WO2019120872A1 - Gleitlageranordnung für eine schwere welle, insbesondere einer windkraftanlage, sowie steuersystem und verfahren zur betriebssteuerung derselben - Google Patents

Gleitlageranordnung für eine schwere welle, insbesondere einer windkraftanlage, sowie steuersystem und verfahren zur betriebssteuerung derselben Download PDF

Info

Publication number
WO2019120872A1
WO2019120872A1 PCT/EP2018/082295 EP2018082295W WO2019120872A1 WO 2019120872 A1 WO2019120872 A1 WO 2019120872A1 EP 2018082295 W EP2018082295 W EP 2018082295W WO 2019120872 A1 WO2019120872 A1 WO 2019120872A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
bearing
distance
lubricating oil
shaft
distance sensors
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/082295
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Daniel Wolf
Ümit Kutluay
Georg TENCKHOFF
Georg Eibler
Johannes Schäfer
Original Assignee
Zf Friedrichshafen Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zf Friedrichshafen Ag filed Critical Zf Friedrichshafen Ag
Publication of WO2019120872A1 publication Critical patent/WO2019120872A1/de

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C17/00Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
    • F16C17/12Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement characterised by features not related to the direction of the load
    • F16C17/24Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement characterised by features not related to the direction of the load with devices affected by abnormal or undesired positions, e.g. for preventing overheating, for safety
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D80/00Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
    • F03D80/70Bearing or lubricating arrangements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/06Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings
    • F16C32/0629Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings supported by a liquid cushion, e.g. oil cushion
    • F16C32/064Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings supported by a liquid cushion, e.g. oil cushion the liquid being supplied under pressure
    • F16C32/0644Details of devices to control the supply of liquids to the bearings
    • F16C32/0648Details of devices to control the supply of liquids to the bearings by sensors or pressure-responsive control devices in or near the bearings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/06Sliding surface mainly made of metal
    • F16C33/10Construction relative to lubrication
    • F16C33/1025Construction relative to lubrication with liquid, e.g. oil, as lubricant
    • F16C33/1045Details of supply of the liquid to the bearing
    • F16C33/105Conditioning, e.g. metering, cooling, filtering
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/06Sliding surface mainly made of metal
    • F16C33/10Construction relative to lubrication
    • F16C33/1025Construction relative to lubrication with liquid, e.g. oil, as lubricant
    • F16C33/1045Details of supply of the liquid to the bearing
    • F16C33/1055Details of supply of the liquid to the bearing from radial inside, e.g. via a passage through the shaft and/or inner sleeve
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H57/00General details of gearing
    • F16H57/04Features relating to lubrication or cooling or heating
    • F16H57/0434Features relating to lubrication or cooling or heating relating to lubrication supply, e.g. pumps ; Pressure control
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H57/00General details of gearing
    • F16H57/04Features relating to lubrication or cooling or heating
    • F16H57/0467Elements of gearings to be lubricated, cooled or heated
    • F16H57/0479Gears or bearings on planet carriers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H57/00General details of gearing
    • F16H57/04Features relating to lubrication or cooling or heating
    • F16H57/048Type of gearings to be lubricated, cooled or heated
    • F16H57/0482Gearings with gears having orbital motion
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00Components
    • F05B2240/50Bearings
    • F05B2240/53Hydrodynamic or hydrostatic bearings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00Function
    • F05B2260/98Lubrication
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C17/00Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
    • F16C17/02Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for radial load only
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C17/00Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
    • F16C17/12Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement characterised by features not related to the direction of the load
    • F16C17/24Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement characterised by features not related to the direction of the load with devices affected by abnormal or undesired positions, e.g. for preventing overheating, for safety
    • F16C17/243Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement characterised by features not related to the direction of the load with devices affected by abnormal or undesired positions, e.g. for preventing overheating, for safety related to temperature and heat, e.g. for preventing overheating
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2360/00Engines or pumps
    • F16C2360/31Wind motors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2361/00Apparatus or articles in engineering in general
    • F16C2361/61Toothed gear systems, e.g. support of pinion shafts
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/06Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings
    • F16C32/0629Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings supported by a liquid cushion, e.g. oil cushion
    • F16C32/064Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings supported by a liquid cushion, e.g. oil cushion the liquid being supplied under pressure
    • F16C32/0644Details of devices to control the supply of liquids to the bearings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/06Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings
    • F16C32/0681Construction or mounting aspects of hydrostatic bearings, for exclusively rotary movement, related to the direction of load
    • F16C32/0685Construction or mounting aspects of hydrostatic bearings, for exclusively rotary movement, related to the direction of load for radial load only
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the present invention relates to a sliding bearing arrangement for a heavy shaft, in particular in a transmission or drive train of a wind turbine, with a sliding bearing whose bearing gap formed between at least one bearing shell and the shaft is connected to at least one feed channel for lubricating the bearing gap with lubricating oil in that at least one associated lubricating oil pocket for storing lubricating oil discharges into the at least one feed channel in a sliding bearing side in the bearing longitudinal direction. Furthermore, the invention also relates to a control system for operating control of such Gleitlageranord- tion and a method for operating control of at least one such Gleitla geran angel having machine or system, preferably wind turbine. Furthermore, a computer program product embodying the aforementioned method is also indicated.
  • the field of application of the invention extends to hydrostatic and hydrodynamic sliding bearings for heavy shafts, which are used primarily in the field of motor vehicle construction, ship technology and mechanical and plant engineering.
  • heavy shafts are understood in particular to mean drive shafts having a shaft diameter of between 30 and 300 mm.
  • there are also smaller or larger shaft diameter conceivable, if they can be equipped with a rotary bearing of the generic type here and in particular also a lubrication of the bearing gap with lubricating oil are accessible.
