DE102017223386A1

DE102017223386A1 - Gleitlageranordnung für eine schwere Welle, insbesondere einer Windkraftanlage, sowie Steuersystem und Verfahren zur Schmierölversorgung derselben

Info

Publication number: DE102017223386A1
Application number: DE102017223386.9A
Authority: DE
Inventors: Daniel Wolf; Ümit Kutluay; Johannes Schäfer; Georg Eibler; Georg Tenckhoff
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2017-12-20
Filing date: 2017-12-20
Publication date: 2019-06-27
Also published as: WO2019120870A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gleitlageranordnung (1; 1') für eine schwere Welle (2; 2'), insbesondere einer Windkraftanlage, mit einem hydrostatischen Gleitlager (4), dessen zwischen mindestens einer Lagerschale (5) und der Welle (2; 2') gebildeter Lagerspalt (6) mit mindestens einem Zuführkanal (7) zur Druckschmierung des Lagerspalts (6) mit Schmieröl verbunden ist, indem der Zuführkanal (7) in eine gleitlagerseitige Zuführkanalaustrittsöffnung oder Schmieröltasche (8) zur Bevorratung von Schmieröl mündet, wobei in oder am Zuführkanal (7) beziehungsweise in oder an der Schmieröltasche (8) mindestens ein Sensorelement (10; 10'; 10") zur Detektion des Vorhandenseins von Schmieröl angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gleitlageranordnung für eine schwere Welle, insbesondere bei einem Getriebe oder Antriebsstrang einer Windkraftanalage, mit einem Gleitlager, dessen zwischen mindestens einer Lagerschale und der Welle gebildeter Lagerspalt mit zumindest einem Zuführkanal zur Schmierung des Lagerspalts mit Schmieröl verbunden ist. Weiterhin betrifft die Erfindung auch ein Steuersystem zur Steuerung der Schmierölversorgung einer solchen Gleitlageranordnung sowie ein Verfahren zur Betriebssteuerung einer zumindest eine solche Gleitlageranordnung aufweisenden Maschine oder Anlage, vorzugsweise Windkraftanlage. Ferner ist auch ein das vorgenannte Verfahren verkörperndes Computerprogrammprodukt angegeben.
Das Einsatzgebiet der Erfindung erstreckt sich auf hydrostatische oder hydrodynamische Gleitlager für schwere Wellen, die vornehmlich im Bereich des Kraftfahrzeugbaus, der Schiffstechnik sowie des Maschinen- und Anlagenbaus zum Einsatz kommen. Als schwere Wellen werden im Rahmen dieser Anwendungen insbesondere Antriebswellen mit einem Wellendurchmesser zwischen 30 und 300 mm verstanden. Es sind jedoch auch kleinere oder größere Wellendurchmesser denkbar, falls diese mit einer Drehlagerung der hier gattungsgemäßen Art ausgestattet werden können, insbesondere einer Schmierölversorgung des Lagerspalts zugänglich sind. Die Wellen der hier interessierenden Art finden sich beispielsweise in Windkraftanlagen zur getriebeinternen Lagerung von Zahnradbauteilen, zur Lagerung des Antriebsstrangs zwischen Rotor und Getriebeeingang oder auch zur Lagerung eines Rotorblatts an einer Nabe, bei welcher der Pitch des Rotorblatts verstellbar ist. Prinzipiell lässt sich die erfindungsgemäße Lösung auf axiale und radiale Gleitlageranordnungen sowie Kombinationen hieraus anwenden.
