DE102007026569A1

DE102007026569A1 - Verfahren zur Ermittlung von Lagerschäden an einem Zylinder einer Rotationsdruckmaschine

Info

Publication number: DE102007026569A1
Application number: DE102007026569A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Ebert
Original assignee: Koenig and Bauer AG
Current assignee: Koenig and Bauer AG
Priority date: 2007-06-08
Filing date: 2007-06-08
Publication date: 2008-12-18
Anticipated expiration: 2027-06-09
Also published as: DE102007026569B4

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Ermittlung von Lagerschäden an einem Zylinder einer Rotationsdruckmaschine beschrieben, umfassend die Verfahrensschritte: - Erfassung von Auslenkungen eines Zylinders quer zu dessen Achse nahe eines den Zylinder stützenden Lagers während des Betriebs der Rotationsdruckmaschine, - Aufzeichnung der erfassten Auslenkungen, - Analyse der Aufzeichnung, wobei - ein Innenring-Lagerschaden ermittelt wird, wenn ein Ereignis über die Aufzeichnung hinweg eine Innenring-Periodizität zeigt, die derjenigen Zahl entspricht, wie oft eine Umfangsposition am Innenring des Lagers von zwischen Innen- und Außenring angeordneten Wälzkörpern während der Aufzeichnung überrollt wird, und - ein Außenring-Lagerschaden ermittelt wird, wenn ein Ereignis über die Aufzeichnung hinweg eine Außenring-Periodizität zeigt, die derjenigen Zahl entspricht, wie oft eine Umfangsposition am Außenring des Lagers von zwischen Innen- und Außenring angeordneten Wälzkörpern während der Aufzeichnung überrollt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung von Lagerschäden an einem Zylinder einer Rotationsdruckmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Um bei der Durchführung von Wartungsarbeiten kostspielige Stillstandszeiten an einer Rotationsdruckmaschine so gering wie möglich zu halten, ist es anstrebsam, Lagerschäden frühzeitig und während des regulären Betriebs der Rotationsdruckmaschine erkennen zu können. Darüber hinaus ist es anstrebsam, ein schadhaftes Lagerbauteil vorab, vorzugsweise während des regulären Betriebs der Rotationsdruckmaschine identifizieren zu können, um das entsprechende Bauteil bereits vor Durchführung der Wartungsarbeiten zu beschaffen.
Durch die DD 252 102 A3 ist ein Verfahren zur Schadensdiagnose an Wälz- und Gleitlagern bekannt, welches den Effekt nutzt, dass sich bei einem defekten Lager Gleichlaufstörungen aufgrund erhöhter Reibung bzw. infolge von Blockierungseffekten einstellen. Das Verfahren sieht vor, mittels eines zeitlich hoch auflösenden Messwertaufnehmers Ungleichförmigkeiten in der Drehzahl zu ermitteln und das Drehzahlsignal im Zeit- und Frequenzbereich bzw. hinsichtlich der Phasenlage zu bewerten. Nachteilig hieran ist die aufgrund der leistungsstarken Antriebe und der großen Trägheit der Zylinder von Rotationsdruckmaschinen aufwändige, und hinsichtlich einer Früherkennung von Lagerschäden im Bereich des Fehlers des Messwertaufnehmers untergehende Bestimmung von Ungleichförmigkeiten in der Drehzahl eines Zylinders einer Rotationsdruckmaschine.
Durch die EP 10 77 372 A2 ist ein Verfahren zur Ermittlung von Schäden an einem sich zyklisch bewegenden Maschinenelement bekannt, bei dem ein durch die Bewegung verursachtes Signal von einem Sensor aufgenommen wird und aus dem Signal ein Anteil mit einer einstellbaren Periode separiert wird. Bei dem Sensor kann es sich um einen an einem Lagerring angeordneten Beschleunigungssensor, einen ein mit einer Maschine hergestelltes Produkt abtastenden Sensor, einen an einem zu untersuchenden Bauteil angeordneten Schwingungsaufnehmer oder um einen an einer Welle oder einem Zahnrad angeordneten Drehzahlaufnehmer handeln. Die Separation erfolgt, indem das Signal einem rotierenden Ringspeicher zugeführt wird, der von zyklisch angeordneten Speicherelementen gebildet wird, die nacheinander mit einem an einem Eingang des Ringspeichers anliegenden Eingangssignal beaufschlagt werden. Die Rotationsfrequenz des Ringspeichers wird dabei mit der Periodendauer der gesuchten Signalanteile in Übereinstimmung gebracht. Die gesuchten Signalanteile werden als Ausgangssignal des Ringspeichers erhalten. Zur Ermittlung von Schäden wird entweder der separierte Teil des Signals, oder der verbleibende Teil des Signals einer Schadensanalyse unterzogen. Nachteilig hieran ist die erforderliche, aufwändig zu bestimmende Periodendauer der gesuchten Signalanteile, auf die die Rotationsfrequenz des Ringspeichers abgestimmt werden muss. Außerdem besteht hierbei die Gefahr, Schäden bestimmter Bauteile durch eine Konzentration auf bestimmte Periodendauern zu übersehen. Schäden an Bauteilen mit Periodendauern, die ein Bediener vor Ausführung des Verfahrens übersieht, nicht erkennt, oder zu berücksichtigen vergisst und auf die demnach auch die Rotationsfrequenz des Ringspeichers nicht abgestimmt wird, bleiben unerkannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ermittlung von Lagerschäden an einem Zylinder einer Rotationsdruckmaschine zu schaffen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Ein Verfahren zur Ermittlung von Lagerschäden an einem Zylinder einer Rotationsdruckmaschine umfasst demnach die Verfahrensschritte:

