WO2007087783A1 - Vorrichtung zum überwachen von maschinenelementen - Google Patents

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WO2007087783A1
WO2007087783A1 PCT/DE2007/000122 DE2007000122W WO2007087783A1 WO 2007087783 A1 WO2007087783 A1 WO 2007087783A1 DE 2007000122 W DE2007000122 W DE 2007000122W WO 2007087783 A1 WO2007087783 A1 WO 2007087783A1
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WO
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machine element
temperature
movable machine
physical property
energy
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PCT/DE2007/000122
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French (fr)
Inventor
Eugen Scherf
Joachim Schleifenbaum
Original Assignee
Schaeffler Kg
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    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/52—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with devices affected by abnormal or undesired conditions
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    • F16C41/008—Identification means, e.g. markings, RFID-tags; Data transfer means
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    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G—PHYSICS
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    • F16C41/00—Other accessories, e.g. devices integrated in the bearing not relating to the bearing function as such
    • F16C41/004—Electro-dynamic machines, e.g. motors, generators, actuators

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and method for monitoring machine elements.
  • the invention will be illustrated with reference to a cam roller drive. It should be noted, however, that the invention can also find application in other machine elements such as rolling bearing units and the like.
  • mud pumps are used to transport the flushing fluid. These work according to the axial piston principle.
  • the piston stroke is generated by a cam disk by rolling a cam roller mounted in a fork on the cam disk.
  • the fork is connected to a linearly guided piston rod.
  • a high flow rate and a high delivery pressure require high speeds and this results in high forces on the machine elements. These forces can lead to failure of these elements, for example, as a result of vibrations.
  • Of central importance for the function of the pump pe is the undisturbed movement of the cam rollers on the cam disc. Slippage or standstill of the cam roller leads to rapid temperature rise in the contact point and thus to increased wear. In addition, there is a risk of explosion at elevated temperature, since the lubrication of the kinematic elements takes place, inter alia, by oil mist.
  • the present invention is therefore based on the object to prevent the risk of failure of the pump or generally of the relevant machine element and in particular to monitor the respective affected machine element. From the state of the art, for example, it is known to monitor machine parts with regard to their vibrations. Due to this monitoring, however, no reliable slip or standstill detection of the roller is possible.
  • a device for monitoring machine elements, in particular for bearing elements, has at least one sensor device which is arranged on a movable machine element and checks at least one physical property of this movable machine element.
  • the sensor device outputs at least one characteristic value for the physical property.
  • a transmitting device is provided on the movable machine element, which outputs the characteristic value to a receiving device.
  • the receiving device is preferably not arranged on the movable machine element.
  • the physical property may be properties such as the rotational speed, the vibration behavior, any torsional behavior or even the temperature of the machine element.
  • the physical property of the machine element is the temperature of at least a portion of the machine element.
  • the transmitting device preferably transmits the characteristic value wirelessly. Since the machine element is movable and, in the case of a cam roller, executes both a rotational movement and a linear movement, it makes sense to wirelessly transmit the respective temperature values. In this case, optical connections such as infrared connections, radio links, acoustic connections and the like are conceivable between the transmitting device and the receiving device.
  • the cam roller can be monitored with respect to their temperature and the rotational movement.
  • the device has an energy generating device for supplying at least the sensor device. Since the cam roller rotates, the required energy can be generated, for example, electrodynamically on the cam roller. However, it would also be possible to provide batteries or similar power supplies on the moving element.
  • the energy generating device has at least one inductive element. Particularly advantageous, a plurality of magnets or magnetic elements are provided which generate by induction a voltage or a voltage pulse, which can be used for the operation of the sensor device and preferably also of the transmitting device.
  • the energy generating device has a plurality of magnets, on which a coil unit is guided past.
  • the device has a speed detection device.
  • the rotational movement of the movable element can be monitored.
  • a possible slip during the rolling movement or a blockage of the roll can be determined, for example, by a downstream evaluation device. Therefore, it can be checked whether the cam rollers run undisturbed on the cam disc.
  • the temperature and the rotational movement of the roller are monitored and evaluated for alarm purposes to avoid, for example, pump stoppages due to wear or explosion hazards as a result of high temperatures on the camshaft.
  • a radio-based measuring and transmission device is particularly suitable. Radio sensors with a low energy requirement are particularly advantageously selected, wherein advantageously these sensors, as mentioned above, can be supplied with the energy from the turning process itself.