Aus der US 2011/0188988 A1 geht eine technische Lösung für eine Gleitlagerung eines Rotors an einer Nabe einer Windkraftanlage hervor, welche hier als Axiallagerung ausgebildet ist. Die Axiallagerung wirkt auf einander gegenüberliegende Ringflächen einer seitens des proximalen Endes eines Rotorblatts angeordneten Drehschiene ein. Der Zustand des sich im Lagerspalt befindlichen Schmieröls wird hier gemäß einer ersten beschriebenen Ausführungsform über einen Drucksensor ermittelt, welcher seitens der Lagerschale oder der Welle angeordnet den Lagerspaltdruck misst, woraus eine Steuereinheit Einfluss auf die Pumpenansteuerung des Druckschmierungskreises und/oder den Betrieb der Windkraftanlage nimmt, beispielsweise auf deren dynamischen Zustand. Gemäß einer anderen beschriebenen Ausführungsform basiert diese Steuerung auf einer sensortechnischen Ermittlung der Temperatur des Schmieröls im Lagerspalt. Die dort herrschende Temperatur ist ein Indikator für die Belastung des Rotorblatts. Schließlich wird gemäß einer weiteren Ausführungsform vorgeschlagen, dass die Schmierfilmdicke im Lagespalt des Gleitlagers sensortechnisch ermittelt wird, auf dessen Basis die vorgenannte Steuerung durchgeführt wird. Falls die Schmierfilmdicke unter einen vordefinierten Mindestwert fällt, so lässt sich hieraus eine Überbelastung des Rotorblatts ableiten.
Die US 2012/0068460 A1 offenbart eine radiale Gleitlageranordnung für eine Antriebswelle des Antriebsstrangs einer Windkraftanlage. Ein Gleitlager bildet hier die rotornabenseitige Lagerstelle der Antriebswelle. Die Gleitlageranordnung umfasst ebenfalls einen Sensor, der die Spaltbreite und damit ebenfalls die Schmierfilmdicke des sich im Lagerspalt befindlichen Schmieröls misst, um ausgehend von dem Messwert die Pumpe eines Druckschmierungskreises sowie einen Liftaktuator der Gleitlageranordnung anzusteuern, mit welchem die Welle bei verschiedenen hydrodynamischen Betriebsmodi lagerbar ist.
Wechselnde Betriebszustände der eine solche Gleitlagerung umfassenden Maschine oder Anlage sowie Störungen in der Druckschmierung können zu einer Funktionsunterbrechung der Gleitlagerung führen und einen Verschleiß, Schädigung oder sogar Ausfall der Lagerstelle herbeiführen.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gleitlageranordnung der gattungsgemäßen Art dahingehend weiter zu verbessern, dass mit einfachen technischen Mitteln ein störungsfreier Betrieb ermöglicht wird und überwachbar ist.
Die Aufgabe wird hinsichtlich einer Gleitlageranordnung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Hinsichtlich eines Steuersystems zur Steuerung der Druckschmierung der Gleitlageranordnung wird auf Anspruch 9 verwiesen. Anspruch 13 gibt ein Verfahren zur Betriebssteuerung einer die Gleitlageranordnung aufweisenden Maschine oder Anlage an, die gemäß Anspruch 12 vorzugsweise eine Windkraftanlage ist, und gemäß Anspruch 16 als Computerprogrammprodukt ausgebildet sein kann. Die jeweils rückbezogenen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung an.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass in oder an einem Zuführkanal des Schmieröls zum Lagerspalt eines hydrostatischen Gleitlagers bzw. in oder an einer optional vorhandenen Schmieröltasche mindestens ein Sensorelement zur Detektion des Vorhandenseins von Schmieröl angeordnet ist.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung resultiert aus der Überlegung, dass lediglich das Vorhandensein von Schmieröl, nicht dessen Druckwert, Schmierfilmdicke oder andere physikalische Parameter bereits hinreichend sind, um eine Aussage über den Betriebszustand der Gleitlagerung zu treffen. Das bloße Vorhandensein von Schmieröl lässt sich durch eine einfach aufgebaute Sensorik zuverlässig feststellen. Mit anderen Worten basiert die erfindungsgemäße Lösung auf einer sensortechnischen Ermittlung, ob Schmieröl am Gleitlager anliegt.