  • the waves of the type of interest here are found, for example, in wind power plants for transmission-internal mounting or for mounting the drive train between the rotor and the transmission input and the like.
  • US 2012/0068460 A1 discloses a radial slide bearing arrangement for a drive shaft of a wind turbine.
  • a plain bearing here forms the rotor hub side bearing of the drive shaft.
  • the plain bearing arrangement likewise comprises a single sensor which measures the gap width and thus also the lubricating film thickness of the lubricating oil present in the bearing gap, in order to determine the starting value from the measured value
  • US 2011/0095861 A1 discloses a bearing arrangement which is provided for a roller bearing or a sliding bearing and provides a receptacle for the bearing.
  • An electromechanical position sensor arranged adjacent thereto measures changed distances between the bearing and a stationary support structure.
  • the distance sensor comprises an electric potentiometer with a resistance strip, which interacts with a receiving finger arranged opposite the support structure on the bearing side.
  • the lubrication oil filled lubricating gap in the sliding bearing usually has a radial width of a few microns; Changes in the bearing gap width provide information about the operating condition of the plain bearing. If, for example, mixed friction occurs due to contacting of the stored shaft relative to the bearing shell, overloading of the bearing point may possibly be inferred.
  • the bearing load can be calculated and the drive torque and other drive parameters are closed.
  • the invention includes the technical teaching that at least two distance sensors arranged axially spaced from one another in the bearing longitudinal direction for measuring the thickness of the bearing gap are arranged outside or on the at least one lubricating oil pocket, in order to sensor tilt a tilting of the shaft relative to the bearing shell determine.
  • the advantage of the solution according to the invention results from the knowledge that it is possible to draw conclusions about the degree of tilting of the shaft relative to the bearing shell from spatially separated distance measurements of the bearing gap and a resulting difference in the bearing gap. In this way, a tilt caused, for example, by bending load of the shaft can be detected in good time in order to avoid bearing damage by touching the bearing components.
  • the shaft in the slide bearing in the sense of a kinematic reversal, it is also possible for the shaft in the slide bearing to rotate relative to an immovable, ie stationary bearing shell; It is also conceivable that a standing shaft cooperates with a rotating bearing shell of the sliding bearing.
  • Hirbei means stationary and standing the state to another component, which in turn can be stationary and standing or even rotating.
  • the stationary or stationary bearing shell can be located in a moving inertial system, eg a rotating planetary web. But this planetary bridge can not rotate either.
  • the solution according to the invention can also be applied to sliding bearings with floating plain bearing bush.
  • At least one further distance sensor arranged in a radially offset manner be provided in order to determine the spatial orientation of the shaft relative to the bearing shell. Since the lube oil pocket also has an extent in the circumferential direction and not only in the bearing longitudinal direction, the radially staggered arrangement of the further distance sensor encloses an angle segment on the lube oil pocket, from which the instantaneous pole of the components rotating against each other - shaft and bearing shell - can be closed. At least two axially spaced distance sensors in combination with at least one radially spaced apart distance sensor are advantageous in order to determine the spatial orientation of the axis of rotation.
  • the distance sensors can be positioned on the part of the bearing shell and in this respect measure the bearing gap in the direction of the shaft. According to a second preferred embodiment, however, this is also possible in reverse, in that the distance sensors are positioned by the shaft and measure the bearing gap in the direction of the bearing shell. In addition, it is also conceivable that distance sensors of the type of interest here can also be arranged partly on the part of the shaft and bearing shell. If the lubricating oil supply takes place via the bearing shell, the at least one lubricating oil pocket is formed there; instead, if the lubricating oil feed takes place over a mostly stationary shaft, then the at least one lubricating oil pocket is located on the shaft surface.
  • the lubricating oil is preferably at least partially associated with each pockets a distance sensor. This results in an optimal component distribution of the distance sensors. Because the Assigning to different oil pockets gives the same result as assigning all distance sensors to a single lube oil bag.
  • the solution according to the invention can also be applied to a so-called floating plain bearing bush, which usually has a plurality of radial bores for lubricating oil supply of an inner bearing gap formed over the inner sliding bearing surface and an outer bearing gap formed over an outer sliding bearing surface.
  • the lubricating film geometry of the outer bearing gap can also be determined by at least one of the distance sensors for measuring the inside bearing gap being positioned so that it alternately measures the outer side bearing gap when the bearing shell rotates as a result of the radial bores. Of course, the same applies vice versa.
  • the geometry of the outside lubrication gap can also be calculated from the distances to the outer bearing surface, from which the actual position of the slide bearing components with respect to one another is determined leaves.
  • the distance sensor which measures through the radial bores, can at the same time also be used as a rotational speed sensor of the floating plain bearing bush, in that the radial bores act as resolvers.
  • the distance sensors used here are preferably designed as capacitive sensors, eddy-current sensors or ultrasonic sensors.
  • the measuring principle depends on the operating conditions and the sensitivity in connection with the bearing size.
  • at least one of the distance sensors can also have an integrated temperature sensor with which a measurement of the storage temperature can be carried out by measuring the temperature of the lubricating oil. The additional temperature measured value can be further processed for control-related purposes described later.
  • At least one of the distance sensors to provide a distance measurement. measurement is made between the rotating component and the relative thereto standing component outside of the lubricating oil bag and the bearing gap. In principle, such a sensor arrangement is easier to install.
  • At least one of the distance sensors is arranged on the preferably stationary component such that it measures the radial distance to an annular web or the like formed on the rotating component.
  • the annular web can be designed, for example, in the form of a rib or a flange and can be shaped directly on the rotating component. Alternatively, it is also possible to detachably attach an annular web to the rotating component. This has the advantage of a subsequent adjustment option.