– Erfassung von Auslenkungen eines Zylinders der Rotationsdruckmaschine quer zu dessen Achse nahe eines den Zylinder im Bereich eines seiner Enden stützenden Lagers während des Betriebs der Rotationsdruckmaschine,
– Aufzeichnung der erfassten Auslenkungen,
– Analyse der Aufzeichnung anhand der Periodizität von in der Aufzeichnung erkennbarer Ereignisse, wobei
– ein Innenring-Lagerschaden ermittelt wird, wenn ein in der Aufzeichnung erkennbares, periodisch wiederkehrendes Ereignis über die Aufzeichnung hinweg eine Innenring-Periodizität zeigt, die derjenigen Zahl entspricht, wie oft eine Umfangsposition am Innenring des Lagers von zwischen Innen- und Außenring angeordneten Wälzkörpern während der Aufzeichnung überrollt wird, und
– ein Außenring-Lagerschaden ermittelt wird, wenn ein in der Aufzeichnung erkennbares, periodisch wiederkehrendes Ereignis über die Aufzeichnung hinweg eine Außenring-Periodizität zeigt, die derjenigen Zahl entspricht, wie oft eine Umfangsposition am Außenring des Lagers von zwischen Innen- und Außenring angeordneten Wälzkörpern während der Aufzeichnung überrollt wird.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, dass mit einfachen Mitteln während des Betriebs einer Rotationsdruckmaschine Lagerschäden frühzeitig, lange vor dem Eintritt von Betriebsstörungen durch einen Ausfall des Lagers ermittelt und schadhafte Lagerbauteile vorab, während des regulären Betriebs der Rotationsdruckmaschine identifizieren werden können.
Dabei werden vorzugsweise zumindest Auslenkungen des Zylinders in vertikaler Richtung quer zu dessen Achse erfasst. Dies ist vorteilhaft, da in dieser Richtung durch Einwirkung der Schwerkraft sowohl die höchste Lagerbelastung und damit die höchste Schadenswahrscheinlichkeit besteht, als auch dass der Zylinder in dieser Richtung bei einem sich anbahnenden oder bestehenden Lagerschaden aufgrund seiner Gewichtskraft beim Überrollen eines Lagerschadens eine Auslenkung zeigt.
Die Analyse der Aufzeichnung erfolgt vorzugsweise über eine Umdrehung des Zylinders, wobei die Analyse einen Innenring-Lagerschaden ergibt, wenn ein in der Aufzeichnung erkennbares, periodisch wiederkehrendes Ereignis über eine Umdrehung des Zylinders hinweg eine Innenring-Periodizität zeigt, die derjenigen Zahl entspricht, wie oft eine Umfangsposition am Innenring des Lagers von zwischen Innen- und Außenring angeordneten Wälzkörpern während einer Umdrehung des Zylinders überrollt wird, und einen Außenring-Lagerschaden ergibt, wenn ein in der Aufzeichnung erkennbares, periodisch wiederkehrendes Ereignis über eine Umdrehung des Zylinders hinweg eine Außenring-Periodizität zeigt, die derjenigen Zahl entspricht, wie oft eine Umfangsposition am Außenring des Lagers von zwischen Innen- und Außenring angeordneten Wälzkörpern während einer Umdrehung des Zylinders überrollt wird.
Die Außenring-Periodizität AP über eine Umdrehung des Zylinders wird dabei wie folgt ermittelt:
mit:

DI:: Innenringdurchmesser
MDR:: Mittlerer Durchmesser Rollenbahn
NR:: Anzahl der Wälzkörper (Rollen).

Für die Innenring-Periodizität IP über eine Umdrehung des Zylinders gilt:
mit dem Außenringdurchmesser DA. Der Mittlere Durchmesser Rollenbahn MDR entspricht dem Arithmetischen Mittel des Innenringdurchmessers DI und des Außenringdurchmessers DA.
Zur Erfassung einer Umdrehung des Zylinders, bzw. als Indikator für volle Umdrehungen des Zylinders, kann ein Impulsgeber, beispielsweise in Form einer optisch abtastbaren Umdrehungsmarkierung am Umfang des Zylinders angeordnet und abgetastet werden, um ein jeweils eine Umdrehung des Zylinders anzeigendes Signal zu erhalten. Dieses Signal wird vorzugsweise synchron mit der Aufzeichnung erfasst.
Zur Erfassung von Auslenkungen kann mindestens ein Auslenkungen eines Zylinders der Rotationsdruckmaschine abtastender Messtaster nahe eines den Zylinder im Bereich eines seiner Enden stützenden Lagers z. B. gestellfest angeordnet werden. Der gestellfest angeordnete Messtaster erzeugt dabei ein den Auslenkungen der abgetasteten Oberfläche gegenüber dem gestellfesten Messtaster bzw. ein dem Abstand der Oberfläche des Zylinders gegenüber dem gestellfest angeordneten Messtaster proportionales Signal.
Vorzugsweise arbeitet der Messtaster berührungslos. So können beispielsweise Sensoren als Messtaster verwendet werden, mit denen eine Bestimmung von Abständen durch akustische oder optische Laufzeitmessungen oder durch optische Interferenzmessungen möglich sind. Ebenso ist denkbar, einen induktiven oder kapazitiven Messtaster zu verwenden.
Um Lagerschäden nicht nur in einer Richtung ermitteln zu können, sind vorzugsweise zwei um 90° zueinander um die Achse des Zylinders versetzt angeordnete Messtaster vorgesehen.
Die Signale mehrerer Messtaster können getrennt, oder gemeinsam aufgezeichnet werden. Im Falle einer gemeinsamen Aufzeichnung können die Signale der einzelnen Messtaster entsprechend deren unterschiedlicher Umfangspositionen am Zylinder phasenverschoben aufgezeichnet werden.
Vorzugsweise ist mindestens ein Messtaster in einer solchen Position angeordnet, dass im Bereich eines Lagerschadens eine Auslenkung des Zylinders durch die Schwerkraft erfolgt.
Die Aufzeichnung der erfassten Auslenkungen kann beispielsweise in einem Auslenkungs-Zeit-Diagramm, oder in einem mittels beispielsweise am Umfang des Zylinders gleichmäßig verteilt angeordneter und abgetasteter Impulsgeber erstellten Auslenkungs-Drehwinkel-Diagramm erfolgen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Ermittlung von Lagerschäden an einem Zylinder einer Rotationsdruckmaschine;
2 eine durch ein Verfahren zur Ermittlung von Lagerschäden an einem Zylinder einer Rotationsdruckmaschine gewonnene Aufzeichnung des Verlaufs der Auslenkung des Zylinders über etwa einer Umdrehung;
3 eine schematische Darstellung eines Lagers.
Bei einer in 1 dargestellten Vorrichtung 01 zur Durchführung eines Verfahrens zur Ermittlung von Lagerschäden 10 an einem Zylinder 02 einer Rotationsdruckmaschine ist ein gestellfest angeordneter, induktiver Messtaster 03 vorgesehen, um vertikale Auslenkungen 04 des Zylinders 02 der Rotationsdruckmaschine quer zu dessen Achse nahe eines den Zylinder 02 im Bereich eines seiner Enden stützenden Lagers 05 während des Betriebs der Rotationsdruckmaschine berührungslos zu erfassen. Jedes mal, wenn ein Wälzkörper 12 des