Vorzugsweise kann ein erfindungsgegenständliches Sensorelement als ein kapazitiver oder Ultraschall-Ölstandssensor ausgebildet sein. Ein vorzugsweise nach diesem Messprinzip arbeitendes Sensorelement wird gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform zumindest teilweise in einem vertikalen Kanalabschnitt des Zuführkanals der Druckschmierung angeordnet und misst entweder in analoger Weise die Höhe der Ölstandssäule oder in diskreter Weise zumindest einen Minimalstand sowie einen Maximalstand des im vertikalen Kanalabschnitt vorhandenen Schmieröls. Vorzugsweise eignet sich diese Ausführungsform der Messanordnung für ortsfest angeordnete Wellen, da der Ölstand unter diesen Bedingungen zuverlässig messbar ist. Beispielsweise kann der vertikale Kanalabschnitt des Zuführkanals in einer stehenden Welle eines Planetenträgers einer Planetenstufe angeordnet sein.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass ein als Durchflussmesselement ausgebildetes Sensorelement irgendwo am Zuführkanal der Druckschmierung angeordnet ist, um den zur Gleitlagerversorgung fließenden Volumenstrom an Schmieröl zu messen. Ein derartiges Sensorelement ist hinsichtlich seiner Positionierung gegenüber der vorstehend erörterten Ausführungsform unempfindlich und kann daher auch in horizontalen Kanalabschnitten des Zuführkanals der Druckschmierung und auch in beweglichen Bauteilen angeordnet werden. Das Durchflussmesselement kann als ein an sich bekannter Durchfluss-Schalter ausgebildet sein, dessen Sensorblatt mit dem distalen Ende in den Zuführkanal hineinragt. Eine durch die Strömung des Schmieröls bewirkte Beaufschlagung des Sensorblatts ist ein Maß für den durchfließenden Volumenstrom. Anstelle eines solchen Durchfluss-Schalters können auch andere Durchflussmesselemente, beispielsweise Schrauben- oder Turbinenvolumeter, im Zuführkanal der Druckschmierung angeordnet sein, um den dem Gleitlager zufließenden Volumenstrom an Schmieröl zu messen.
Gemäß einer dritten Ausführungsform kann das Sensorelement beispielsweise auch als ein Ultraschall-Sensor zur Messung von Lufteinschlüssen im Schmieröl ausgebildet sein. Die Positionierung eines solchen Sensorelements erfolgt vorzugsweise an einer Schmieröltasche der Gleitlageranordnung. Voraussetzung hierfür ist, dass eine solche Schmieröltasche mit hinreichend großen geometrischen Abmessungen existiert. Da sich das Vorhandensein von Schmieröl über das Nicht-Vorhandensein von Lufteinschlüssen, beispielsweise Luftblasen, im Schmieröl detektieren lässt, stellt ein derart positionierter Ultraschall-Sensor ebenfalls eine geeignete Alternative für das erfindungsgegenständliche Sensorelement dar. Auch das hiermit durchgeführte Messen von Lufteinschlüssen ist unabhängig vom Bewegungszustand des Bauteils, in dem das Sensorelement angeordnet ist. Im Übrigen ist ein Ultraschall-Sensor auch zur Messung des Ölstands in einem vertikalen Kanalabschnitt des Zuführkanals geeignet.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können auch mehrere Sensorelemente im Bereich des Zuführkanals und der optionalen Schmieröltasche zum Einsatz kommen, um ein zuverlässiges Messergebnis über das Vorhandensein von Schmieröl sicherzustellen. Dabei können diese mehreren Sensorelemente auch unterschiedlichen Typs sein und insoweit in Kombination miteinander zum Einsatz kommen. Auch andere Sensoren, wie beispielsweise ein Temperatursensor oder Abstandssensor zur Messung der Lagerspaltbreite, sind kombinierbar.
Vorzugsweise erstreckt sich der seitens der Welle oder seitens der Lagerschale ausgebildete vertikale Kanalabschnitt des Zuführkanals quer zum Lagerspalt und/oder der Längserstreckung der Schmieröltasche. Darunter fällt nicht allein eine genau senkrechte Positionierung. Auch Winkelabweichungen hiervon gelten als „quer“. In analoger Weise muss der vertikale Kanalabschnitt des Zuführkanals nicht genau senkrecht zur Längsachse der Gleitlageranordnung liegen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform geht dem vertikalen Kanalabschnitt ein horizontaler Kanalabschnitt voraus, der quer zum vertikalen Kanalabschnitt () angeordnet ist und hierin einmündet. Hierdurch wird auf kurzem Weg eine Schmierölzufuhr von außen entlang des Welleninneren bewirkt.