  • At least three distance sensors are preferably positioned on the side of the stationary component, so that the distance to the annular web of the rotating component can be measured. Under load, an eccentricity sets in, the position of which can be calculated from the several distance sensors arranged along the circumference. From the eccentricity and the known bearing clearance, the minimum bearing gap can be determined.
  • the ring-shaped web can also be retrofitted in the case of, for example, a gear arrangement and should preferably be designed as a split ring for this purpose, the end sides of which are joined together again via dowel pins, after which the concentricity tolerance of the inside or outside measuring surface is finally established.
  • At least one of the distance sensors is arranged on the stationary component in such a way that it cooperates with a sloping flank of an annular web attached to the rotating component in order to reduce the radial distance between the two To measure components for bearing gap thickness measurement and also the axial distance between the components for the purpose of position determination.
  • the oblique flank formed on the annular web leads to a conical annular surface for the sensor removal.
  • at least three circumferential spacers have an effect on this. Sensors radial displacements differently - namely in a non-linear relationship - than a tilting of the rotating component.
  • the rotating or standing component has an annular groove into which an annular web positioned in the axial direction of the stationary or rotating component engages.
  • At least one of the distance sensors is arranged on the stationary component such that it cooperates with the annular web to measure the radial distance between the components. Thanks to the ring groove, a compact design can be achieved in the axial direction.
  • a groove introduced annularly in the stationary component can be used. This can for example be rectangular, unilaterally conical or trapezoidal.
  • the distance sensor is preferably guided through a radial bore in the stationary component to the annular groove.
  • the distance sensor measures inwards and outwards, so that installation tolerances or manufacturing tolerances of the annular groove can be compensated or eliminated in an automatic calibration function.
  • an external distance sensor for bearing gap measurement it is proposed that at least one of the distance sensors be arranged on the stationary component in such a way that it measures the radial distance to an annular web or groove formed on the rotating component
  • Combination sensor trained distance sensor also a Drehieremesssensorik is implemented, which cooperates with an incremental structure formed by the web or the groove, in order to measure the speed of the rotating component in addition to the distance between the components.
  • the sensor system is here designed as a combination sensor for distance and rotational speed measurement by axially or oppositely lying on the distance sensor, a preferably inductive pulse generator is aligned with the aforementioned incremental structure.
  • a temperature measuring sensor for measuring the temperature of the outgoing from the sliding bearing lubricating oil is integrated.
  • a combination sensor can also be implemented to save space in order to determine different physical variables.
  • a control system for operating control of a slide bearing arrangement of the type described above preferably also comprises a slide-bearing signal transmission device, the measuring signals of the distance sensors and, where appropriate, other sensors on a sliding bearing remote control device for operation control of the slide bearing assembly and / or a machine or plant comprising them Transmits the information detected by the sensor information.
  • the signal transmission device may be at least partially designed as a wireless transmission device, for example as fun k- device (BLE, Zigbee, Lora and the like).
  • BLE fun k- device
  • Lora Lora and the like
  • an analog or digital data transmission can be carried out, for example by means of a BUS protocol.
  • the control device received by means of a tilting of the shaft relative to the bearing shell can be components of an electronic control unit for the operation control of the machine or installation or else assigned to it, preferably in the form of a separately upstream electronic control unit (ECU).
  • ECU separately upstream electronic control unit
  • control device By means of the control device or the upstream ECU, according to a measure improving the invention, the operation of the machine or system is influenced as a function of the tilting of the shaft relative to the bearing shell.
  • control device may optionally also take into account other physical measured values of further sensors, for example temperature readings or Measured values with regard to the drive parameters as well as lubricating oil parameters and the like.
  • control measures are preferably carried out, for example to extend the service life of the slide bearing arrangement or to optimize its function:
  • the remaining service life can be signaled for inspection and replacement of the plain bearing.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a slide bearing assembly with a standing wave and distance sensor for detecting a Lagerverkippung
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the slide bearing assembly of FIG. 1,
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of another embodiment of a sliding bearing arrangement with a rotating shaft
  • 4a is a schematic representation of another embodiment of a sliding bearing assembly with floating plain bearing bush
  • FIG. 4b is a schematic cross-sectional view of the slide bearing assembly of FIG. 4a
  • FIG. 5 shows a partial view of a slide bearing arrangement with an external distance sensor in a first embodiment
  • FIG. 6 shows a partial view of a slide bearing arrangement with an external distance sensor in a second embodiment
  • FIG. 7 shows a partial view of a slide bearing arrangement with an external distance sensor in a third embodiment
  • Fig. 9 is a block diagram representation of a control system for controlling the operation of a machine or plant with a sliding bearing assembly.
  • a slide bearing arrangement 1 a comprises a stationary shaft 2, which is designed here as a bearing pin of a planetary wheel bearing of a planetary gear 3 at a planetary stage of a transmission for a wind power plant (not shown).
  • the slide bearing assembly 1 a comprises a sliding bearing 4, which forms a bearing gap 6 between a bearing shell 5 inserted into the planetary gear 3 and the shaft 2.
  • the bearing gap 6 is ideally filled completely with lubricating oil, which is pressed by pressure lubrication from a feed channel 7 into the bearing gap 6.
  • the sliding-bearing-side outlet opening of the feed channel 7 opens into a lubricating-oil pocket 8 which holds the lubricating oil and extends in the longitudinal direction on the sliding-bearing side.
  • the lubricating oil bag 8 expands the bearing gap 6 rin nenförmig radially inward.
  • a distance sensor 9a or 9b is arranged at each end of the lubricating oil pocket 8, so that the two distance sensors 9a and 9b are positioned axially spaced from one another along the longitudinal extent of the bearing gap 6.