  • the energy generating device is at the same time the speed detection device or has such. This means that the speed information is preferably obtained from the voltage curve of the power generation device.
  • the speed detection device at least some of the components of the power generation device are also used by the speed detection device.
  • the device has an energy storage device.
  • This may be, for example, a capacitor or the like.
  • the reason for the presence of the energy storage device is that in this way, even at a standstill of the movable element at least briefly a transmission of temperature values to the receiving device is possible.
  • the device has a generation device for an identification signal.
  • This identification signal is advantageously output together with the characteristic value such as the temperature value. In this way, different transmitting devices can be distinguished from one another in a receiving device and thus identified. It is also possible by the transmission of an identification signal to distinguish the signals of several temperature sensors from each other.
  • a plurality of temperature sensors is provided, wherein the individual temperature sensors are preferably distributed substantially uniformly in the circumferential direction of the movable machine element.
  • the critical temperature increases occur in particular in the contact areas of the cam roller with the cam disk. Therefore, it is advantageous to arrange the respective temperature sensors as far as possible outside on the cam roller. By arranging a plurality of temperature sensors in the circumferential direction of the cam roller, the temperature at the outer periphery can be determined relatively accurately.
  • the invention is further directed to a cam roller drive with a device of the type shown above.
  • the invention is further directed to a bearing and in particular a rolling bearing with a device of the type described above.
  • the present invention is directed to a method for checking machine elements, wherein in a first method step the temperature of at least one section of a movable machine element is detected by means of a sensor device arranged on the movable machine element.
  • a value characteristic of this physical property is output to a transmitting device and the value is transmitted wirelessly from the transmitting device to a receiving device.
  • This characteristic value or a characteristic signal may be a digital signal, a voltage value or the like.
  • the speed of the machine element is detected in addition to the temperature of the machine element.
  • at least the sensor device and particularly advantageously also the transmitting device is supplied with electrical energy by the movement of the movable machine element, wherein this energy supply is particularly advantageous inductively.
  • Fig. 1 shows a cam roller drive with an inventive
  • FIG. 2 shows a block diagram of a transmission device according to the invention
  • FIG. 3 is a block diagram of a power generating device according to the invention.
  • Fig. 4 is a partial perspective view of a device according to the invention.
  • Fig. 1 shows an inventive device for monitoring machine elements, shown on a cam roller drive.
  • a cam roller 2 is driven by a cam disc 1. More specifically, the cam plate 1 causes the cam roller 2 on the one hand counterclockwise rotates (along the arrow P1) and on the other hand is caused by the slope 1a, a lifting movement of a fork 3 in the direction of the arrow P2. On the fork 3, a piston rod 4 is mounted on a pump cylinder (not shown). Due to the cam contour, the fork and thus also the cam roller and the pump cylinder execute a stroke movement.
  • the cam roller 2 forms the outer ring of a roller bearing.
  • the reference numeral 21 refers to a bearing cage for guiding the rolling elements 22;
  • Reference numeral 23 denotes the inner ring.
  • a plurality of temperature sensors 6 are arranged on the cam roller. These temperature sensors are connected to a transmitting device 5, for example, individually or in series.
  • the individual temperature sensors 6 detect the temperature of the cam roller 2 in the vicinity of the contact surface with the cam disc 1 and can be arranged directly on the roller side surface of the cam rollers or in suitable blind holes in the side surface.
  • the temperature sensors are arranged close to the outer circumference of the cam rollers.
  • the measuring signals are detected by the transmitting device 5, processed, and transmitted in a telegram to a receiver (not shown) outside the moving machine parts. It would also be possible in principle to arrange a multiplicity of transmitting devices directly at the respective temperature sensors 6.
  • the required energy for the sensor devices and the transmitting device is also generated by an energy generating device 7 on the roller side surface from the rotational movement of the roller.
  • an energy generating device 7 on the roller side surface from the rotational movement of the roller.
  • a so-called Wiegand sensor could be used.
  • temperature sensors such as NTC, PT 10000 or the like can be used as sensor devices.
  • FIG. 2 shows a block diagram of a transmission device 5, for example in use according to FIG.
  • This transmitting device 5 has an HF transmitter 11, which transmits the determined temperature values or signals corresponding thereto via a radio link to a receiving device 8.
  • the transmitting device 5 has a microcontroller 10 with analog and digital interfaces.