Ein Steuersystem zur Steuerung der Druckschmierung einer Gleitlageranordnung der vorstehend beschriebenen Art umfasst vorzugsweise außerdem eine jedem Sensorelement lokal zugeordnete oder für eine Gruppe von Sensorelementen zentral zu diesen Bauteilen angeordnete Sensorsignalaufbereitungseinheit, welche ein normiertes Messsignal ausgibt. Das Messsignal wird über eine Signalübertragungseinrichtung mit einer sensorfernen Steuereinrichtung zur Betriebssteuerung einer die Gleitlageranordnung umfassenden Maschine oder Anlage nach Maßgabe der von dem mindestens einen Sensorelement detektierten Information verbunden. Dabei kann die Signalübertragungseinrichtung zumindest teilweise als drahtlose Übertragungseinrichtung ausgebildet sein, beispielsweise als Datenfunkeinrichtung. Hierüber lässt sich das Sensorsignal insbesondere von drehenden Bauteilen der Gleitlageranordnung auf die Steuereinrichtung übertragen, falls der Sensor in einem solchen drehenden Bauteil platziert ist. Hierdurch werden verschleißanfällige Schleifkontaktübertragungen und dergleichen vermieden. Die Signalübertragung kann dabei als analoge oder digitale Datenübertragung, beispielsweise per BUS-Protokoll, ausgeführt werden und teilweise auch drahtgebunden erfolgen. Die ein kontinuierliches Messsignal über das Vorhandensein von Schmieröl im Gleitlager empfangende Steuereinrichtung kann Bestandteil einer elektronischen Steuereinheit zur Betriebssteuerung der Maschine oder Anlage sein oder auch dieser, vorzugsweise in Form einer vorgelagerten sogenannten Electronic Control Unit (ECU), zugeordnet sein.
Durch die Steuereinrichtung bzw. die vorgelagerte ECU wird gemäß einer die Erfindung verbessernden Maßnahme in Abhängigkeit des Schmierölzustands der Betrieb der Maschine oder Anlage beeinflusst. Zu diesem Zweck kann die Steuereinrichtung auch andere physikalische Messwerte weiterer Sensoren berücksichtigen, beispielsweise die Temperatur T im Ölsumpf des Druckschmierungskreises, das Drehmoment M, die Drehzahl n und/oder die Antriebsleistung P der gleitgelagerten Welle oder die Viskosität, den Wassergehalt und/oder die Partikelkonzentration von Fremdstoffen im Schmieröl der Druckschmierung. Im Rahmen der Betriebssteuerung werden vorzugsweise folgende Steuermaßnahmen zur Verlängerung der Lebensdauer der Gleitlageranordnung oder deren Funktionsoptimierung ausgeführt:

- Optimierung der Druckschmierung durch Erhöhung des Ölfördervolumens der Schmiermittelpumpe bei Ölmangel oder durch schmierungsoptimale Ansteuerung des Antriebs der Welle hinsichtlich Drehzahl, Drehmoment und/oder Leistung. Hierdurch erfolgt eine Belastungsanpassung der Schmierstrategie.
- Bedarfsgesteuertes Erhöhen der Schmiermittelzufuhr im Stillstand und/oder Leerlauf der Welle. Hierdurch wird eine Verlängerung der Lebensdauer der Gleitlagerung erzielt.
- Verschleißoptimierte Anfahrstrategie nach längerem Stillstand der Welle und/oder tiefen Temperaturen unter Beachtung einer hinreichenden Schmierung der Gleitlageranordnung. In diesem Zusammenhang ist es denkbar, dass die Anlage erst hochgefahren oder die Last erhöht wird, wenn ausreichend Schmierung vorhanden ist oder das Schmieröl warm genug ist. Die Steuereinrichtung oder vorgeschaltete ECU steht zu diesem Zweck signaltechnisch mit der Steuerung der Schmieröleinrichtung bzw. Ölheizung in Verbindung und schaltet die Maschine oder Anlage ein und wartet auf Rückmeldung der in der Gleitlagerung integrierten Ölanwesenheitssensorik, die auf Basis einer Füllstandsmessung, Lufteinschlussdetektion und/oder Durchflussmessung basiert.