  • the two distance sensors 9a and 9b serve to measure the thickness of the bearing gap 6. If different thickness measurement values for the bearing gap 6 are determined via the distance sensors 9a and 9b, then a tilting of the shaft 2 relative to the bearing shell 5 of the sliding bearing 4 can be deduced therefrom ,
  • the signal transmission takes place via radio link 11 via a signal transmission device 12 which is connected to the two distance sensors 9a and 9b and which is connected to a receiving device (not shown here).
  • a further radially offset further spacing sensor 9a and 9b is provided in combination with the two axially spaced apart distance sensors 9a and 9b. sensor 9c provided.
  • the further distance sensor 9 c the spatial orientation of the shaft 2 relative to the bearing shell 5 can be determined.
  • the distance sensors 9a and 9b arranged radially offset relative to one another relative to the distance sensor 9c are positioned in the edge region of the width of the lubricating oil pocket 8 in order to enclose the largest possible angular segment (dashed line) in order to achieve a high measuring accuracy.
  • the instantaneous pole of the bearing shell 5 rotating at a rotational speed n can be closed relative to the stationary shaft 2.
  • the three distance sensors 9a, 9b and 9c allow the measurement of the spatial orientation of the rotation axis.
  • Fig. 3 forms in the sense of a kinematic reversal, the bearing shell 5 ', the stationary component in which the shaft 2' is rotatably mounted and rotates at the speed n.
  • a radial load F acts on the shaft 2 '.
  • the rotating shaft 2' generates a hydrodynamic pressure zone p, which has its maximum in the region of the minimum bearing gap smin.
  • the feed channel T for lubricating oil is positioned with its mouth-side formed lubricating oil pocket 8 '.
  • the distance sensors 9a ', 9b' on the one hand and 9c 'on the other hand are positioned on the lubricating oil pocket 8' in an analogous manner to the embodiment described above, but here on the part of the bearing shell 5 '.
  • the distance sensors 9a 'to 9c' measure the bearing gap 6 'in the direction of the shaft 2'.
  • Fig. 4a illustrates an alternative slide bearing assembly 1 b, in which a bearing shell 5 "is formed as a floating plain bearing bush, which is provided with a plurality of distributed along the circumference radial bores 10 (exemplary).
  • the radial bores 10 serve to supply lubricating oil to an inside bearing gap 6a and also to an outside bearing gap 6b.
  • a planetary gear 3 is "rotatably mounted on a stationary shaft 2", which is designed as a bolt of a planetary carrier of a planetary stage (not shown here). As can be seen from FIG.
  • the distance sensors 9b “and 9c” arranged radially offset from one another are positioned such that when the bearing shell 5 "rotates when the bearing shell 5" rotates, an alternating measurement is also carried out by the bearings 5a and 6b for measuring the outside and inside bearing gaps Radial holes 10 therethrough. Since the geometrical dimensions of the sliding bearing components are known, as well as the geometry of the inner bearing gap 6a, from the measured distances to the outer bearing surface on the planetary gear 3 ", the outer lubricating gap geometry as well as the position of the sliding bearing components relative to each other - in particular a tilting - be determined.
  • At least one of the distance sensors 9 can be positioned on the outside for the distance measurement of the width of the lubricating gap 6, ie outside the lubricating oil pocket (not shown here).
  • the outer distance sensor 9 is fixed to the stationary component 20, on which a rotating component 30 is slide-mounted.
  • the distance sensor 9 cooperates with the inner radial annular surface of the web 40 for distance measurement.
  • the distance sensor 9 In order to position the distance sensor 9 relative to the annular web 40, the distance sensor 9 is fixed in a sensor holder 50 which extends in the axial direction from the stationary component 20 in the direction of the rotating component 30 and thereby precisely and in the radial direction of measurement the distance sensor 9 while maintaining a measuring gap with respect to the inside radial annular surface of the web 40 placed.
  • the sliding bearing arrangement 1d shown in FIG. 6 uses for distance measurement between a stationary component 20 and a component 30 rotating therefor a distance sensor 9 which is arranged on the stationary component 20 in such a way that it cooperates with a sloping flank 41 on an annular web 40.
  • the annular web 40 is also detachably fastened here to the rotating component 30.
  • About the here at an angle of 45 ° relative to the longitudinal axis of the sliding bearing assembly 1d aligned inclined edge 41 can be the axial and radial distance between the two components 20 and 30 at a known angular position of the inclined surface 71 determine.
  • the distance measurement takes place between a rotating component 30 and a component 20 standing in relation to it, in which an annular groove 60 is introduced on the part of the stationary component 20, in which position a side of the rotating component 30 is positioned annular web 40 comes into engagement in the axial direction.
  • the rotating web 40 is L-shaped in order to attach a detachable fastening in the form of a screw connection outside the region of the annular groove 60 and accessible from the outside.
  • An exemplary distance sensor 9 is arranged on the stationary component 20 in such a way that it interacts with the outer annular surface of the web 40 in the radial direction in order to measure the radial distance between the components 20 and 30.
  • an exemplary distance sensor 9 is likewise arranged on the side of the stationary component 20.
  • the distance sensor 9 corresponds to an annular groove 70 formed on the rotating component 30, which has a trapezoidal cross-section.
  • the distance sensor 9 is embodied as a combination sensor which includes a rotational speed measuring sensor (not shown further in the drawing) which interacts with an incremental structure formed on the side of the annular groove 70 in a manner known per se in order to operate alongside the sensor Distance between the components 20 and 30 and the rotational speed of the rotating member 30 to measure.
  • the distance sensor 9 has a distance measuring sensor system directed obliquely radially inwards and obliquely radially outwards. Flier notebook can achieve more accurate distance measurement results.
