über einen geeignet geschalteten Referenzwiderstand zu messen. Zudem umfasst das Ermittlungsmodul dann ein Auswertemodul, das ausgebildet ist, um die Geschwindigkeit und den elektrischen Widerstand zu empfangen und daraus die Übergangsgeschwindigkeit zu ermitteln. Optionally, the determination module includes a speed measurement module that is designed to measure a speed of movement of the components. In the case of a rotary bearing, this can be a device for measuring the speed; however, the device can also only be designed for manual input of the rotational speed determined in some other way (e.g. read from the bearing). The determination module then also includes a resistance measuring module, which is designed to establish a first electrical connection to a first of the two components and a second electrical connection to a second of the two components, via the first electrical connection and the second electrical connection a current between the to generate the first component and the second component and to measure an electrical resistance. In particular, the resistance measuring module can be designed to measure the electrical resistance via a drop in voltage across the bearing or via a suitably connected reference resistor. In addition, the determination module then includes an evaluation module that is designed to receive the speed and the electrical resistance and to determine the transition speed therefrom.
Zusammenfassend dient das vorliegende Verfahren einer Messung der Schmierstoffviskosität im Betrieb von Wälz- und Gleitlagern, wie sie bisher nur per Ölanalyse im Labor möglich ist. Die Messung des elektrischen Widerstands von Wälzlagern ist abhängig vom Reibungszustand. Bei Grenz- oder Mischreibung berühren sich Rauheitsspitzen, und der elektrische Widerstand ist sehr klein. Sobald hydrodynamische Reibung vorliegt, steigt der Widerstand sehr stark an. Dieser Wechsel wird Ausklinkpunkt genannt. Bei konstanten Betriebsbedingungen von Last und Temperatur kann bei einem Hochlauf einer Drehzahl des La- gers von o bis zu einer Betriebsdrehzahl der elektrische Widerstand parallel gemessen werden. Bei der Drehzahl, an welcher der elektrische Widerstand plötzlich stark steigt, ist der Ausklinkpunkt erreicht. Der Ausklinkpunkt wird definiert als der Punkt, an dem die Schmierfilmdicke der Wurzel aus der Summe der Quadrate der Rauheit entspricht. Somit ist an diesem Punkt die Schmierfilmdicke bekannt. Die Berechnung der Schmierfilmdicke hängt neben der bekannten Geometrie, Drehzahl Temperatur und Last somit nur noch von der Unbekannten Schmierstoffviskosität ab. Somit kann die Viskosität des Schmierstoffs über dieses Verfahren als einzige Unbekannte in der Gleichung zur Berechnung der Schmierfilmdicke bestimmt werden. Neu ist dabei insbesondere die Nutzung des Ausklinkpunkt als festem Referenzpunkt für die Schmierfilmdicke. In summary, the present method is used to measure the lubricant viscosity in the operation of roller and plain bearings, which was previously only possible using oil analysis in the laboratory. The measurement of the electrical resistance of rolling bearings depends on the state of friction. In the case of boundary or mixed friction, roughness peaks touch and the electrical resistance is very small. As soon as there is hydrodynamic friction, the resistance increases very sharply. This change is called the release point. Under constant load and temperature operating conditions, a speed of the load can gers from 0 to an operating speed, the electrical resistance can be measured in parallel. The release point is reached at the speed at which the electrical resistance suddenly increases sharply. The release point is defined as the point at which the lubricating film thickness equals the square root of the sum of the squares of the roughness. Thus, at this point, the lubricating film thickness is known. In addition to the known geometry, speed, temperature and load, the calculation of the lubricating film thickness only depends on the unknown lubricant viscosity. Thus, using this method, the viscosity of the lubricant can be determined as the only unknown in the equation for calculating the lubricant film thickness. The use of the release point as a fixed reference point for the thickness of the lubricating film is particularly new.
Da eine konventionelle Analyse im Labor insbesondere aufgrund des Personalaufwands unwirtschaftlich ist, wird bisher bei Lagern nur selten eine regelmäßige Messung der Viskosität durchgeführt. Die bisherigen Rechnungen oder Abschätzungen sind meist ungenau, da oft viele Einflussfaktoren unbekannt sind. Das vorgestellte Verfahren bietet den Vorteil, dass die Viskosität des Schmierstoffs im laufenden Betrieb des Lagers gemessen werden kann und nicht mehr zeit- und kostenaufwändig im Labor durchgeführt werden muss. Since a conventional analysis in the laboratory is uneconomical, particularly due to the labor costs, regular viscosity measurements have only rarely been carried out on bearings. Previous calculations or estimates are mostly imprecise, since many influencing factors are often unknown. The presented method offers the advantage that the viscosity of the lubricant can be measured during operation of the bearing and no longer has to be carried out in the laboratory, which is time-consuming and costly.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen der unterschiedlichen Ausführungsbeispiele, die jedoch nicht so verstanden werden sollten, dass sie die Offenbarung auf die spezifischen Ausführungsformen einschränken, sondern lediglich der Erklärung und dem Verständnis dienen. The embodiments of the present invention will be better understood from the following detailed description and the accompanying drawings of the various embodiments, which, however, should not be taken to limit the disclosure to the specific embodiments used for explanation and understanding only.
