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DE2642080C3 - Verfahren zur Bestimmung des Achsschubes von Wälzlagern - Google Patents

Verfahren zur Bestimmung des Achsschubes von Wälzlagern

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DE2642080C3
DE2642080C3 DE2642080A DE2642080A DE2642080C3 DE 2642080 C3 DE2642080 C3 DE 2642080C3 DE 2642080 A DE2642080 A DE 2642080A DE 2642080 A DE2642080 A DE 2642080A DE 2642080 C3 DE2642080 C3 DE 2642080C3
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MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
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Description

- rik ist die Käfigdrehzahl, /* die Wälzkörperüberrollfrequenz, /».die der Wellendrehzahl entsprechende Frequenz und a die Anzahl der Wälzkörper — /* und fw mittels Frequenzanalyse der von Dehnungsmeßwandlern (1—4) erhaltenen Signale gemessen werden, wobei die Dehnungsmeßwandler (1—4) zum Erfassen der dynamischen Durchbiegung einer im Tragkörper (6) vorgesehenen Schwachstelle (7) angebracht sind.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung des Achsschubes von unter extremen Betriebsbedingungen — beispielsweise hohen Temperaturen und Drehzahlen — stehenden Wälzlagern, bei denen der Achsschub nicht rein axial, sondern unter einem bestimmten Winkel durch die Wälzkörper geleitet wird, wobei ein Mindestachsschub zugrunde gelegt ist, der eine kinematisch einwandfreie, schlupffreie Wälzkörperabrollung zuläßt.
Bei einer aus der DE-AS 10 66 374 bekannten Einrichtung zur Bestimmung des Achsschubes ist je nach Lagerausbildung mindestens ein mit der betreffenden Maschinenwelle fest verbundener Schubflansch vorgesehen.
Unter Zuordnung einer Festlagerausbildung, bei der nur ein Schubflansch vorgesehen sein soll, soll dieser nach beiden Seiten auf losen Druckbacken laufen, die von Segmenthaltern getragen sind, welche sich mittels kegeliger bzw. kegelförmiger Innen- und Außenflächen an je einer äußeren und inneren Ringfeder abstützen können, wobei die Ringfedern die im Betrieb auftretende Axialkraft vom Schubflansch auf die die Maschinenwelle umschließenden Lagerschalen des Festlagers übertragen sollen.
Im vorliegenden bekannten Fall sind dann weiter der äußere Federring nach außen und der innere Federring nach innen mehr oder weniger zusammendrückbar, wobei diese Zusammendrückung als Maß für den auftretenden statischen und/oder dynamischen Axialschub mittels in Relation zu dieser Zusammendrückung verformbarer Dehnmeßgeber oder Dehnmeßstreifen registrierbar ist, die an den Außenflächen der Federringe festlegbar sind.
Bei einer zur bekannten Einrichtung gehörigen anderen Lagervariante mit zwei beiderseits der Stirnenden eines fest angeordneten Wellenlagerkörpers befindlichen Schubflanschen auf der Maschinenwelle erfolgt die Übertragung und Messung der Schubkraft sinngemäß zur ersten Lagervariante, wobei die entsprechenden Übertragungsglieder jeweils zwischen einer Schubflanschinnenseite und den zugehörigen Stirnenden des Wellenlagerkörpers liegen sollen.
Infolge der bei der bekannten Einrichtung verhältnismäßig großen Anzahl zur Übertragung der Schubkraft erforderlicher Zwischenglieder dürfte neben der technisehen Kompliziertheit dieser bekannten Einrichtung ein erhöhter Störanfälligkeitsgrad zu erwarten sein, wodurch wiederum die Genauigkeit der Axialschubmessung beeinträchtigt werden kann.
Infolge der beschriebenen Art der direkten Kraftübertragung von dem bzw. den Schubflanschen auf die Meßringe dürften bei der bekannten Einrichtung weiter nicht unerhebliche Reibkräfte zu erwarten sein, die besonders bei verhältnismäßig hohen Wellendrehzahlen zu derartigen Temperaturerhöhungen an den Übertragungsgliedern, u. a. also auch an den Meßringen führen können, daß das Meßergebnis verfälscht wird. Infolge der direkten Berührung der Meßbauteile untereinander dürfte die bekannte Einrichtung bei verhältnismäßig hohen Temperaturen nicht eingesetzt werden können.