  • a control system for operating control of a sliding bearing arrangement 1 consists of a plurality of distance sensors 9a, 9b and 9c-shown only schematically here-which measure the spatial orientation of the shaft 2 relative to the bearing shell 5 and thus also a possible tilting the measured values thus obtained are transmitted wirelessly via a signal transmission device 12 to a remote signal reception device 13.
  • the remote signal receiving equipment The device 13 is part of a sensor-remote control device 14 for operating control of the slide bearing assembly 1 and a machine or system comprising it, in this case a wind turbine, in accordance with the information detected by the distance sensors 9a to 9c.
  • the control device 14 comprises a software-controlled electronic control unit 15, which performs the said operation control by software on the basis of the determined sensor values and in accordance with an implemented control algorithm 16.
  • an emergency shutdown can be initiated, for example, by control signal 17 to the drive of the installation, if the measurement data evaluation of the distance sensors 9a to 9c of the sliding bearing arrangement 1 shows that there is a supercritical tilt of the shaft 2 relative to the bearing shell 5. The emergency shutdown thus prevents a progressive bearing damage.
  • control system is not limited to the fact that the method of operation control is carried out locally in the machine or plant. This can also be carried out, for example, on a client / server architecture, in which the sensory measured value determination takes place on the client side and the signal evaluation on the server side.
  • the use of a cloud platform for this purpose is also conceivable. This offers the advantage that the determined sensor data can also be used for other purposes as an operation control of the machine or system.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Sliding-Contact Bearings (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gleitlageranordnung (1a - 1f) für eine schwere Welle (2; 2'), insbesondere einer Windkraftanlage, mit einem hydrodynamischen Gleitlager (4), dessen zwischen mindestens einer Lagerschale (5; 5') und der Welle (2; 2') gebildete Lagerspalt (6; 6') mit mindestens einem Zuführkanal (7; 7') zur Schmierung des Lagerspalts (6; 6') mit Schmieröl verbunden ist, indem der mindestens eine Zuführkanal (7; 7') in eine gleitlagerseitig in Lagerlängsrichtung verlaufende mindestens eine zugeordnete Schmieröltasche (8; 8') zur Bevorratung von Schmieröl mündet, wobei außerhalb oder an der Schmieröltasche (8; 8') mindestens zwei axial beabstandet zueinander angeordnete Abstandssensoren (9a, 9b; 9a', 9b') zur Dickenmessung des Lagerspalts (6; 6') angeordnet sind, um eine Verkippung der Welle (2; 2') relativ zur Lagerschale (5; 5') zu ermitteln.

Description

Gleitlaqeranordnunq für eine schwere Welle, insbesondere einer Windkraftanlaqe, sowie Steuersystem und Verfahren zur Betriebssteuerunq derselben
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 ge- bildete Lagerspalt mit mindestens einem Zuführkanal zur Schmierung des Lager- spalts mit Schmieröl verbunden ist, indem der mindestens eine Zuführkanal in eine gleitlagerseitig in Lagerlängsrichtung verlaufende mindestens eine zugeordnete Schmieröltasche zur Bevorratung von Schmieröl mündet. Weiterhin betrifft die Erfin- dung auch ein Steuersystem zur Betriebssteuerung einer solchen Gleitlageranord- nung sowie ein Verfahren zur Betriebssteuerung einer zumindest eine solche Gleitla geranordnung aufweisenden Maschine oder Anlage, vorzugsweise Windkraftanlage. Ferner ist auch ein das vorgenannte Verfahren verkörperndes Computerprogram m- produkt angegeben.
Das Einsatzgebiet der Erfindung erstreckt sich auf hydrostatische und hydrodynami- sche Gleitlager für schwere Wellen, die vornehmlich im Bereich des Kraftfahrzeug- baus, der Schiffstechnik sowie des Maschinen- und Anlagenbaus zum Einsatz kom- men. 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 und insbesondere auch einer Schmierung des Lagerspalts mit Schmieröl zugänglich sind. Die Wellen der hier interessierenden Art finden sich beispielsweise in Wind- kraftanlagen zur getriebeinternen Lagerung oder zur Lagerung des Antriebsstrangs zwischen Rotor und Getriebeeingang und dergleichen.
Die US 2012/0068460 A1 offenbart eine radiale Gleitlageranordnung für eine An- triebswelle einer Windkraftanlage. Ein Gleitlager bildet hier die rotornabenseitige La- gerstelle der Antriebswelle. Die Gleitlageranordnung umfasst ebenfalls einen einzi- gen Sensor, der die Spaltbreite und damit ebenfalls die Schmierfilmdicke des sich im Lagerspalt befindlichen Schmieröls misst, um ausgehend von dem Messwert die Pumpe des Schmierungskreises sowie einen Liftaktuator der Gleitlageranordnung anzusteuern, mit welchem die Welle in verschiedenen hydrodynamischen Betriebs- modi lagerbar ist.
Die US 2011/0095861 A1 offenbart eine Lageranordnung, welche für ein Wälzlager oder ein Gleitlager vorgesehen ist und eine Aufnahme für das Lager bereitstellt. Ein benachbart hierzu angeordneter elektromechanischer Positionssensor misst verän- derte Abstände zwischen dem Lager und einer ortsfest stehenden Tragstruktur. Der Abstandssensor umfasst ein elektrisches Potentiometer mit einem Widerstandsstrei- fen, der mit einem gegenüberliegend der Tragstruktur lagerseitig angeordneten Ab- nahmefinger zusammenwirkt.