Fig. i illustriert Schritte eines Ausführungsbeispiels für ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung. Fig. i illustrates steps of an embodiment for a method according to the present invention.
Fig. 2 zeigt einen Zusammenhang zwischen Schmierfilmdicke und Reibung zwischen zwei gegeneinander beweglichen Bauteilen eines Lagers. Fig. 3 zeigt einen Ersatzschaltkreis für ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. 2 shows a relationship between the thickness of the lubricating film and the friction between two components of a bearing that can move relative to one another. FIG. 3 shows an equivalent circuit for an exemplary embodiment of a device for carrying out the method.
Fig. 4 zeigt Messkurven einer Spannung über einen zum Lager seriell geschalteten Widerstand, während die Bauteile des Lagers eine beschleunigte Bewegung ausführen. 4 shows measured curves of a voltage across a resistor connected in series with the bearing, while the components of the bearing execute an accelerated movement.
Fig. 5 illustriert für verschiedene Schmierstoffe eine prozentuale Kontaktzeit in Abhängigkeit von einer durch eine Drehzahl beschriebene Geschwindigkeit zwischen den Bauteilen. 5 illustrates a percentage of contact time for various lubricants as a function of a speed between the components that is described by a rotational speed.
Fig. 6 illustriert nach einem Ausführungsbeispiel des vorliegenden Verfahrens gemessene Viskositäten von Schmierstoffen im Vergleich zu tabellierten Werten, und eine nur durch das Verfahren bestimmte Veränderung einer Viskosität durch eine Alterung des Schmierstoffs. 6 illustrates measured viscosities of lubricants compared to tabulated values according to an embodiment of the present method, and a change in viscosity due to aging of the lubricant determined solely by the method.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DETAILED DESCRIPTION
Fig. 1 illustriert Schritte eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren dient einem Bestimmen einer Viskosität eines Schmierstoffs in einem Lager. Das Lager umfasst zwei Bauteile, die ausgebildet sind, um gegeneinander eine Bewegung auszuführen, wobei die Bauteile bei der Bewegung durch den Schmierstoff geschmiert sind. 1 illustrates steps of a method according to the present invention. The method serves to determine a viscosity of a lubricant in a bearing. The bearing comprises two components which are designed to move relative to one another, the components being lubricated by the lubricant during movement.
Ein erster Schritt des Verfahrens umfasst ein Ermitteln Sno einer Übergangsgeschwindigkeit für die Bewegung der Bauteile, bei welcher ein Ausklinkpunkt und somit ein Übergang zwischen einer Mischreibung und einer Flüssigkeitsreibung vorliegt. In einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens weisen die Bauteile metallisches Material auf, und das Ermitteln Sno umfasst ein Messen eines elektrischen Widerstands durch das Lager. Der elektrische Widerstand durch das Lager hängt dabei insbesondere von einem Zustand des Schmierstoffs zwischen den Bauteilen ab. Unterschiedliche Geschwindigkeiten der Bewegung der Bauteile bedingen unterschiedliche Zustände des Schmierstoffs. Das Messen des elektrischen Widerstands, beispielsweise während einer gleichmäßig ansteigenden Geschwindigkeit, erlaubt daher ein Rückschließen auf den Ausklinkpunkt. Dieser tritt bei der Übergangsgeschwindigkeit auf und ist durch ein Ansteigen des elektrischen Widerstands für höhere Geschwindigkeiten als die Übergangsgeschwindigkeit bestimmbar. A first step of the method includes determining Sno a transition speed for the movement of the components at which there is a release point and thus a transition between mixed friction and fluid friction. In one embodiment of the method, the components include metallic material, and determining Sno includes measuring an electrical resistance through the bearing. The electrical resistance through the bearing depends in particular on the condition of the lubricant between the components. Different speeds of movement of the components cause different states of the lubricant. Measuring the electrical resistance, for example during a steadily increasing speed, therefore allows conclusions to be drawn about the release point. This occurs at the transition speed and is determinable by an increase in electrical resistance for speeds higher than the transition speed.