Lagers 05 im Laufe einer Umdrehung U des Zylinders 02 einen Lagerschaden 10 durchlaufen, macht sich dies in einer durch den Messtaster 03 erfassbaren vertikalen Auslenkung 04 bemerkbar. Die Lage 13 des Zylinders 02 beim Überrollen eines Lagerschadens 10 ist durch die gestrichelte Linie stark überhöht angedeutet. Eine vom Messtaster 03 erfasste Auslenkung 14 einer Oberfläche des Zylinders 02 hängt entsprechend den trigonometrischen Gesetzmäßigkeiten von der Winkellage des Messtasters 03 zur Achse des Zylinders 02 von der vertikalen Auslenkung 04 ab und ist somit direkt proportional der vertikalen Auslenkung 04.
Die Auslenkungen 04 bzw. 14 werden kontinuierlich oder in kurzen zeitlichen Abständen im Bereich von Millisekunden in diskreten Schritten aufgezeichnet. Die Aufzeichnung 08 kann mittels eines Milligraphen 06 oder elektronisch, beispielsweise mittels eines Personal-Computers oder einer Steuereinrichtung am Maschinenleitstand der Rotationsdruckmaschine erfolgen. Um durch vorzugsweise berührungsloses Abtasten ein Maß für jeweils eine volle Umdrehung U des Zylinder 02 zu erhalten, ist eine beispielsweise optisch oder induktiv erfassbare Umdrehungsmarkierung 11 am Umfang des Zylinders 02 angeordnet. Sowohl der Messtaster 03, als auch die Umdrehungsmarkierung 11 können im Bereich eines Schmitzrings und/oder Messrings und/oder Zapfens und/oder Ballens des Zylinders 02 angeordnet sein.
Als Messergebnis wird eine in 2 näher dargestellte Aufzeichnung 08 beispielsweise in Form eines Auslenkungs-Zeit-Diagramms 07 erhalten. Ebenso ist ein Auslenkungs-Drehwinkel-Diagramm geeignet, bei dem die Auslenkungen 04 bzw. 14 über einem kontinuierlich oder in diskreten Schritten fortschreitenden Drehwinkel des Zylinders 02 aufgetragen werden. Mittels einer geeigneten Analyseeinrichtung – entweder manuell, oder computergestützt elektronisch – wird anschließend eine Analyse der Aufzeichnung 08 anhand der Periodizität von in der Aufzeichnung 08 erkennbarer Ereignisse 09 durchgeführt.
Dabei wird ein Innenring-Lagerschaden ermittelt, wenn ein in der Aufzeichnung 08 erkennbares, periodisch wiederkehrendes Ereignis 09 in der Aufzeichnung 08 über eine Umdrehung U des Zylinders 02 hinweg eine Innenring-Periodizität IP zeigt, die derjenigen Zahl entspricht, wie oft eine Umfangsposition am Innenring 15 des Lagers 05 (3) von zwischen Innen- 15 und Außenring 16 angeordneten Wälzkörpern 12 (3) während einer Umdrehung U des Zylinders 02 überrollt wird. Ein Außenring-Lagerschaden wird demgegenüber ermittelt, wenn ein in der Aufzeichnung erkennbares, periodisch wiederkehrendes Ereignis 09 über die Aufzeichnung hinweg eine Außenring-Periodizität AP zeigt, die derjenigen Zahl entspricht, wie oft eine Umfangsposition am Außenring 16 des Lagers 05 (3) von zwischen Innen- 15 und Außenring 16 angeordneten Wälzkörpern 12 (3) während einer Umdrehung U des Zylinders 02 überrollt wird.
Die Außenring-Periodizität AP über eine Umdrehung U des Zylinders 02 wird wie folgt berechnet (3):
mit dem Innenringdurchmesser DI, dem Mittleren Durchmesser Rollenbahn MDR und der Anzahl NR der Wälzkörper 12 des Lagers 05.
Für die Innenring-Periodizität IP über eine Umdrehung U des Zylinders 02 gilt:
mit dem Außenringdurchmesser DA. Der Mittlere Durchmesser Rollenbahn MDR entspricht dem Arithmetischen Mittel des Innenringdurchmessers DI und des Außenringdurchmessers DA.
Im Ausführungsbeispiel ist