- Erkennen einer Leckage oder Störung in der Schmiermittelzufuhr durch Abgleich von deren Betriebsparametern mit den Messwerten der Schmieröldetektion im Gleitlager. Kommt beispielsweise kein Schmieröl trotz angeforderter Förderleistung im Gleitlager an, kann auf eine Leckage oder Störung in der Druckschmierung geschlossen werden. Auch aus dem zeitlichen Ansprechverhalten und Abgleich mit dem Verhalten zu vorherigen, vergleichbaren Betriebszuständen, insbesondere Temperatur, kann auf eine Änderung der Schmieröleigenschaft, in diesem Falle Viskosität, oder Leistungsabfall in der Druckschmierung geschlossen werden. Ein Leistungsabfall kann beispielsweise durch eine defekte Pumpe oder einen zugesetzten Ölfilter verursacht werden.
- Notabschaltung der Maschine oder Anlage im Falle einer Mangelschmierung oder bei Eintreten eines der vorstehend beispielhaft angegebenen Störungsfälle.

Es sei darauf hingewiesen, dass das vorgenannte Verfahren zur Betriebssteuerung sich in Form eines Computerprogrammprodukts mit Programmcodemitteln zu dessen Durchführung umsetzen lässt und vorzugsweise auf einer dafür vorgesehenen softwaregesteuerten elektronischen Steuereinheit, insbesondere ECU, des Steuersystems oder auch auf einer Cloud-Plattform abläuft.
Weiter die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.
Es zeigt:

1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Gleitlageranordnung mit einem Ölstandssensor zur Detektion des Vorhandenseins von Schmieröl,
2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Gleitlageranordnung mit einer kombinierten Sensorik aus Durchflussmesselement und Ultraschall-Sensor, und
3 eine Blockschaltbilddarstellung eines Steuersystems zur Steuerung der Druckschmierung für eine Gleitlageranordnung gemäß 1 oder 2.

Gemäß 1 umfasst eine Gleitlageranordnung 1 eine schwere Welle 2, welche hier als stehender Lagerbolzen einer Planetenradlagerung eines Planetenrads 3 bei einer - nicht weiter dargestellten - Planetenstufe eines Getriebes für eine Windkraftanlage ausgebildet ist.
Die Gleitlageranordnung 1 umfasst ein Gleitlager 4, welches zwischen einer in das Planetenrad 3 eingesetzten Lagerschale 5 und der Welle 2 einen Lagerspalt 6 bildet. Für die Gleitlagerung ist der Lagerspalt 6 idealerweise vollständig mit Schmieröl ausgefüllt, welches per Druckschmierung von einem Zuführkanal 7 aus in den Lagerspalt 6 gepresst wird.
Bei diesem Ausführungsbeispiel mündet die gleitlagerseitige Austrittsöffnung des Zuführkanals 7 in eine das Schmieröl bevorratende und entlang des Lagerspalts 6 verteilende Schmieröltasche 8. Die Schmieröltasche 8 erweitert den Lagerspalt 6 rinnenförmig nach radial innen.
Der Zuführkanal 7 für das Schmieröl ist bei diesem Ausführungsbeispiel in einen längs der Welle 2 verlaufenden horizontalen Kanalabschnitt 9a sowie einen sich hieran anschließenden vertikalen Kanalabschnitt 9b unterteilt, welcher quer zum vertikalen Kanalabschnitt 9a verläuft und in die Schmieröltasche 8 ausmündet.
Entlang des vertikalen Kanalabschnitts 9b des Zuführkanals 7 für Schmieröl erstreckt sich ein Sensorelement 10, welches hier zur analogen Messung der Ölstandssäule im Bereich des vertikalen Kanalabschnitts 9b vorgesehen ist. Das Sensorelement 10 basiert auf einem kapazitiven Messprinzip und detektiert das Vorhandensein von Schmieröl im vertikalen Kanalabschnitt 9b, um einen Rückschluss auf eine störungsfreie Gleitlagerung ziehen zu können.