Das Verfahren umfasst zudem ein Bestimmen S120 der Viskosität des Schmier- Stoffs aus der Übergangsgeschwindigkeit und der Dicke des Schmierstoffs. DasThe method also includes determining S120 the viscosity of the lubricant from the transition speed and the thickness of the lubricant. The
Bestimmen S120 verlangt eine Kenntnis einer Temperatur im Lager und einer Last auf die Bauteile, welche auch als Teil des Verfahrens bestimmt werden können. Für ein Wälzlager, in welchem eines der Bauteile ein Wälzkörper und das andere der Bauteile eine Laufbahn ist, gilt am Ausklinkpunkt der Zusammen- hang
Figure imgf000012_0001
Determining S120 requires knowledge of a temperature in the bearing and a load on the components, which may also be determined as part of the method. For a rolling bearing in which one of the components is a rolling element and the other of the components is a raceway, the relationship applies at the release point
Figure imgf000012_0001
Die hierbei auftretenden Konstanten sind der folgenden Tabelle zu entnehmen:
Figure imgf000012_0002
Figure imgf000013_0002
The constants occurring here can be found in the following table:
Figure imgf000012_0002
Figure imgf000013_0002
Für Größen nach Chu und Cameron vgl. zusammenfassend etwa K. Witt, Technische Hogeschool Eindhoven, 1974, https://doi.org/1o.61oo/IR161o8 ; S. 84 f. For sizes according to Chu and Cameron see K. Witt, Technische Hogeschool Eindhoven, 1974, https://doi.org/1o.61oo/IR161o8; p. 84 f.
Fig. 2 zeigt einen Zusammenhang 10 zwischen einer spezifischen Schmierfilmdicke A und einer Reibung zwischen zwei gegeneinander beweglichen Bauteilen 121, 122 eines Lagers. Der Zusammenhang 10 stellt eine theoretische Grundlage der Formel (1) in der Beschreibung der Figur 1 dar. Die spezifische Schmierfilmdicke A ist ein dimensionsloses Maß für die Dicke des Schmierstoffs, h, und mit letzterer verbunden durch die Beziehung
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2 shows a relationship 10 between a specific lubricating film thickness A and a friction between two components 121, 122 of a bearing that can move relative to one another. Relationship 10 represents a theoretical basis of formula (1) in the description of Figure 1. Lubricant film specific thickness A is a dimensionless measure of the thickness of the lubricant, h, and related to the latter by the relationship
Figure imgf000013_0001
Hierbei ist Rq l ein Mittenrauwert einer Oberfläche des ersten Bauteils 121, und Ra 2 ist ein Mittenrauwert einer Oberfläche des zweiten Bauteils 122. Der Zu- sammenhang 10 zwischen der spezifischen Schmierfilmdicke A und der Reibung weist drei Bereiche auf, die jeweils einem der Fälle Grenz-, Misch- und Flüssigkeitsreibung entsprechen. An der Grenze der Bereiche zwischen Mischreibung und Flüssigkeitsreibung liegt der Ausklinkpunkt. Größere Werte der spezifischen Schmierfilmdicke entsprechen dabei größeren Geschwindigkeiten der Bewegung der Bauteile 121, 122. Die drei Bereiche sowie der Wert der spezifischen Schmierfilmdicke A am Ausklinkpunkt können der folgenden Tabelle entnom- men werden:
Figure imgf000014_0001
Here, R ql is an average roughness of a surface of the first member 121, and R a 2 is an average roughness of a surface of the second member 122. The relationship 10 between the specific lubricating film thickness A and the friction has three regions, each of which is one of the cases Boundary, mixed and liquid friction correspond. The release point is at the border of the areas between mixed friction and fluid friction. Larger values of the specific lubricating film thickness correspond to higher speeds of movement of the components 121, 122. The three areas and the value of the specific lubricating film thickness A at the release point can be taken from the following table. men will:
Figure imgf000014_0001
Ein erstes eingesetztes Bild A illustriert eine Situation zwischen den gegeneinander bewegten Bauteilen 121, 122 im Bereich der Mischreibung. Zu sehen ist in einem unteren Teil des ersten eingesetzten Bildes A ein Querschnitt durch die Bauteile 121, 122 und den dazwischenliegenden Schmierstoff 125. Eine Bewegung der Bauteile 121, 122 ist durch Pfeile markiert. Unebenheiten (Rauheitsspitzen) der Bauteile 121, 122 berühren sich. Für einen elektrischen Strom, der durch das Lager von einem der Bauteile 121, 122 zum anderen fließt, kann das Lager wie ein ohmscher Widerstand wirken, hier verdeutlicht durch eine Schaltbilddarstellung eines ohmschen Widerstands R. A first inserted image A illustrates a situation between the components 121, 122 moving relative to one another in the area of mixed friction. A cross section through the components 121, 122 and the lubricant 125 lying between them can be seen in a lower part of the first inserted image A. A movement of the components 121, 122 is marked by arrows. Unevenness (roughness peaks) of the components 121, 122 touch. For an electrical current that flows through the bearing from one of the components 121, 122 to the other, the bearing can act like an ohmic resistance, illustrated here by a circuit diagram of an ohmic resistance R.