Wechselnde Betriebszustände der eine Gleitlagerung umfassenden Maschine oder Anlage sowie Störungen in der Schmierung können zu einer Funktionsunterbrechung der Gleitlagerung führen und einen Verschleiß, Schädigung oder sogar Ausfall der Lagerstelle herbeiführen. Der mit Schmieröl befüllte Schmierspalt im Gleitlager weist gewöhnlich eine radiale Breite von wenigen Mikrometern auf; Änderungen der La- gerspaltbreite bieten Aufschluss darüber, in welchem Betriebszustand sich das Gleit- lager befindet. Tritt beispielsweise eine Mischreibung durch Kontaktierung der gela- gerten Welle relativ zur Lagerschale auf, so kann eventuell auf eine Überlastung der Lagerstelle geschlossen werden. Über eine Spaltbreitenmessung des Lagerspalts in Verbindung mit weiteren einfach zu messenden physikalischen Größen, insbesonde- re der Schmieröltemperatur, kann die Lagerbelastung berechnet werden und auf das Antriebsdrehmoment und weitere Antriebsparameter geschlossen werden.
Die Messung der Lagerspaltbreite ist in der Praxis recht problematisch, da ein hierfür vorgesehener Abstandssensor auch nach Abtrag der Oberfläche der Lagerbauteile durch Verschleiß nicht touchiert werden darf und die Positionierung in einer Vertie- fung die Lagergeometrie und Hydrodynamik zu stark stört, so dass die Tragfähigkeit des Gleitlagers abnehmen würde. In dieser Hinsicht würde eine lastbedingte Verkip- pung des Lagers, beispielsweise infolge von auf eine drehende Welle aufgebrachte Biegemomente relativ zu einer feststehenden Lagerschale einen über die Lager- längsachse ungleichmäßig verlaufenden örtlichen Verschleiß herbeiführen. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gleitlageranordnung der gattungsgemäßen Art dahingehend weiter zu verbessern, dass mit einfachen sensor- technischen Mitteln eine Verkippung des Gleitlagers detektierbar und damit über- wachbar ist.
Die Aufgabe wird hinsichtlich einer Gleitlageranordnung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Hinsicht- lich eines Steuersystems zur Betriebssteuerung einer solchen Gleitlageranordnung wird auf Anspruch 14 verwiesen. Anspruch 18 gibt ein Verfahren zur Betriebssteue- rung einer die Gleitlageranordnung aufweisenden Maschine oder Anlage an, die ge- mäß Anspruch 17 vorzugsweise eine Windkraftanlage ist, und gemäß Anspruch 21 als Computerprogrammprodukt ausgebildet sein kann. Die jeweils rückbezogenen abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung an.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass außerhalb oder an der mindes- tens einen Schmieröltasche des Gleitlagers mindestens zwei axial in Lagerlängsrich- tung beabstandet zueinander angeordnete Abstandssensoren zur Dickenmessung des Lagerspalts angeordnet sind, um eine Verkippung der Welle relativ zur Lager- schale sensortechnisch zu ermitteln.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung resultiert aus der Erkenntnis, dass sich aus örtlich getrennten Abstandsmessungen des Lagerspalts und einem hieraus re- sultierenden Unterschied des Lagerspalts Rückschlüsse auf den Grad der Verkip- pung der Welle relativ zur Lagerschale ziehen lassen. Hierdurch kann eine bei- spielsweise durch Biegebelastung der Welle hervorgerufene Verkippung rechtzeitig erkannt werden, um einen Lagerschaden durch Touchieren der Lagerbauteile zu vermeiden. Im Rahmen der erfindungsgemäßen Lösung ist es im Sinne einer kine- matischen Umkehr auch möglich, dass sich die Welle im Gleitlager relativ zu einer unbeweglichen, also ortsfesten Lagerschale dreht; genauso ist es denkbar, dass eine stehende Welle mit einer rotierenden Lagerschale des Gleitlagers zusammenwirkt. Hirbei bedeutet ortsfest und stehend den Zustand zu einem weiteren Bauteil, wel- ches wiederum ortsfest und stehend oder aber auch drehend sein kann. Somit ist der Zustand relativ zum stehenden oder drehenden Bauteil zu sehen. Die stehende Wel- le oder ortsfeste Lagerschale kann sich in einem bewegten Inertialsystem, z.B. rotie- rendem Planetensteg befinden. Dieser Planetensteg kann aber auch nicht rotieren. Ferner ist die erfindungsgemäße Lösung auch auf Gleitlagerungen mit schwimmen- der Gleitlagerbuchse applizierbar.
Gemäß einer die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass in Kombination zu den beiden Abstandssensoren mindestens ein demgegenüber radial versetzt angeordneter weiterer Abstandssensor vorgesehen ist, um die räumliche Orientierung der Welle gegenüber der Lagerschale zu ermitteln. Da die Schmieröl- tasche auch eine Ausdehnung in Umfangsrichtung und nicht allein in Lagerlängsrich- tung aufweist, wird durch die radial versetzte Anordnung des weiteren Abstands- sensors an der Schmieröltasche ein Winkelsegment eingeschlossen, aus dem auf den Momentanpol der gegeneinander rotierenden Bauteile - Welle und Lagerschale - geschlossen werden kann. Mindestens zwei axial beabstandete Abstandssensoren in Kombination mit mindestens einem demgegenüber radial beabstandeten Ab- standssensor sind vorteilhaft, um die räumliche Orientierung der Drehachse zu be- stimmen.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform können die Abstandssensoren seitens der Lagerschale positioniert werden und insoweit den Lagerspalt in Richtung der Welle vermessen. Nach einer zweiten bevorzugten Ausführungsform ist dies je- doch auch umgekehrt möglich, indem die Abstandssensoren seitens der Welle posi- tioniert sind und den Lagerspalt in Richtung der Lagerschale vermessen. Daneben ist es auch denkbar, dass Abstandssensoren der hier interessierenden Art auch teilwei- se seitens der Welle und Lagerschale angeordnet sein können. Findet die Schmier- ölzuführung über die Lagerschale statt, ist dort die mindestens eine Schmieröltasche ausgebildet; findet die Schmierölzuführung stattdessen über eine meist stehende Welle statt, so befindet sich die mindestens eine Schmieröltasche an der Wellenober- fläche. In dem Fall, dass mehrere zueinander parallel und/oder in Axialrichtung hin tereinander verlaufende Schmieröltaschen vorgesehen sind, ist den Schmieröl- taschen vorzugsweise zumindest teilweise je ein Abstandssensor zugeordnet. Hier- durch ergibt sich eine optimale Bauteilverteilung der Abstandssensoren. Denn die Zuordnung zu verschiedenen Schmieröltaschen ergibt das gleiche Ergebnis wie die Zuordnung aller Abstandssensoren zu einer einzigen Schmieröltasche.