Das Sensorelement 10 ist mit einer lokal zugeordneten Sensorsignalaufbereitungseinheit 11 ausgestattet, welche das analoge Ölstandsmesssignal zu einem übertragungstauglichen Signal normiert. Die Signalübertragung findet über eine an der Sensorsignalaufbereitungseinheit 11 angeschlossenen drahtlosen Signalübertragungseinrichtung 12 an eine - nicht weiter dargestellte - Empfängerinstanz statt. Die drahtlose Signalübertragungseinrichtung 12 ist hier einer stehenden Welle 2 zugeordnet, welche die Detektion des Vorhandenseins von Schmieröl durch Ölstandsmessung im vertikalen Kanalabschnitt 9b ermöglicht.
Die in 2 dargestellte alternative Gleitlageranordnung 1' ist dagegen eher für eine bewegte Welle 2' geeignet, welche relativ zu einer Tragstruktur oder benachbarten Getriebebauteilen rotiert. Am Zuführkanal 7 ist hier ein Sensorelement 10' angeordnet, welches ein Durchflussmesselement darstellt, um zur Detektion des Vorhandenseins von Schmieröl den zur Gleitlagerversorgung fließenden Volumenstrom an Schmieröl zu messen.
Kombiniert ist das Sensorelement 10' mit einem weiteren Sensorelement 10" eines anderen Typs. Das weitere Sensorelement 10" ist hier an der Schmieröltasche 8 angeordnet und als Ultraschall-Sensor ausgebildet. Dieses Sensorelement 10" misst Lufteinschlüsse - insbesondere Luftblasen - im Schmieröl, um hieraus einen Rückschluss auf das Vorhandensein von Schmieröl an der Gleitlagerung zu treffen.
Da die Welle 2' bei diesem Ausführungsbeispiel als bewegte Welle ausgebildet ist, wird hier anstelle einer Ölstandsmessung in einem vertikalen Kanalabschnitt eine Durchflussmessung verwendet, welche aus Plausibilitätsgründen mit einer Lufteinschluss-Messung kombiniert ist.
Beide Sensorelemente 10' und 10" übermitteln die jeweiligen Messsignale ebenfalls über eine drahtlose Signalübertragungseinrichtung 12 an eine - hier ebenfalls nicht dargestellte - Empfängerinstanz. Der übrige Aufbau dieser Gleitlageranordnung 1' entspricht dem Aufbau der vorstehend beschriebenen Gleitlageranordnung 1.
Nach 3 besteht ein Steuersystem zur Steuerung der Druckschmierung einer Gleitlageranordnung 1' im Wesentlichen aus mehreren Sensorelementen 10' und 10", welche auf Basis einer Durchflussmessung bzw. einer Lufteinschluss-Messung des Schmieröls dessen Vorhandensein im hydrostatischen Gleitlager 4 der vorstehend beschriebenen Art detektieren. Daneben misst ein Temperatursensor 13 die im hydrostatischen Gleitlager 4 herrschende Lagertemperatur. Eine signifikante Temperaturerhöhung kann auf einen Lagerschaden hindeuten.
All die durch die Sensorelemente 10', 10" sowie 13 gewonnenen Messwerte werden über eine Signalübertragungseinrichtung 12 drahtlos an eine ortsferne Signalempfangseinrichtung 14 übertragen, welche Bestandteil einer sensorfernen Steuereinrichtung 15 zur Betriebssteuerung einer die Gleitlageranordnung 1' umfassenden Anlage, hier Windkraftanlage, ist. Die Steuereinrichtung 15 umfasst eine softwaregesteuerte elektronische Steuereinheit 16, welche per Software die besagte Betriebssteuerung auf Basis der ermittelten Sensorwerte und nach Maßgabe eines implementierten Steueralgorithmus 17 durchführt.
Unter Verwendung des Steueralgorithmus 17 kann beispielsweise per Steuersignal 18 an den Antrieb der Anlage eine Notabschaltung eingeleitet werden, falls die Messdatenauswertung der Sensoren 10', 10" und/oder 13 der Gleitlageranordnung 1' ergibt, dass sich zu wenig oder kein Schmieröl im Gleitlager 4 befindet. Die Notabschaltung verhindert insoweit einen fortschreitenden Lagerschaden.