  • the individual sensor devices 6 are connected via these interfaces.
  • the reference numeral 9 refers to an energy storage, which serves to buffer the supply energy, so even then radio telegrams are sold at least for a limited time when the sensor device 5 is no longer supplied by the power generation device 7 when the roller is stopped.
  • the transmitting device 5 can be set so that it transmits measured values to the receiving device 8 at respectively predetermined time intervals. In addition, an adjustment is possible in such a way that, if necessary, these intervals are shortened.
  • the microcontroller 10 is woken up for a very short period of time in order to detect and process the monitoring or temperature signals.
  • the corresponding values are then preferably transmitted to the receiving device 8 in the context of a telegram together with an identification code by means of the RF transmitter 11.
  • a license-free radio frequency (ISM) is preferably used. From the receiving device, the signals are further forwarded to a (not shown) central measuring and control unit for the operation of the sludge pump.
  • FIG. 3 shows a block diagram of a power generation unit 7 according to the invention
  • FIG. 4 shows a perspective view of the power generation unit 7.
  • This power generation unit 7 has an energy converter 12, a voltage converter 13, a speed converter 14 and a speed comparator 15.
  • the energy converter 12 has (see Fig. 4) one or more coils 16, which are wound on a U-shaped core 17 (see Fig. 4), and a plurality of fixed on a substantially concentric with the cam roller circular path and the fork stationary arranged permanent magnet 18 on.
  • the coils 16 are mounted on the side surface of the roller so that they move past the respective magnet 18 as the roller rotates with a small air gap. Depending on this relative speed, a more or less high electrical voltage is induced.
  • the voltage converter 13 (see Fig. 3) generates from this AC voltage a nearly constant DC voltage, which is applied to the energy storage 9.
  • the coils 16 and the magnets 18 can be arranged so that an axial and / or a radial air gap field is formed, which ultimately depends on the available space.
  • a voltage signal is generated with the aid of the speed converter 14, which provides a measure of the rotational speed.
  • the microcontroller 10 further processes this signal together with the temperature signals.
  • the speed comparator 15 can generate a binary signal in order to be able to signal the undershooting of a (critical) fixed speed limit and thus also a standstill. This signal is also processed by the microprocessor 10 for the radio transmission and forwarded to the receiving device.
  • the permanent magnets 18 are arranged on a disc 19 and this in turn within an adapter unit of the fork 3, as shown in Fig. 4.
  • the two coils 16 are opposite here two oppositely oriented permanent magnet.
  • a balance mass is located on the caster roller 2 which balances the masses of the bobbins 16 and the bracket 17 on the opposite side of the cam roller 2.
  • the present invention provides an energy self-sufficient monitoring system for the temperature and the rotational speed of a rotating bearing component, in this case in particular the cam roller on a mud pump.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Überwachen von Maschinenelementen, insbesondere für Lagerelemente, mit wenigstens einer Sensoreinrichtung (6), die auf einem beweglichen Maschinenelement (2) angeordnet ist, wenigstens eine physikalische Eigenschaft dieses beweglichen Maschinenelements (2) überprüft und einen für diese physikalische Eigenschaft charakteristischen Wert ausgibt und einer auf dem beweglichen Maschinenelement (2) angeordneten Sendeeinrichtung (11 ), die den charakteristischen Wert an eine Empfangseinrichtung (8) ausgibt.

Description

Schaeffler KG Industriestraße 1 - 3 , 91074 Herzogenaurach
Bezeichnung der Erfindung
Vorrichtung zum Überwachen von Maschinenelementen
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Überwachen von Maschinenelementen. Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf einen Nockenrollenantrieb dargestellt. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Erfindung auch bei anderen Maschinenelementen wie Wälzlagereinheiten und dergleichen Anwendung finden kann.
Bei Erdölbohrungen werden für den Transport der Spülflüssigkeit Schlamm- pumpen eingesetzt. Diese arbeiten nach dem Axialkolbenprinzip. Dabei wird der Kolbenhub über eine Nockenscheibe erzeugt, indem eine in einer Gabel gelagerte Nockenrolle auf der Nockenscheibe abrollt. Die Gabel ist mit einer linear geführten Kolbenstange verbunden.