Ein zweites eingesetztes Bild B illustriert eine Situation zwischen den gegeneinander bewegten Bauteilen 121, 122 im Bereich der Flüssigkeitsreibung. Zu sehen ist in einem unteren Teil des zweiten eingesetzten Bildes 2 ein Querschnitt durch die Bauteile 121, 122 und den dazwischenliegenden Schmierstoff 125. Eine Bewegung der Bauteile 121, 122 ist durch Pfeile markiert. Hier sind die Bauteile 121, 122 durch den Schmierstoff 125 getrennt; Unebenheiten (Rauheitsspitzen) der Bauteile 121, 122 berühren sich nicht. Für einen elektrischen Strom, der durch das Lager von einem der Bauteile 121, 122 zum anderen fließt, kann das Lager wie ein kapazitiver Widerstand bzw. eine Impedanz wirken, hier verdeutlicht durch eine Schaltbilddarstellung eines Kondensators C. A second inserted image B illustrates a situation between the components 121, 122 moving against one another in the area of fluid friction. A cross section through the components 121, 122 and the lubricant 125 lying between them can be seen in a lower part of the second inserted image 2. A movement of the components 121, 122 is marked by arrows. Here the components 121, 122 are separated by the lubricant 125; Unevenness (roughness peaks) of the components 121, 122 do not touch. For an electrical current that flows through the bearing from one of the components 121, 122 to the other, the bearing can act like a capacitive resistance or impedance, illustrated here by a circuit diagram representation of a capacitor C.
Fig. 3 zeigt einen Ersatzschaltkreis 100 für ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Der Schaltkreis umfasst eine Spannungsquelle 110, das Lager 120, einen mit dem Lager 120 in Serie geschalteten ohmschen Ladewiderstand 130 und eine Erdung 140. Zur Messung eines Span- nungsabfalls über den Ladewiderstand 130 weist der Ersatzschaltkreis einen Abtastkopf 140 und ein Oszilloskop 150 auf. FIG. 3 shows an equivalent circuit 100 for an exemplary embodiment of a device for carrying out the method. The circuit comprises a voltage source 110, the bearing 120, a resistive load resistor 130 connected in series with the bearing 120 and a ground 140. To measure a voltage voltage drop across the charging resistor 130, the equivalent circuit comprises a scanning head 140 and an oscilloscope 150.
Das Lager 120 wird modelliert durch eine effektive Kapazität 127 und einen effektiven ohmschen Widerstand 129 in paralleler Schaltung. Die Kapazität 127 variiert je nach Betriebszustand des Lagers 120 und kann beispielsweise Werte bis zu 50 Pikofarad erreichen. Ein Widerstand durch den Schmierstoff 125 kann bei einigen Mikrometern Schmierfilmdicke etwa im Megaohmbereich liegen. Das Ersatzschaltbild des Lagers 120 kann neben einer Wirkung des Schmierstoffs 125 eine Vielzahl weiterer Effekte des Lagers 120 erfassen, wie beispielsweise etwa Übergangswiderstände an Fügestellen. The bearing 120 is modeled by an effective capacitance 127 and an effective ohmic resistance 129 connected in parallel. The capacitance 127 varies depending on the operating state of the bearing 120 and can, for example, reach values of up to 50 picofarads. A resistance due to the lubricant 125 can be in the megaohm range with a lubricant film thickness of a few micrometers. In addition to an effect of the lubricant 125, the equivalent circuit diagram of the bearing 120 can record a large number of other effects of the bearing 120, such as, for example, contact resistance at joints.
Der Tastkopf 150 wird dargestellt durch eine Kapazität 152 (in Ausführungsbeispielen etwa 14.8 Pikofarad) sowie einen dieser nachgeschalteten ohmschen Widerstand 155 (beispielsweise 9 Megaohm). Das Oszilloskop ist modelliert durch eine Kapazität 162 von beispielsweise 17.5 Pikofarad und einem Widerstand 165 von einem Megaohm in paralleler Schaltung. The probe 150 is represented by a capacitance 152 (approximately 14.8 picofarads in exemplary embodiments) and an ohmic resistor 155 connected downstream of this (for example 9 megaohms). The oscilloscope is modeled by a capacitance 162 of, for example, 17.5 picofarads and a resistance 165 of one megohm in parallel.