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hierfür denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist es beispielsweise auch möglich, andere Maßnahmen zur Betriebssteuerung einer Maschine oder Anlage bei einem durch die erfindungsgemäße Lösung erkannten Ölmangel vorzunehmen, beispielsweise einer Erhöhung der Schmiermittelzufuhr, insbesondere im Stillstand, eine verschleißoptimierte Anfahrstrategie nach längerem Stillstand oder extrem tiefen Temperaturen, eine Leckagedetektion, eine Optimierung der Druckschmierung durch bedarfsgerechte Schmierölzufuhr und dergleichen.
Ferner ist das erfindungsgemäße Steuersystem nicht darauf beschränkt, dass das Verfahren zur Betriebssteuerung lokal in der Maschine oder Anlage durchgeführt wird. Dieses kann beispielsweise auch auf einer Client-Server-Architektur durchgeführt werden, worin die sensorische Messwertermittlung clientseitig und die Signalauswertung serverseitig erfolgt. Auch die Nutzung einer Cloud-Plattform zu diesem Zweck ist denkbar. Dies bietet den Vorteil, dass die ermittelten Sensordaten auch für andere Einsatzzwecke als eine Betriebssteuerung der Maschine oder Anlage nutzbar gemacht werden können.
Bezugszeichenliste

1: Gleitlageranordnung
2: Welle
3: Planetenrad
4: Gleitlager
5: Lagerschale
6: Lagerspalt
7: Zuführkanal
8: Schmieröltasche
9a: horizontaler Kanalabschnitt
9b: vertikaler Kanalabschnitt
10: Sensorelement
11: Sensorsignalaufbereitungseinheit
12: Signalübertragungseinrichtung
13: Temperatursensor
14: Signalempfangseinrichtung
15: Steuereinrichtung
16: Steuereinheit
17: Steueralgorithmus
T: Temperatur
M: Drehmoment
n: Drehzahl
P: Antriebsleistung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2011/0188988 A1 [0003]
US 2012/0068460 A1 [0004]

Claims

Gleitlageranordnung (1; 1') für eine schwere Welle (2), insbesondere einer Windkraftanlage, mit einem hydrostatischen Gleitlager (4), dessen zwischen mindestens einer Lagerschale (5) und der Welle (2; 2') gebildeter Lagerspalt (6) mit mindestens einem Zuführkanal (7) zur Druckschmierung des Lagerspalts (6) mit Schmieröl verbunden ist, indem der Zuführkanal (7) in eine gleitlagerseitige Zuführkanalaustrittsöffnung oder Schmieröltasche (8) zur Bevorratung von Schmieröl mündet, dadurch gekennzeichnet, dass in oder am Zuführkanal (7) beziehungsweise in oder an der Schmieröltasche (8) mindestens ein Sensorelement (10; 10'; 10'') zur Detektion des Vorhandenseins von Schmieröl angeordnet ist.
Gleitlageranordnung (1; 1') nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (10; 10'') als ein kapazitiver oder Ultraschall-Ölstandssensor ausgebildet ist.
Gleitlageranordnung (1; 1') nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (10) zumindest teilweise in einem vertikalen Kanalabschnitt (9b) des Zuführkanals (7) angeordnet ist und zur analogen Messung der Ölstandssäule oder zur diskreten Messung zumindest eines Minimalstands sowie eines Maximalstands an dort vorhandenem Schmieröl ausgebildet ist.
Gleitlageranordnung (1; 1') nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das am Zuführkanal (7) angeordnete Sensorelement (10') als ein Durchflussmesselement zur Messung des zur Gleitlagerversorgung fließenden Volumenstroms an Schmieröl ausgebildet ist.
Gleitlageranordnung (1; 1') nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das an der Schmieröltasche (8) angeordnete Sensorelement (10") als ein Ultraschall-Sensor zur Messung von Lufteinschlüssen im Schmieröl ausgebildet ist.
Gleitlageranordnung (1; 1') mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Sensorelemente (10; 10'; 10'') unterschiedlichen Typs in Kombination zum Einsatz kommen.
Gleitlageranordnung (1; 1') nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der seitens der Welle (2) oder seitens der Lagerschale (5) ausgebildete vertikale Kanalabschnitt (9b) des Zuführkanals (7) quer zum Lagerspalt (6) und/oder der Längserstreckung der Schmieröltasche (8) ausgerichtet ist und hierin einmündet.