Eine hohe Förderleistung und ein hoher Förderdruck bedingen hohe Drehzahlen und dadurch ergeben sich hohe Kräfte auf die Maschinenelemente. Diese Kräfte können beispielsweise in Folge von Schwingungen zum Ausfall dieser Elemente führen. Von zentraler Bedeutung für die Funktion der Pum- pe ist der ungestörte Lauf der Nockenrollen auf der Nockenscheibe. Schlupf oder Stillstand der Nockenrolle führt zu raschem Temperaturanstieg in der Kontaktstelle und damit zu erhöhten Verschleiß. Daneben besteht bei erhöhter Temperatur Explosionsgefahr, da die Schmierung der kinematischen Elemente unter anderem durch Ölnebel erfolgt.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Gefahr eines Ausfalls der Pumpe oder allgemein des betreffenden Maschinenelements zu verhindern und insbesondere das jeweils betroffene Maschinen- element zu überwachen. Aus dem Stand der Technik ist es beispielsweise bekannt, Maschinenteile hinsichtlich ihrer Schwingungen zu überwachen. Durch diese Überwachung ist jedoch keine sichere Schlupf- oder Stillstanderfassung der Rolle möglich.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch die Gegenstände der Ansprüche 1 und 14 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Überwachung von Maschinenele- menten, insbesondere für Lagerelemente, weist wenigstens eine Sensoreinrichtung auf, die auf einem beweglichen Maschinenelement angeordnet ist und wenigstens eine physikalische Eigenschaft dieses beweglichen Maschinenelements überprüft. Daneben gibt die Sensoreinrichtung wenigstens einen für die physikalische Eigenschaft charakteristischen Wert aus. Weiterhin ist auf dem beweglichen Maschinenelement eine Sendeeinrichtung vorgesehen, die den charakteristischen Wert an eine Empfangseinrichtung ausgibt.
Die Empfangseinrichtung ist dabei vorzugsweise nicht auf dem beweglichen Maschinenelement angeordnet. Prinzipiell kann es sich bei der physikalischen Eigenschaft um Eigenschaften wie die Drehzahl, das Schwingungsverhalten, etwaiges Torsionsverhalten oder auch die Temperatur des Maschinenelements handeln. Vorzugsweise handelt es sich bei der physikalischen Eigenschaft des Maschinenelements um die Temperatur wenigstens eines Abschnitts des Maschinenelements. Durch die Überwachung der Temperatur des Maschinenelements ist es möglich, unzulässige Temperaturerhöhungen festzustellen und diese an einen Benutzer zu übermitteln. Dieser kann entsprechend reagieren und eine Überprüfung des beweglichen Maschinenelements oder des antreibenden Elements vornehmen.
Vorzugsweise übermittelt die Sendeeinrichtung den charakteristischen Wert drahtlos. Da das Maschinenelement beweglich ist und im Falle einer Nockenrolle sowohl eine Drehbewegung als auch eine lineare Bewegung aus- führt, ist es sinnvoll, die jeweiligen Temperaturwerte drahtlos zu übertragen. Dabei sind zwischen der Sendeeinrichtung und der Empfangseinrichtung optische Verbindungen wie Infrarotverbindungen, Funkverbindungen, akustische Verbindungen und dergleichen denkbar.
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung kann die Nockenrolle bezüglich ihrer Temperatur und der Drehbewegung überwacht werden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Energieerzeugungseinrichtung zur Versorgung wenigstens der Sensorein- richtung auf. Da die Nockenrolle rotiert, kann die erforderliche Energie beispielsweise elektrodynamisch auf der Nockenrolle erzeugt werden. Es wäre jedoch auch möglich, Batterien oder ähnliche Energieversorgungseinrichtungen auf dem beweglichen Element zur Verfügung zu stellen. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Energieerzeugungseinrichtung wenigstens ein induktives Element auf. Besonders vorteilhaft sind eine Vielzahl von Magneten oder magnetischen Elementen vorgesehen, die mittels Induktion eine Spannung oder einen Spannungsimpuls erzeugen, welche zum Betrieb der Sensoreinrichtung und vorzugsweise auch der Sendeeinrichtung verwendet werden kann.
Besonders vorteilhaft weist die Energieerzeugungseinrichtung eine Vielzahl von Magneten auf, an welchen eine Spuleneinheit vorbeigeführt wird.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Drehzahlerfassungseinrichtung auf. Durch diese Drehzahlerfassungseinrichtung kann die Drehbewegung des beweglichen Elements überwacht werden. Auf diese Weise kann, beispielsweise durch ein nachgeschaltetes Auswer- tegerät, ein eventueller Schlupf bei der Abrollbewegung oder einer Blockade der Rolle festgestellt werden. Daher kann überprüft werden, ob die Nockenrollen auf der Nockenscheibe ungestört laufen.