Zur Durchführung des Verfahrens kann die Geschwindigkeit der Bewegung der Bauteile 121, 122 des Lagers 120 beispielsweise von o aus sukzessive erhöht werden. Dabei bleibt ein Widerstand im Lager 120 zunächst gering, da im Bereich von Grenz- und zunächst auch von Mischreibung aufgrund einer Rauheit der Bauteile 121, 122 Berührungen der Bauteile 121, 122 auftreten. Eine Spannung der Spannungsquelle 110 fällt dann zu einem überwiegenden Teil über den Ladewiderstand 130 ab. Bei Geschwindigkeiten in einem Bereich unterhalb der Übergangsgeschwindigkeit kann der Schmierstoff 125 phasenweise eine trenne Schicht zwischen den Bauteilen 121, 122 bilden, welche die Bauteile 121, 122 elektrisch isoliert und daher den elektrischen Widerstand gegen den Strom durch das Lager 120 erhöht. Dies äußert sich durch entsprechende Fluktuationen im Spannungsabfall über den Ladewiderstand 130, die durch den Tastkopf 150 und das Oszilloskop 160 gemessen und visualisiert werden können. Ist der Ausklinkpunkt erreicht, setzt Flüssigkeitsreibung zwischen den Bauteilen 121, 122 ein. Der Schmierstoff trennt die Bauteile 121, 122; der elektrische Wider- stand des Lagers 120 ist durchgehend hoch und steigt mit zunehmender Schmierfilmdicke weiter an. Über das Messen und Visualisieren des elektrischen Widerstands mit Hilfe des Tastkopfs 150 und des Oszilloskops 160 kann der Ausklinkpunkt und die zugehörige Übergangsgeschwindigkeit - beispielsweise eine Drehzahl des Lagers 120 - ermittelt werden. To carry out the method, the speed of the movement of the components 121, 122 of the bearing 120 can be increased successively, for example from o. In this case, a resistance in the bearing 120 initially remains low, since in the region of boundary friction and initially also of mixed friction, due to the roughness of the components 121, 122, the components 121, 122 come into contact. A voltage of the voltage source 110 then falls predominantly across the charging resistor 130 . At speeds in a region below the transition speed, the lubricant 125 may phase form a separating layer between the components 121, 122 which electrically isolates the components 121, 122 and therefore increases the electrical resistance to the current through the bearing 120. This is expressed by corresponding fluctuations in the voltage drop across the charging resistor 130, which can be measured and visualized by the probe 150 and the oscilloscope 160. When the release point is reached, fluid friction between the components 121, 122 sets in. The lubricant separates the components 121, 122; the electrical resistance The level of bearing 120 is consistently high and continues to rise as the lubricating film thickness increases. By measuring and visualizing the electrical resistance using the probe 150 and the oscilloscope 160, the release point and the associated transition speed—for example, a speed of the bearing 120—can be determined.
Fig. 4 zeigt Messkurven einer Spannung über den Widerstand 130 (vgl. Fig. 3), während die Bauteile 121, 122 des Lagers 120 (vgl. Fig. 3) eine beschleunigte Bewegung ausführen. Übereinander angeordnet sind Spannungsverläufe 135 über die Zeit für drei verschiedene Geschwindigkeitsbereiche. Dabei ist jeweils rechts ein ungefilterter Spannungsverlauf 135 und jeweils links derselbe Spannungsver- lauf 135 nach einem Tiefpassfilter dargestellt. Zu allen Verläufen ist zudem die Spannung 115 der Spannungsquelle 110 (vgl. Fig. 3) angegeben. FIG. 4 shows measured curves of a voltage across the resistor 130 (cf. FIG. 3) while the components 121, 122 of the bearing 120 (cf. FIG. 3) execute an accelerated movement. Voltage curves 135 over time for three different speed ranges are arranged one above the other. An unfiltered voltage profile 135 is shown on the right and the same voltage profile 135 after a low-pass filter is shown on the left. The voltage 115 of the voltage source 110 (cf. FIG. 3) is also specified for all curves.
Im an erster Stelle dargestellten Geschwindigkeitsbereich ist die Bewegung zwischen den Bauteilen 121, 122 langsam. Das Lager 120 arbeitet im Bereich der Grenzreibung oder einer Mischreibung mit hohem Grenzreibungsanteil. Es ist kein trennender Schmierfilm zwischen den Bauteilen 121, 122 vorhanden. Die gesamte Spannung fällt über den Ladewiderstand 130 ab. In the speed range shown first, the movement between the components 121, 122 is slow. The bearing 120 works in the area of boundary friction or mixed friction with a high proportion of boundary friction. There is no separating lubricating film between the components 121, 122. The entire voltage drops across the charging resistor 130.
Im an zweiter Stelle dargestellten Geschwindigkeitsbereich befindet sich das Lager 120 in einer Mischreibung mit hohem Anteil von Flüssigkeitsreibung. Der Schmierfilm trennt die Bauteile 121, 122 phasenweise. Dementsprechend ist der Spannungsverlauf 135 über den Ladewiderstand 130 nicht konstant, sondern oszilliert zwischen einem durch Grenzreibung bestimmten Wert und einem durch Flüssigkeitsreibung bestimmten Wert. In the speed range shown second, the bearing 120 is in mixed friction with a high proportion of fluid friction. The lubricating film separates the components 121, 122 in phases. Accordingly, the voltage profile 135 across the charging resistor 130 is not constant but oscillates between a value determined by boundary friction and a value determined by fluid friction.
Im an dritter Stelle dargestellten Geschwindigkeitsbereich ist der Ausklinkpunkt erreicht oder bereits überschritten. Der Schmierfilm bildet eine trennende Schicht zwischen den Bauteilen 121, 122 aus. Die gesamte Spannung fällt über dem Lager 120 ab. In the speed range shown in the third place, the release point has been reached or already exceeded. The lubricating film forms a separating layer between the components 121, 122. All voltage drops across bearing 120.