Gleitlageranordnung (1; 1') nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem vertikalen Kanalabschnitt (9b) ein horizontaler Kanalabschnitt (9a) vorausgeht, der quer zum vertikalen Kanalabschnitt (9b) angeordnet ist und hierin einmündet.
Steuersystem zur Steuerung der Druckschmierung einer Gleitlageranordnung (1; 1') nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 8, weiterhin umfassend eine dem mindestens einem Sensorelement (10; 10'; 10'') lokal zugeordnete Sensorsignalaufbereitungseinheit (11), die über eine Signalübertragungseinrichtung (12) mit einer sensorfernen Steuereinrichtung (15) zur Betriebssteuerung einer die Gleitlageranordnung (1; 1') umfassenden Maschine oder Anlage nach Maßgabe der vom mindestens einen Sensorelement (10; 10'; 10'') detektierten Information in Verbindung steht.
Steuersystem nach Anspruch 9, wobei die Signalübertragungseinrichtung (12) zumindest teilweise als drahtlose Übertragungseinrichtung ausgebildet ist, um das Sensorsignal von drehenden Bauteilen der Gleitlageranordnung (1') auf die Steuereinrichtung (15) zu übertragen.
Steuersystem nach Anspruch 9, wobei die Steuereinrichtung (15) eine softwaregesteuerte elektronische Steuereinheit (16) zur Betriebssteuerung der Maschine oder Anlage umfasst.
Windkraftanlage, umfassend ein Steuersystem nach einem der Ansprüche 9 bis 11.
Verfahren zur Betriebssteuerung einer zumindest eine Gleitlageranordnung (1; 1') nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweisenden Maschine oder Anlage, wobei über mindestens ein Sensorelement (10; 10'; 10'') der Gleitlageranordnung (1; 1') das Vorhandensein von Schmieröl detektiert wird, wonach das diesbezügliche Sensorsignal über eine Signalübertragungseinrichtung (12) an eine Steuereinrichtung (15) übertragen wird, durch welche die Betriebssteuerung der Maschine oder Anlage nach Maßgabe des Sensorsignals ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Betriebssteuerung mindestens eine Steuermaßnahme zur Verlängerung der Lebensdauer der Gleitlageranordnung (1; 1') oder dessen Funktionsoptimierung ausführt, die ausgewählt ist aus einer Gruppe, umfassend: - Optimierung der Druckschmierung durch Erhöhung des Ölfördervolumens Schmiermittelpumpe bei Ölmangel oder durch schmierungsoptimierte Ansteuerung des Antriebs der Welle (2; 2') hinsichtlich Drehzahl, Drehmoment und/oder Leistung, - bedarfsgesteuertes Erhöhen der Schmiermittelzufuhr im Stillstand und/oder Leerlauf der Welle (2; 2'), - verschleißoptimierte Anfahrstrategie nach längerem Stillstand der Welle (2; 2') und/oder tiefen Temperaturen unter Beachtung einer hinreichenden Schmierung der Gleitlageranordnung (1; 1'), - Erkennen einer Leckage oder Störung in der Schmiermittelzufuhr durch Abgleich von deren Betriebsparametern mit den Messwerten der Schmieröldetektion im Gleitlager (4), - Notabschaltung der Maschine oder Anlage im Falle einer Mangelschmierung.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei in die Betriebssteuerung durch die Steuereinrichtung (15) physikalische Messwerte weitere Sensoren (13) einfließen, ausgewählt aus einer Gruppe, umfassend: - Temperatur (T) im Ölsumpf des Druckschmierungskreises - Drehmoment (M), Drehzahl (n) und/oder Antriebsleistung (P) der Welle (2; 2'), - Viskosität, Wassergehalt und/oder Partikelkonzentration des Schmieröls.
Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln zur Durchführung der Betriebssteuerung gemäß des Verfahrens nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wenn das Computerprogrammprodukt auf einer elektronischen Steuereinheit (16) eines Steuersystems nach Anspruch 11 oder einem Cloud-Plattform abläuft.