Damit werden zur Vermeidung beispielsweise von Pumpenstillständen in Folge Verschleißes oder Explosionsgefahren in Folge zu hoher Temperaturen an der Nockenwelle die Temperatur und die Rotationsbewegung der Rolle überwacht und zu Alarmzwecken ausgewertet.
Da die Rolle mit einer Geschwindigkeit von bis zu 14 Hz rotiert und dabei linear verschoben wird (mit einem Hub von 30 mm bei ca. 3 Hz) bietet sich insbesondere eine funkbasierte Mess- und Übertragungseinrichtung an. Besonders vorteilhaft werden Funksensoren mit einem geringen Energiebedarf ausgewählt, wobei vorteilhafterweise diese Sensoren, wie oben erwähnt, mit der Energie aus dem Drehprozess selbst versorgt werden können. Besonders bevorzugt ist die Energieerzeugungseinrichtung gleichzeitig die Drehzahlerfassungseinrichtung oder weist eine solche auf. Dies bedeutet, dass die Drehzahlinformation bevorzugt aus dem Spannungsverlauf der Energieerzeugungseinrichtung gewonnen wird. Allgemein gesprochen wer- den bei dieser Ausführungsform zumindest einige der Komponenten der Energieerzeugungseinrichtung auch von der Drehzahlerfassungseinrichtung verwendet.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Energiespeichereinrichtung auf. Dabei kann es sich beispielsweise um einen Kondensator oder dergleichen handeln. Der Grund für das Vorhandensein der Energiespeichereinrichtung liegt darin, dass auf diese Weise auch bei einem Stillstand des beweglichen Elements zumindest kurzzeitig eine Übertragung von Temperaturwerten an die Empfangseinrichtung möglich ist.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Erzeugungseinrichtung für ein Identifikationssignal auf. Dieses Identifikationssignal wird dabei vorteilhafterweise zusammen mit den charakteristischen Wert wie dem Temperaturwert ausgegeben. Auf diese Weise können in einer Empfangseinrichtung unterschiedliche Sendeeinrichtungen voneinander unterschieden und damit identifiziert werden. Auch ist es durch die Übertragung eines Identifikationssignals möglich, die Signale mehrerer Temperatursensoren voneinander zu unterscheiden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine Vielzahl von Temperatursensoren vorgesehen, wobei die einzelnen Temperatursensoren bevorzugt im Wesentlichen gleichmäßig in Umfangsrichtung des beweglichen Maschinenelements verteilt sind. Die kritischen Temperaturerhöhungen treten insbesondere in den Berührbereichen der Nockenrolle mit der Nockenscheibe auf. Daher ist es vorteilhaft, die jeweiligen Temperatursensoren möglichst weit außen an der Nockenrolle anzuordnen. Durch die Anordnung einer Vielzahl von Temperatursensoren in Umfangsrichtung der Nockenrolle kann die Temperatur am Außenumfang relativ genau bestimmt werden.
Dabei ist es möglich, die Werte aller Temperatursensoren separat auszugeben. Es kann jedoch aus den einzelnen Temperaturwerten ein Mittel- wert berechnet und ausgegeben werden.
Die Erfindung ist weiterhin auf einen Nockenrollenantrieb mit einer Vorrichtung der oben dargestellten Art gerichtet.
Die Erfindung ist weiterhin auf ein Lager und insbesondere ein Wälzlager mit einer Vorrichtung der oben beschriebenen Art gerichtet.
Schließlich ist die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Überprüfen von Maschinenelementen gerichtet, wobei in einem ersten Verfahrensschritt die Temperatur wenigstens eines Abschnitts eines beweglichen Maschinenelements mittels einer auf dem beweglichen Maschinenelement angeordneten Sensoreinrichtung erfasst wird. In einem weiteren Verfahrensschritt wird ein für diese physikalische Eigenschaft charakteristischer Wert an eine Sendeeinrichtung ausgegeben und der Wert drahtlos von der Sendeeinrichtung an eine Empfangseinrichtung übertragen. Bei diesem charakteristischen Wert bzw. einem charakteristischen Signal kann sich um ein digitales Signal, einen Spannungswert oder dergleichen handeln.