Die prozentuale Kontaktzeit, bzw. der prozentuale Anteil metallischen Kontakts an einer Gesamtmessdauer PCT, kann für jede der drei Geschwindigkeitsbereiche bestimmt werden durch The percentage of contact time, or percentage of metallic contact at a total measurement duration PCT, can be determined for each of the three speed ranges
PCT = tu>uPCT . 10Q % , ges wobei tges für die Zeit steht, in welcher das Lager in dem jeweiligen Geschwindigkeitsbereich verbleibt, und tu>uPCT derjenige Zeitanteil an der Zeit tges ist, zu dem die Spannung über den Ladewiderstand 130 oberhalb einer geringen Schwellspannung UPCT liegt. PCT = tu>u PCT . 10Q% , tot where t tot stands for the time in which the bearing remains in the respective speed range, and tu>u PCT is that proportion of time t tot when the voltage across the charging resistor 130 is above a low threshold voltage U PCT lies.
Fig. 5 illustriert für verschiedene Schmierstoffe 125 eine prozentuale Kontaktzeit in Abhängigkeit von einer durch eine Drehzahl beschriebene Geschwindigkeit zwischen den Bauteilen 121, 122. Um den Ausklinkpunkt messtechnisch zu bestimmen, kann die prozentuale Kontaktzeit bzw. ein PCT-Wert (Prozentualer Anteil der Messwerte über einer Grenzspannung zwischen oV und Messspannung, beispielsweise 3V) bestimmt werden, welcher unterhalb eines Schwellwerts 50 (beispielsweise 10%) liegen soll, damit von einem trennenden Schmierfilm ausgegangen werden kann. Die Figur zeigt Messergebnisse 22, 24, 26, 28 des PCT-Werts von vier verschiedenen Schmierstoffen 125 in Abhängigkeit der Geschwindigkeit der Bauteile 121, 122 für ein Drehlager, unter gleichen oder zumindest vergleichbaren Bedingungen an Temperatur (beispielsweise in einem Bereich von 220 bis 250 C) und Last (beispielsweis 1000 Newton). Die Geschwindigkeit der Bauteile 121, 122 ist hier durch eine Drehzahl gegeben. Der Ausklinkpunkt gilt für die vier Schmierstoffe 125 jeweils als erreicht, wenn die Messergebnisse 22, 24, 26, 28 den Schwellenwert 50 erreichen. Fig. 5 illustrates a percentage contact time for various lubricants 125 as a function of a speed between the components 121, 122 described by a speed. In order to determine the release point by measurement, the percentage contact time or a PCT value (percentage of measured values over a limit voltage between oV and the measurement voltage, for example 3V), which should be below a threshold value 50 (for example 10%), so that a separating lubricating film can be assumed. The figure shows measurement results 22, 24, 26, 28 of the PCT value of four different lubricants 125 as a function of the speed of the components 121, 122 for a pivot bearing, under the same or at least comparable temperature conditions (for example in a range from 22 0 to 25 0 C) and load (for example 1000 Newton). The speed of the components 121, 122 is given here by a speed. The release point is considered to have been reached for each of the four lubricants 125 when the measurement results 22 , 24 , 26 , 28 reach the threshold value 50 .
Fig. 6 illustriert nach einem Ausführungsbeispiel des vorliegenden Verfahrens gemessene Viskositäten 32, 34, 35, 36, 38 von vier verschiedenen Schmierstoffen 125 im Vergleich zu tabellierten Werten bzw. Viskositäten der jeweiligen Schmierstoffe 125 nach Datenblatt. Für einen der Schmierstoffe 125 zeigt die Darstellung zudem eine Verschiebung der entsprechenden Viskosität 34 zu einer verschobenen Viskosität 44. Die verschobene Viskosität 44 ist die Viskosität desselben Schmierstoffs 125 nach einem Alterungsprozess, der hier eine Anwen- dungsdauer von io Tagen bei 150° C Betriebstemperatur umfasst. Die zu erwartende Abnahme der Viskosität durch eine simulierte Alterung kann nachgewiesen werden. 6 illustrates viscosities 32, 34, 35, 36, 38 of four different lubricants 125 measured according to an exemplary embodiment of the present method in comparison to tabulated values or viscosities of the respective lubricants 125 according to the data sheet. For one of the lubricants 125, the representation also shows a shift in the corresponding viscosity 34 to a shifted viscosity 44. The shifted viscosity 44 is the viscosity of the same lubricant 125 after an aging process, which is an application here. duration of 10 days at an operating temperature of 150°C. The expected decrease in viscosity due to simulated aging can be verified.
Die Figur verdeutlicht zum einen eine Qualität des Verfahrens gegenüber einer Viskositätsmessung im Labor. Zum anderen illustriert die Figur durch die Bestimmung der reduzierten Viskosität des gealterten Schmierstoffs 125 im Lagerbetrieb eine Einsatzmöglichkeit des Verfahrens. On the one hand, the figure illustrates a quality of the method compared to a viscosity measurement in the laboratory. On the other hand, the figure illustrates a possible use of the method by determining the reduced viscosity of the aged lubricant 125 in storage operation.