Die erfindungsgemäße Lösung lässt sich auch auf eine sogenannte schwimmende Gleitlagerbuchse anwenden, welche gewöhnlich mehrere Radialbohrungen zur Schmierölversorgung eines über die innere Gleitlagerfläche gebildeten innenseitigen Lagerspalts sowie eines über eine äußere Gleitlagerfläche gebildeten äußeren La- gerspalts aufweist. Hierbei lässt sich auch die Schmierfilmgeometrie des äußeren Lagerspalts ermitteln, indem mindestens einer der Abstandssensoren zur Vermes- sung des innenseitigen Lagerspalts derart positioniert ist, dass dieser bei drehender Lagerschale alternierend durch die Radialbohrungen hindurch auch den außenseiti- gen Lagerspalt misst. Dies gilt natürlich auch umgekehrt. Durch die bekannten geo- metrischen Abmessungen der Gleitlagerbauteile sowie die bekannte Geometrie des innenseitigen Lagerspalts sowie der Lage der Buchse kann aus den Abständen zur äußeren Lagerfläche auch die Geometrie des außenseitigen Schmierspalts berech- net werden, woraus sich die aktuelle Lage der Gleitlagerbauteile zueinander bestim- men lässt. Vorteilhafterweise kann der durch die Radialbohrungen hindurch messen- de Abstandssensor gleichzeitig auch als ein Drehzahlsensor der schwimmenden Gleitlagerbuchse verwendet werden, indem die Radialbohrungen als Resolver die nen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind die hierbei zum Einsatz kommenden Abstandssensoren vorzugsweise als kapazitive Sensoren, Wirbelstromsensoren oder Ultraschall-Sensoren ausgebildet. Das Messprinzip richtet sich nach den Einsatz- randbedingungen sowie der Messempfindlichkeit in Verbindung mit der Lagergröße. Vorzugsweise kann zumindest einer der Abstandssensoren auch einen integrierten Temperatursensor aufweisen, mit welchem eine Messung der Lagertemperatur durch Messung der Temperatur des Schmieröls durchgeführt werden kann. Der zusätzliche Temperaturmesswert kann zu später beschriebenen steuerungstechnischen Zwe- cken weiterverarbeitet werden.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist es auch möglich, dass durch zumindest einen der Abstandssensoren eine Abstands- messung zwischen dem rotierenden Bauteil und dem relativ hierzu stehenden Bauteil außerhalb der Schmieröltasche und des Lagerspalts vorgenommen wird. Prinzipiell gestaltet sich eine derartige Sensoranordnung montagefreundlicher.
Gemäß einer ersten diesbezüglichen Ausführungsform ist zumindest einer der Ab- standssensoren derart am vorzugsweise stehenden Bauteil angeordnet, dass dieser den radialen Abstand zu einem am rotierenden Bauteil ausgebildeten ringförmigen Steg oder dergleichen misst. Der ringförmige Steg kann beispielsweise in Form einer Rippe oder eines Flansches ausgebildet sein und direkt am rotierenden Bauteil ange- formt sein. Alternativ hierzu ist es auch möglich, einen ringförmigen Steg lösbar am rotierenden Bauteil zu befestigen. Dies hat den Vorteil einer nachträglichen Justa- gemöglichkeit. Seitens des stehenden Bauteils werden vorzugsweise mindestens drei Abstandssensoren positioniert, so dass der Abstand zum ringförmigen Steg des rotierenden Bauteils gemessen werden kann. Unter Last stellt sich eine Exzentrizität ein, deren Lage aus den mehreren entlang des Umfangs angeordneten Abstands- sensoren berechnet werden kann. Aus der Exzentrizität und dem bekannten Lager- spiel lässt sich der minimale Lagerspalt ermitteln.
Der ringförmige Steg kann bei beispielsweise einer Getriebeanordnung auch nachge- rüstet werden und sollte zu diesem Zweck vorzugsweise als geteilter Ring ausgebil- det sein, dessen Endseiten über Passstifte wieder zusammengefügt werden, wonach abschließend die Rundlauftoleranz der innenseitigen oder außenseitigen Messfläche hergestellt wird.
Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform wird zur Abstandsmessung au- ßerhalb der Schmieröltasche und des Lagerspalts vorgeschlagen, dass zumindest einer der Abstandssensoren derart am stehenden Bauteil angeordnet ist, dass dieser mit einer Schrägflanke eines am rotierenden Bauteil angebrachten ringförmigen Stegs zusammenwirkt, um den radialen Abstand zwischen den Bauteilen zwecks Lagerspaltdickenmessung sowie auch den axialen Abstand zwischen den Bauteilen zwecks Positionsbestimmung zu messen. Die am ringförmigen Steg ausgebildete Schrägflanke führt zu einer konischen Ringfläche für die Sensorabnahme. Hieran wirken sich vorzugsweise mindestens drei über den Umfang angeordnete Abstands- Sensoren radiale Verschiebungen anders - nämlich in einem nicht-linearen Zusam- menhang - aus, als eine Verkippung des rotierenden Bauteils. Durch Methoden der Fehlerausgleichsrechnung lassen sich die unabhängig zu bestimmenden Freiheits- grade durch eine Sensoranordnung auf einer Seite des stehenden Bauteils ermitteln, was den Aufwand gegenüber einer beidseitigen Montage von Abstandssensoren re- duziert.