Aus den zuletzt genannten Gründen ergeben sich dann bei der bekannten Einrichtung besondere meßtechnische Vorkehrungen (KompensationEeinrichtung). Die bei der bekannten Einrichtung zu erwartenden Reib- und Temperatureinflüsse schließen im übrigen die Möglichkeit einer Verklemmung bzw. einer relativ frühzeitigen Abnutzung des Schubkraftübertragungsmechanismus mit ein.
Weiter wurde eine Einrichtung zur Messung des Achsschubes für ein Festlager untersucht, bei der die Dehnmeßgeber auf der umlaufenden Welle untergebracht worden sind, wobei an ein freies Ende der umlaufenden Welle ein Drehübertrager für die Achsschubmessung angebaut worden ist. Wegen der hierbei verhältnismäßig großen Anzahl zur Übertragung des Achsschubes erforderlicher Zwischenglieder sowie aufgrund der bei relativ hohen Wellendrehzahlen auftretenden Verschleißerscheinungen an den Übertragungsgliedern konnte diese Einrichtung nur über eine verhältnismäßig kurze Laufzeit zum Einsatz gebracht werden. Außerdem bestanden bei dieser Einrichtung die Signale der Dehnmeßgeber fast immer aus einem Gemisch von Achsschub, Drehmoment und Durchbiegung, so daß dieses Gemisch aus den genannten Einzelwerten über Spezialschaltungen erst getrennt werden mußte, um zu einem konkreten Meßergebnis zu gelangen.
Bei einer anderen Einrichtung zur Achsschubmessung wurde ein elastisches, mit Dehnmeßgebern bestücktes Zwischenglied zwischen das Lageraußengehäuse und die tragende Konstruktion des Lagers gesetzt. Das Meßelement bestand hierbei aus einem tellerfederförmigen oder einem wellenringartig aufgebauten Zwischenstück. Zwecks Wegmessung erforderte diese untersuchte Einrichtung eine axiale Verschiebung des Lageraußengehäuses. Die wesentlichen Nachteile dieser untersuchten Einrichtung wurden einerseits in einer verhältnismäßig großen Platzbeanspruchung des Meßelements sowie in Hystereseerscheinungen bei der Aufzeichnung des Meßsignals gesehen, und zwar im
f>5 wesentlichen als Ursache des Verschiebens des Lageraußengehäuses.
Ein weiterer bekannter Fall (DE-OS 20 25 693) bezieht sich auf ein Verfahren zur Überwachung des
Betriebszustandes von Wälzlagern, mit dem vorrangig ein Lagerschaden möglichst frühzeitig erkannt werden können soll. Hierin soll zum einen die Käfigdrehzahl, zum anderen die gemessene Käfigdrehzahl, die in Beziehung zur ebenfalls gemeinsamen Maschinendrehzahl gesetzt wird, herangezogen werden. Genauer ausgedrückt, soll also im vorliegenden bekannten Fall das Auftreten von Lagerkäfigschlupf als Kriterium für die Lagerbrauchbarkeit verwendet werden.
Der vorliegende bekannte Fall vermittelt also keinerlei Hinweis auf eine mögliche Achsschubmessung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der genannten bekannten sowie der untersuchten Einrichtungen zu vermeiden und ein Verfahren zu schaffen, mit dem auch bei schwierigen Betriebsbedingungen, wie insbesondere hohen Temperaturen und hohen Drehzahlen, unter Verwendung von herkömmlichen Meßgebern Achsschübe bestimmt werden können.
Die gestellte Aufgabe wird durch die im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs angegebenen Erfindungsmerkmale gelöst
Neben den vorrangig schon erwähnten Einsatzzwekken (hohe Temperaturen und Drehzahlen) eignet sich das Verfahren ferner besonders gut für schwierige Betriebsbedingungen, wie hohe öltemperatur, Tröpfchenschlag auf die Meßstelle und starke Verwirbelung in der Lagerkammer, da es als reine Frequenzmessung weitgehend störungsunanfällig und auf die Zwischenschaltung von mechanischen Hilfsgliedern nicht angewiesen ist
Anhand der Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise weiter erläutert; es zeigt
F i g. 1 die Vorderansicht eines in Topfkonstruktion ausgebildeten Wälzlagers, die Positionen der Dehnmeßstreifen und die Lage einer künstlichen Schwachstelle im Tragkegel erläuternd,
F i g. 2 die Ansicht A des Wälzlagers nach F i g. 1,
F i g. 3 eine dem Wälzlager nach F i g. 1 und 2 zugeordnete VoHbrückenschaltung,
Fig.4 ein Diagramm, in welchem die bei der Frequenzanalyse auftretenden beiden Resonanzspitzen (Wellendrehfrequer.z bzw. Überrollfrequenz der Wälzkörper) erläutert sind und
F i g. 5 ein weiteres Diagramm, in dem das Meßergebnis näher erläutert ist.