In Ausführungsbeispielen insbesondere für ein Drehlager können die Schritte des Verfahrens daher auch wie folgt beschrieben werden: In exemplary embodiments, in particular for a pivot bearing, the steps of the method can therefore also be described as follows:
- Ermitteln der Drehzahl am Ausklinkpunkt, basierend auf folgenden Schritten: - Determine the RPM at the release point based on the following steps:
• Messen, bei welcher Drehzahl der elektrische Widerstand des Drehlagers plötzlich stark ansteigt; • Measure at which speed the electrical resistance of the rotary bearing suddenly increases sharply;
• Verwenden der Schaltung aus Fig. 3 und Messen einer Spannung über den Ladewiderstand 130; • Using the circuit of Figure 3 and measuring a voltage across the charging resistor 130;
• Bestimmen des Verhältnisses PCT wie in der Beschreibung von Fig. 4;• determining the ratio PCT as in the description of FIG. 4;
• Bestimmen der Drehzahl am Ausklinkpunkt für PCT < 10 %; • Determine the speed at the release point for PCT < 10%;
- Paralleles Messen von Temperatur und Lagerlast; - Parallel measurement of temperature and bearing load;
- Einsetzen aller benötigten Größen in die Gleichung (1) aus der Beschreibung der Figur 1 zur Berechnung der Viskosität. - Insertion of all required quantities into equation (1) from the description of FIG. 1 to calculate the viscosity.
Die in der Beschreibung, den Ansprüchen und den Figuren offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein. BEZUGSZEICHENLISTE The features of the invention disclosed in the description, the claims and the figures can be essential for the implementation of the invention both individually and in any combination. REFERENCE LIST
Silo Ermitteln einer Übergangsgeschwindigkeit am AusklinkpunktSilo Determine a transition speed at the release point
S120 Bestimmen einer Viskosität des Schmierstoffs io Zusammenhang zwischen spezifischer Schmierfilmdicke und ReibungS120 Determination of a viscosity of the lubricant io Relationship between specific lubricating film thickness and friction
22, 24, 26, 28 Messergebnisse für PCT-Wert 22, 24, 26, 28 measurement results for PCT value
32, 34, 36, 38 Viskositäten 32, 34, 36, 38 viscosities
44 verschobene Viskosität eines gealterten Schmierstoffs 44 Shifted viscosity of an aged lubricant
50 Schwellwert 50 threshold
100 Ersatzschaltbild 100 equivalent circuit diagram
110 Spannungsquelle 110 voltage source
115 Spannung 115 tension
120 Lager 120 camp
121 erstes Bauteil 121 first component
122 zweites Bauteil 122 second component
125 Schmierstoff 125 lubricant
127 Kapazität des Lagers 127 capacity of the warehouse
129 ohmscher Widerstand des Lagers 129 ohmic resistance of the bearing
130 ohmscher Ladewiderstand 130 ohmic load resistance
135 Spannungsabfall über Ladewiderstand 135 Voltage drop across charging resistor
140 Erdung 140 grounding
150 Tastkopf 150 probe
152 Kapazität des Tastkopfs 152 Capacitance of the probe
155 ohmscher Widerstand des Tastkopfs 155 ohmic resistance of the probe
160 Oszillator 160 oscillator
162 Kapazität des Oszillators 162 capacitance of the oscillator
165 ohmscher Widerstand des Oszillators 165 ohmic resistance of the oscillator
A, B eingesetzte Bilder A, B inserted images

Claims

ANSPRÜCHE Ein Verfahren zum Bestimmen einer Viskosität eines Schmierstoffs (125) in einem Lager (120) mit zwei Bauteilen (121, 122), die ausgebildet sind, um eine relative Bewegung auszuführen, wobei die Bauteile (121, 122) bei der Bewegung durch den Schmierstoff (125) geschmiert werden, das Verfahren umfasst folgende Schritte: CLAIMS A method for determining a viscosity of a lubricant (125) in a bearing (120) with two components (121, 122) which are designed to perform a relative movement, the components (121, 122) in the movement by the Lubricant (125) are lubricated, the procedure includes the following steps:
Ermitteln (S110) einer Übergangsgeschwindigkeit der Bewegung der Bauteile (121, 122), bei welcher ein Ausklinkpunkt und somit ein Übergang zwischen einer Mischreibung und einer Flüssigkeitsreibung vorliegt; und Determining (S110) a transition speed of the movement of the components (121, 122) at which there is a release point and thus a transition between mixed friction and fluid friction; and
Bestimmen (S120), basierend auf der Übergangsgeschwindigkeit, der Viskosität des Schmierstoffs (125). Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ermitteln (S110) der Übergangsgeschwindigkeit weiter zumindest einen der folgenden Schritte umfasst: determining (S120), based on the transition speed, the viscosity of the lubricant (125). The method of claim 1, wherein determining (S110) the transition speed further comprises at least one of the following steps:
Messen eines elektrischen Widerstands durch das Lager (120), wobei das Ermitteln (S110) der Übergangsgeschwindigkeit basierend auf dem elektrischen Widerstand durchgeführt wird; measuring an electrical resistance through the bearing (120), wherein determining (S110) the transition speed is performed based on the electrical resistance;
Bestimmen einer prozentualen Kontaktzeit der beiden Bauteile (121, 122). Das Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Messen des elektrischen Widerstands zumindest eines aus dem Folgenden umfasst: determining a percentage contact time of the two components (121, 122). The method of claim 2, wherein measuring the electrical resistance comprises at least one of the following:
Messen eines resistiven Widerstandes zwischen den Bauteilen (121, 122), Measuring a resistive resistance between the components (121, 122),
Messen eines kapazitiven Widerstandes zwischen den Bauteilen (121, 122), measuring a capacitive resistance between the components (121, 122),
Ausführen einer Signalübertragung. Executing a signal transmission.
4. Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das weiter zumindest einen der folgenden Schritte umfasst: 4. The method according to any one of the preceding claims, further comprising at least one of the following steps:
Messen einer Temperatur (T) im oder am Lager (120), Messen einer Last, die auf das Lager (120) einwirkt. measuring a temperature (T) in or at the bearing (120), measuring a load acting on the bearing (120).
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Bestimmen (S120) der Viskosität parameterabhängig basierend auf einem oder mehreren der folgenden Parameter ausgeführt wird: einem Rauwert der Bauteile, einer relativen Geschwindigkeit, zumindest einer Schmierstoffeigenschaft, einer Belastung des Lagers, einer Temperatur des Lagers, zumindest einer Lagereigenschaft. 5. The method according to any one of the preceding claims, wherein the determination (S120) of the viscosity is parameter-dependent based on one or more of the following parameters: a roughness value of the components, a relative speed, at least one lubricant property, a load on the bearing, a temperature of the bearing, at least one bearing property.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Lager (120) eines der folgenden ist: ein Wälzlager, ein Gleitlager, ein Drehlager, wobei eines der Bauteile (121, 122) eine Welle ist. 6. The method according to any one of the preceding claims, wherein the bearing (120) is one of the following: a roller bearing, a plain bearing, a rotary bearing, wherein one of the components (121, 122) is a shaft.
7. Ein Computerprogrammprodukt mit darauf gespeichertem Softwarecode, der ausgebildet ist, um das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen, wenn die Software auf einer Datenverarbeitungseinheit ausgeführt wird. 7. A computer program product with software code stored thereon, which is designed to carry out the method according to one of the preceding claims when the software is run on a data processing unit.
8. Eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Viskosität eines Schmierstoffs (125) in einem Lager (120) mit zwei Bauteilen (121, 122), die ausgebildet sind, um eine relative Bewegung auszuführen, wobei die Bauteile (121, 122) durch den Schmierstoff (125) geschmiert werden, die Vorrichtung umfasst: ein Ermittlungsmodul, das ausgebildet ist, um eine Übergangsgeschwindigkeit der Bewegung der Bauteile (121, 122), bei welcher ein Ausklinkpunkt und somit ein Übergang zwischen einer Mischreibung und einer Flüssigkeitsreibung vorliegt, zu ermitteln; und ein Verarbeitungsmodul, das ausgebildet ist, um basierend auf der Übergangsgeschwindigkeit die Viskosität des Schmierstoffs (125) zu bestimmen. Die Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei das Ermittlungsmodul umfasst: ein Geschwindigkeitsmessmodul, das ausgebildet ist, um eine Geschwin- digkeit der Bewegung der Bauteile (121, 122) zu messen; ein Widerstandsmessmodul, das ausgebildet ist, um über eine erste elektrische Verbindung zu dem ersten Bauteil (121) und eine zweite elektrische Verbindung zu dem zweiten Bauteil (122) einen Strom zwischen dem ersten Bauteil (121) und dem zweiten Bauteil (122) zu erzeugen und einen elektrischen Widerstand zu messen; und ein Auswertemodul, das ausgebildet ist, um die Geschwindigkeit und den elektrischen Widerstand zu empfangen und daraus die Übergangsgeschwindigkeit zu ermitteln. 8. A device for determining a viscosity of a lubricant (125) in a bearing (120) with two components (121, 122) which are designed to carry out a relative movement, the components (121, 122) being driven by the lubricant ( 125) are lubricated, the device includes: a determination module that is designed to determine a transition speed of the movement of the components (121, 122) at which there is a release point and thus a transition between mixed friction and fluid friction; and a processing module configured to determine the viscosity of the lubricant (125) based on the transition rate. The apparatus of claim 8, wherein the determination module comprises: a speed measurement module configured to measure a speed of movement of the components (121, 122); a resistance measurement module that is designed to generate a current between the first component (121) and the second component (122) via a first electrical connection to the first component (121) and a second electrical connection to the second component (122). and measure an electrical resistance; and an evaluation module which is designed to receive the speed and the electrical resistance and to determine the transition speed therefrom.
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