Bevorzugt wird neben der Temperatur des Maschinenelements auch die Drehzahl des Maschinenelements erfasst. Vorteilhaft wird wenigstens die Sensoreinrichtung und besonders vorteilhaft auch die Sendeeinrichtung durch die Bewegung des beweglichen Maschinenelements mit elektrischer Energie versorgt, wobei besonders vorteilhaft diese Energieversorgung induktiv erfolgt.
Weitere Vorteile und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Zeichnungen.
Darin zeigen:
Fig. 1 einen Nockenrollenantrieb mit einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung;
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Sendeeinrich- tung;
Fig. 3 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Energieerzeugungseinrichtung; und
Fig. 4 eine perspektivische Teildarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Überwachen von Maschinenelementen, dargestellt an einem Nockenrollenantrieb.
Dabei wird eine Nockenrolle 2 von einer Nockenscheibe 1 angetrieben. Genauer gesagt, bewirkt die Nockenscheibe 1 , dass sich die Nockenrolle 2 einerseits entgegen dem Uhrzeigersinn dreht (entlang des Pfeils P1) und andererseits wird durch die Schräge 1a eine Hubbewegung einer Gabel 3 in Richtung des Pfeils P2 bewirkt wird. Auf der Gabel 3 ist eine Kolbenstange 4 auf einem (nicht gezeigten) Pumpenzylinder befestigt. Aufgrund der Nockenkontur führt die Gabel und somit auch die Nockenrolle und der Pumpenzylinder eine Hubbewegung aus.
Die Nockenrolle 2 bildet den Außenring eines Wälzlagers. Das Bezugszeichen 21 bezieht sich auf einen Lagerkäfig zur Führung der Wälzkörper 22; Bezugszeichen 23 bezeichnet den Innenring.
Wie eingangs erwähnt, ist es wünschenswert, die Temperatur der Nockenrol- Ie 2 und insbesondere an deren Außenumfang, an dem sie mit den Nockenflächen 1a in Berührung kommt, zu überprüfen. Zu diesem Zweck sind an der Nockenrolle eine Vielzahl von Temperatursensoren 6 angeordnet. Diese Temperatursensoren sind an einer Sendeeinrichtung 5 beispielsweise einzeln oder in Serie angeschlossen. Die einzelnen Temperatursensoren 6 er- fassen die Temperatur der Nockenrolle 2 in der Umgebung der Kontaktfläche mit der Nockenscheibe 1 und können direkt an der Rollenseitenfläche der Nockenrollen angeordnet sein oder auch in geeigneten Sacklochbohrungen in der Seitenfläche. Vorteilhaft sind die Temperatursensoren nahe dem Außenumfang der Nockenrollen angeordnet.
Da sich, wie oben angemerkt, die Drehbewegung und die Hubbewegung der Nockenrolle 2 überlagern, ist eine drahtlose Übertragung der Messsignale und der elektrischen Versorgungsenergie vorteilhaft. Daher werden die Messsignale von der Sendeeinrichtung 5 erfasst, verarbeitet, und in einem Telegramm per Funk an einen (nicht gezeigten) Empfänger außerhalb der sich bewegenden Maschinenteile übertragen. Es wäre prinzipiell auch möglich, eine Vielzahl von Sendeeinrichtungen direkt an den jeweiligen Temperatursensoren 6 anzuordnen.
Andererseits wird auch die erforderliche Energie für die Sensoreinrichtungen und die Sendeeinrichtung durch eine Energieerzeugungseinrichtung 7 auf der Rollenseitenfläche aus der Drehbewegung der Rolle erzeugt. Alternativ könnte auch ein so genannter Wiegand-Sensor Verwendung finden.
Daneben wäre es auch möglich, die Energieversorgung der Sensoreinrichtungen 6 und der Sendeeinrichtung 5 mit Hilfe von Batterien, die ebenfalls auf der Nockenrolle angeordnet wären, zu bewerkstelligen. Auch könnten zur Energieversorgung Solarzellen oder dergleichen Anwendung finden.
Als Sensoreinrichtungen können beispielsweise Temperatursensoren wie NTC, PT 10000 oder dergleichen Anwendung finden.
Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm einer Sendeeinrichtung 5, beispielsweise in Verwendung nach Fig.1. Diese Sendeeinrichtung 5 weist einen HF- Transmitter 11 auf, der die ermittelten Temperaturwerte bzw. diesen entsprechende Signale über eine Funkverbindung an eine Empfangseinrichtung 8 überträgt.