Die F i g. 1 und 2 veranschaulichen ein für die Durchführung der Erfindung geeignetes Wälzlager mit einem flanschseitig aufspannbaren, topfförmigen, den Lageraußenring 8 enthaltenden Tragkörper 6. Die materialseitige Schwachstelle ist hierbei von einer einseitig im Tragkörper 6 angeordneten Ausnehmung 7 gebildet.
Um die relative Käfigdrehzahl als Maß für den Achsschub über die Frequenz der dynamischen Durchbiegung an der Ausnehmung 7 bei der Wälzkörperüberrollung messen zu können, ist dem Wälzlager nach F 5 g. 1 und 2 z. B. eine Dehnmeßstreif en- Vollbrükke hoher Temperaturbeständigkeit nach Fig.3 zugeordnet, deren aktive Geber 1, 2 stirnseitig (Stirnseite 9 — Fig. 1) auf dem mittleren Durchmesser des Lageraußenringes 8, in Umfangsrichiung mittig zur
ίο Ausnehmung 7 angeordnet sind, wohingegen die Kompensationsstreifen 3, 4 — mit Rücksicht auf eine gerade Wälzkörperzahl — den beiden aktiven Gebern 1, 2 genau gegenüberliegend auf dem mittleren Durchmesser des Lageraußenringes 8 angeordnet sind.
Bei ungerader Wälzkörper- bzw. Kugelzahl wären die Kompensationsstreifen um eine halbe Kugelteilung versetzt anzuordnen.
An Stelle der gemäß F i g. 3 gewählten Vollbrückenschaltung für die aktiven Geber bzw. die Kompensationsstreifen wäre es durchaus denkbar, die Geber in Viertel- oder Halbbrückenschaltung anzuordnen.
Das breitbandig aufgezeichnete Meßsignal der Dehnmeßstreifen-Vollbrücke wird zur Bestimmung der Käfigdrehzahl einer Frequenzanalyse, am besten im Echtzeitanalysator, unterworfen. Das Ergebnis ist im Diagramm nach F i g. 4 dargestellt Zwei Resonanzspitzen fallen auf:
Die niederfrequente Wellendrehzahlfrequenz fw ist direkt proportional der 1. Ordnung der Wellendrehzahl
jo und wird von der Restunwucht der umlaufenden Teile verursacht, wobei /* aus der Überrollfrequenz der Wälzkörper resultiert Damit errechnet sich die relative Käfigdrehzahl zu:
/»Käfig = Λ
/ι Welle a ·/„.
fK = Wälzkörperüberrollfrequenz (Hz)
/V = Wellendrehzahlfrequenz (Hz)
a = Anzahl der Wälzkörper (-)
Gemäß Diagramm nach Fig.5 stellt somit das Verhältnis zwischen Käfigdrehzahl und Wellendrehzahl ein Maß für den Achsschub (steigender Achsschub S) dar.
Hier ergibt demnach die Abhängigkeit der relativen Käfigdrehzahl von der Wellendrehzahl unter Berücksichtigung verschiedener Achsschübe S eine mit der Drehzahl ansteigende, fächerartig angeordnete Geradenschar G, die auf der Seite des geringen Achsschubes durch die Schlupfgrenze Zdes Lagers limitiert ist.
Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Verfahren zur Bestimmung des Achsschubes von unter extremen Betriebsbedingungen — beispielsweise hohen Temperaturen und Drehzahlen — stehenden Wälzlagern, bei denen der Achsschub nicht rein axial, sondern unter einem bestimmten Winkel durch die Wälzkörper geleitet wird, wobei ein Mindestachsschub zugrunde gelegt ist, der eine kinematisch einwandfreie, schlupffreie WälzkörperabroUungzuläßt, dadurch gekennzeichnet, daß aus Eichmessungen die Zusammenhänge zwischen dem Achsschub, der relativen Käfigdrehzahl nijnw und der Wellendrehzahl nw bestimmt werden und daß zur Bestimmung der relativen Käfigdrehzahl aus der Formel
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