DI: = 137 mm;
DA: = 165 mm;
MDR: = 151 mm;
NR: = 27.

Demnach ist der Wälzkörperdurchmesser DW = 14 mm.
Aus den obigen Angaben ergibt sich im Ausführungsbeispiel eine Außenring-Periodizität AP von AP = 12,25 und eine Innenring-Periodizität IP von IP = 14,75.
Wird die in 2 dargestellten Aufzeichnung 08 näher betrachtet, sind die Ereignisse 09 deutlich wiederkehrend erkennbar. Über eine volle Umdrehung U des Zylinders 02 teilen die von 0 bis 12 durchnummerierten Ereignisse 09 die Aufzeichnung 08 in 12,25 Teile.
Dies entspricht der Außenring-Periodizität AP, weshalb die Analyse zu einem Außenring-Lagerschaden kommt.

01: Vorrichtung
02: Zylinder
03: Messtaster
04: Auslenkung
05: Lager
06: Milligraph
07: Auslenkungs-Zeit-Diagramm
08: Aufzeichnung
09: Ereignis
10: Lagerschaden
11: Umdrehungsmarkierung
12: Wälzkörper
13: Lage
14: Auslenkung
15: Innenring
16: Außenring
AP: Außenring-Periodizität
DA: Außenringdurchmesser
DI: Innenringdurchmesser
DW: Wälzkörperdurchmesser
U: Umdrehung (02)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DD 252102 A3 [0003]
- EP 1077372 A2 [0004]