Daneben weist die Sendeeinrichtung 5 einen MikroController 10 mit analogen und digitalen Schnittstellen auf. Über diese Schnittstellen werden die einzelnen Sensoreinrichtungen 6 angeschlossen.
Das Bezugszeichen 9 bezieht sich auf einen Energiespeicher, der zum Puffern der Versorgungsenergie dient, sodass auch dann noch Funktelegramme zumindest für eine begrenzte Zeit abgesetzt werden, wenn die Sensoreinrichtung 5 bei Stillstand der Rolle nicht mehr von der Energieerzeugungseinrichtung 7 versorgt wird.
Die Sendeeinrichtung 5 kann so eingestellt werden, dass sie in jeweils vor- gegebenen Zeitintervallen Messwerte an die Empfangseinrichtung 8 übermittelt. Daneben ist eine Einstellung derart möglich, dass bei gegebenenfalls steigender Temperatur diese Intervalle verkürzt werden. Bevorzugt wird der MikroController 10 jeweils für eine sehr kurze Zeitdauer aufgeweckt, um die Überwachungs- bzw. Temperatursignale zu erfassen und zu verarbeiten. Die entsprechenden Werte werden dann im Rahmen eines Telegramms bevorzugt zusammen mit einem Identifikationscode mittels des HF-Transmitters 11 auf die Empfangseinrichtung 8 übertragen. Hierzu wird vorzugsweise eine lizenzfreie Funkfrequenz (ISM) verwendet. Von der Empfangseinrichtung werden die Signale weiter an eine (nicht gezeigte) zentrale Mess- und Steuereinheit für den Betrieb der Schlammpumpe wei- tergeleitet.
Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Energieerzeugungseinheit 7 und Fig. 4 eine perspektivische Darstellung der Energieerzeugungseinheit 7. Diese Energieerzeugungseinheit 7 weist einen Energie- wandler 12, einen Spannungswandler 13, einen Drehzahlwandler 14 und einen Drehzahlkomparator 15 auf. Der Energiewandler 12 weist (vgl. Fig. 4) eine oder mehrere Spulen 16, die auf einen U-förmigen Kern 17 (vgl. Fig. 4) gewickelt sind, und mehrere auf einer im Wesentlichen konzentrisch zur Nockenrolle liegenden Kreisbahn und zur Gabel ortsfest angeordnete Dauer- magneten 18 auf.
Diese Dauermagneten 18 sind bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform abwechselnd magnetisiert. Anstelle der in Fig. 4 gezeigten Anordnung könnten die jeweiligen Magnete auch hierzu senkrecht angeordnet sein und damit in Form einer Magnetscheibe.
Die Spulen 16 sind auf der Seitenfläche der Rolle angebracht, sodass sie sich bei Drehung der Rolle mit einem kleinen Luftspalt an den jeweiligen Magneten 18 vorbeibewegen. Abhängig von dieser Relativgeschwindigkeit wird eine mehr oder weniger hohe elektrische Spannung induziert. Der Spannungswandler 13 (vgl. Fig. 3) erzeugt aus dieser Wechselspannung eine nahezu konstante Gleichspannung, die an den Energiespeicher 9 angelegt wird. Die Spulen 16 und die Magnete 18 lassen sich so anordnen, dass ein axiales und/oder ein radiales Luftspaltfeld entsteht, was letztlich von dem verfügbaren Bauraum abhängt.
Aus der induzierten Spulenspannung, welche entweder von einem Energiewandler 13 oder einer separaten Spule stammen kann, wird mit Hilfe des Drehzahlwandlers 14 ein Spannungssignal erzeugt, das ein Maß für die RoI- lendrehzahl liefert. Der MikroController 10 verarbeitet dieses Signal zusammen mit den Temperatursignalen weiter. Daneben kann der Drehzahlkompa- rator 15 ein binäres Signal erzeugen, um das Unterschreiten einer (kritischen) festgelegten Drehzahlgrenze und somit auch Stillstand signalisieren zu können. Auch dieses Signal wird von dem Mikroprozessor 10 für die Funkübertragung aufbereitet und an die Empfangseinrichtung weitergeleitet. Die Dauermagneten 18 sind auf einer Scheibe 19 angeordnet und diese wiederum innerhalb einer Adaptereinheit der Gabel 3, wie in Fig. 4 gezeigt. Die beiden Spulen 16 stehen hier zwei entgegengesetzt ausgerichteten Dauermagneten gegenüber.