Claims

Verfahren zur Ermittlung von Lagerschäden (10) an einem Zylinder (02) einer Rotationsdruckmaschine mit Folgenden Verfahrensschritten: – Erfassung von Auslenkungen (04; 14) eines Zylinders (02) quer zu dessen Achse nahe eines den Zylinder (02) stützenden Lagers (05) während des Betriebs der Rotationsdruckmaschine, – Aufzeichnung der erfassten Auslenkungen (04; 14), – Analyse der Aufzeichnung (07, 08), wobei – ein Innenring-Lagerschaden ermittelt wird, wenn ein Ereignis (09) über die Aufzeichnung (07, 08) hinweg eine Innenring-Periodizität (IP) zeigt, die derjenigen Zahl entspricht, wie oft eine Umfangsposition am Innenring (15) des Lagers (05) von zwischen Innen- (15) und Außenring (16) angeordneten Wälzkörpern (12) während der Aufzeichnung (07, 08) überrollt wird, und – ein Außenring-Lagerschaden ermittelt wird, wenn ein Ereignis (09) über die Aufzeichnung (07, 08) hinweg eine Außenring-Periodizität (AP) zeigt, die derjenigen Zahl entspricht, wie oft eine Umfangsposition am Außenring (16) des Lagers von zwischen Innen- (15) und Außenring (16) angeordneten Wälzkörpern (12) während der Aufzeichnung (07, 08) überrollt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest Auslenkungen (04) des Zylinders (02) in vertikaler Richtung quer zu dessen Achse erfasst werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyse der Aufzeichnung (07, 08) über eine Umdrehung (U) des Zylinders (02) erfolgt, wobei die Analyse einen Innenring-Lagerschaden ergibt, wenn ein in der Aufzeichnung (07, 08) erkennbares Ereignis (09) über eine Umdrehung (U) des Zylinders (02) hinweg eine Innenring-Periodizität (IP) zeigt, die derjenigen Zahl entspricht, wie oft eine Umfangsposition am Innenring (15) des Lagers (05) von zwischen Innen- (15) und Außenring (16) angeordneten Wälzkörpern (12) während einer Umdrehung (U) des Zylinders (02) überrollt wird, und einen Außenring-Lagerschaden ergibt, wenn ein in der Aufzeichnung (07, 08) erkennbares Ereignis (09) über eine Umdrehung (U) oder mehrere Umdrehungen (U) des Zylinders (02) hinweg eine Außenring-Periodizität (AP) zeigt, die derjenigen Zahl entspricht, wie oft eine Umfangsposition am Außenring (16) des Lagers (05) von zwischen Innen- (15) und Außenring (16) angeordneten Wälzkörpern (12) während einer Umdrehung (U) des Zylinders (02) überrollt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung einer Umdrehung (U) des Zylinders (02) ein Impulsgeber (11) am Umfang des Zylinders (02) angeordnet und abgetastet wird, um ein jeweils eine Umdrehung (U) oder mehrere Umdrehungen (U) des Zylinders (02) anzeigendes Signal zu erhalten, wobei dieses Signal synchron mit der Aufzeichnung (07, 08) erfasst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung von Auslenkungen (04; 14) des Zylinders nahe einem den Zylinder (02) stützenden Lagers (05) mindestens ein Auslenkungen (14) einer Oberfläche eines Zylinders (02) abtastender Messtaster (03) nahe eines den Zylinder (02) stützenden Lagers (05) gestellfest angeordnet wird, welcher Messtaster (03) ein den Auslenkungen (14) der abgetasteten Oberfläche gegenüber dem gestellfesten Messtaster (03) proportionales Signal erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Messtaster (03) berührungslos oder berührend arbeitet.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwei um 90° zueinander versetzt angeordnete Messtaster (03) vorgesehen sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Signale mehrerer Messtaster (03) getrennt aufgezeichnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Signale mehrerer Messtaster (03) gemeinsam aufgezeichnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Messtaster (03) in einer solchen Position angeordnet ist, dass im Bereich eines Lagerschadens (10) eine Auslenkung (04) des Zylinders (02) durch die Schwerkraft erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufzeichnung (07, 08) der erfassten Auslenkungen (04, 14) in einem Auslenkungs-Zeit-Diagramm (07) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufzeichnung (07, 08) der erfassten Auslenkungen (04, 14) in einem Auslenkungs-Drehwinkel-Diagramm erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung der Auslenkungen (04; 14) am Ballen und/oder Zapfen und/oder Schmitzring und/oder Messring des Zylinders (02) erfolgt.