Vorzugsweise befindet sich an der Nockrolle 2 eine Ausgleichmasse, die die Massen der Spulen 16 und des Bügels 17 auf der gegenüberliegenden Seite der Nockenrolle 2 ausgleicht.
Es wären in diesem Zusammenhang auch andere Arten der Drehzahlmessung denkbar, wie optische Einrichtungen in Form von Lochscheiben, mechanische Signalgeber und dergleichen. Durch die vorliegende Erfindung wird ein energieautarkes Überwachungssystem für die Temperatur und die Drehzahl einer rotierenden Lagerkomponente zur Verfügung gestellt, hier speziell der Nockenrolle an einer Schlammpumpe.
Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
Bezugszeichenliste
1 Nockenscheibe
1a Schräge
2 Nockenrolle
3 Gabel
4 Kolbenstange
5 Sendeeinrichtung
6 Sensoreinrichtung
7 Energieerzeugungseinrichtung
8 Empfangseinrichtung
9 Energiespeicher
10 MikroController
11 HF-Transmitter
12 Energiewandler
13 Spannungswandler
14 Drehzahlwandler
15 Drehzahlkomparator
16 Spulen
17 U-förmiger Kern
18 Dauermagneten
19 Scheibe
21 Lagerkäfig
22 Wälzkörper
23 Innenring

Claims

Schaeffler KG Industriestraße 1 - 3, 91074 HerzogenaurachPatentansprüche
1. Vorrichtung zum Überwachen von Maschinenelementen, insbesondere für Lagerelemente, mit wenigstens einer Sensoreinrichtung (6), die auf einem beweglichen Maschinenelement (2) angeordnet ist, wenigs- tens eine physikalische Eigenschaft dieses beweglichen Maschinenelements (2) überprüft und einen für diese physikalische Eigenschaft charakteristischen Wert ausgibt und einer auf dem beweglichen Maschinenelement (2) angeordneten Sendeeinrichtung (5), die den charakteristischen Wert an eine Empfangseinrichtung (8) ausgibt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinrichtung (5) den charakteristischen Wert drahtlos übermittelt.
3. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die physikalische Eigenschaft des Maschinenelements die Tempera- tur wenigstens eines Abschnitts des Maschinenelements (2) ist.
4. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Energieerzeugungseinrichtung (7) zur Versor- gung wenigstens der Sensoreinrichtung (6) aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieerzeugungseinrichtung (7) wenigstens ein induktives EIe- ment (16) aufweist.
6. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche 3-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieerzeugungseinrichtung (7) eine Vielzahl von Magneten
(18) aufweist.
7. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Drehzahlerfassungseinrichtung (14) aufweist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieerzeugungseinrichtung (7) als Drehzahlerfassungseinrichtung (14) dient.
9. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Energiespeicherungseinrichtung (9) aufweist.
10. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Erzeugungseinrichtung für ein Identifikationssig- nal aufweist.
11.Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Temperatursensoren (6) vorgesehen ist, wobei die einzelnen Temperatursensoren (6) bevorzugt im Wesentlichen gleichmäßig in Umfangsrichtung des beweglichen Maschinenelements (2) verteilt sind.
12. Nockenrollenantrieb mit einer Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche.
13. Lager mit einer Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche.
14. Verfahren zum Überprüfen von Maschinenelementen mit den Schritten
Erfassen der Temperatur wenigstens eines Abschnitts eines be- weglichen Maschinenelements (2) mit einer auf dem beweglichen
Maschinenelement (2) angeordneten Sensoreinrichtung (6).
Ausgabe eines für diese physikalische Eigenschaft charakteristischen Werts an eine Sendeeinrichtung (5).
Drahtlose Übertragung des charakteristischen Wertes von der Sendeeinrichtung (5) an eine Empfangseinrichtung (8).
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass neben der Temperatur des Maschinenelements (2) auch die Drehzahl des Maschinenelements (2) erfasst wird.
16. Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche 14-15, dadurch g e ke n n ze ic h ne t , d ass wenigstens die Sensoreinrichtung (6) durch die Bewegung des be- weglichen Maschinenelements mit elektrischer Energie versorgt wird.
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