Gemäß einer dritten Ausführungsform einer außenseitigen Anordnung eines Ab- standssensors wird vorgeschlagen, dass das rotierende oder stehende Bauteil eine Ringnut aufweist, in welche ein seitens des stehenden bzw. rotierenden Bauteils po- sitionierter ringförmiger Steg in Axialrichtung zum Eingriff kommt. Zumindest einer der Abstandssensoren ist derart am stehenden Bauteil angeordnet, dass dieser mit dem ringförmigen Steg zusammenwirkt, um den radialen Abstand zwischen den Bau- teilen zu messen. Dank der Ringnut lässt sich ein in Axialrichtung kompakter Aufbau erzielen. Denn statt einem gemäß der vorgenannten Ausführungsformen über die funktional notwendige Breite hinausstehender ringförmiger Steg kann eine im ste- henden Bauteil ringförmig eingebrachte Nut genutzt werden. Diese kann beispiels- weise rechteckig, einseitig konisch oder trapezförmig ausgebildet sein. Der Ab- standssensor wird vorzugsweise durch eine Radialbohrung im stehenden Bauteil an die Ringnut geführt. Vorteilhafterweise misst der Abstandssensor nach innen und außen, so dass Einbautoleranzen oder Fertigungstoleranzen der Ringnut kompen- siert oder in einer automatischen Kalibrierfunktion herausgerechnet werden können.
Gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform eines außenliegenden Ab- standssensors zur Lagerspaltmessung wird vorgeschlagen, dass zumindest einer der Abstandssensoren derart am stehenden Bauteil angeordnet ist, dass dieser den ra- dialen Abstand zu einem am rotierenden Bauteil ausgebildeten ringförmigen Steg oder Nut misst, wobei in dem als Kombinationssensor ausgebildeten Abstandssensor außerdem eine Drehzahlmesssensorik implementiert ist, die mit einer seitens des Steges oder der Nut ausgebildeten inkrementalen Struktur zusammenwirkt, um ne- ben dem Abstand zwischen den Bauteilen auch die Drehzahl des rotierenden Bau- teils zu messen. Mit anderen Worten ist die Sensorik hier also als ein Kombinations- sensor zur Abstands- und Drehzahlmessung ausgebildet, indem axial oder gegen- überliegend zum Abstandssensor ein vorzugsweise induktiver Impulsgeber auf die vorgenannte inkrementeile Struktur ausgerichtet ist.
Daneben ist es auch denkbar, dass in zumindest einem der Abstandssensoren eine Temperaturmesssensorik zur Messung der Temperatur des aus dem Gleitlager her- austretenden Schmieröls integriert ist. Auch ein solcher Kombinationssensor lässt sich insoweit zur Ermittlung unterschiedlicher physikalischer Größen bauraumspa- rend realisieren.
Ein Steuersystem zur Betriebssteuerung einer Gleitlageranordnung der vorstehend beschriebenen Art umfasst vorzugsweise außerdem eine gleitlagerseitige Signal- übertragungseinrichtung, welche die Messsignale der Abstandssensoren und gege- benenfalls anderer Sensoren an einer gleitlagerfernen Steuerungseinrichtung zur Betriebssteuerung der Gleitlageranordnung und/oder eine diese umfassende Ma- schine oder Anlage nach Maßgabe der von der Sensorik detektierten Informationen überträgt. Dabei kann die Signalübertragungseinrichtung zumindest teilweise als drahtlose Übertragungseinrichtung ausgebildet sein, beispielsweise als Datenfun k- einrichtung (BLE, Zigbee, Lora und dergleichen). Daneben ist es natürlich auch denkbar, dass die Signalübertragung drahtgebunden, beispielsweise über eine Schleifringanordnung zwischen dem drehenden und dem stehenden Bauteil, erfolgt. Im Rahmen der Signalübertragung kann eine analoge oder digitale Datenübertra- gung, beispielsweise per BUS-Protokoll, ausgeführt werden. Die ein kontinuierliches Messsignal über eine Verkippung der Welle relativ zur Lagerschale empfangene Steuereinrichtung kann Bestandteile einer elektronischen Steuereinheit zur Betriebs- Steuerung der Maschine oder Anlage sein oder auch dieser, vorzugsweise in Form einer separat vorgelagerten sogenannten Electronic Control Unit (ECU), zugeordnet sein.
Durch die Steuereinrichtung bzw. die vorgelagerte ECU wird gemäß einer die Erfin- dung verbessernden Maßnahme in Abhängigkeit der Verkippung der Welle relativ zur Lagerschale der Betrieb der Maschine oder Anlage beeinflusst. Zu diesem Zweck kann die Steuereinrichtung gegebenenfalls auch andere physikalische Messwerte weiterer Sensoren berücksichtigen, beispielsweise Temperaturmesswerte oder Messwerte hinsichtlich der Antriebsparameter sowie Schmierölparameter und der- gleichen.
Im Rahmen der Betriebssteuerung werden vorzugsweise folgende Steuermaßnah- men, beispielsweise zur Verlängerung der Lebensdauer der Gleitlageranordnung oder deren Funktionsoptimierung, ausgeführt:
Berechnung der Restlebensdauer anhand eines Verschleißmodells des Gleit- lagers. Die Restlebensdauer kann zwecks Inspektion und Austausch des Gleitlagers signalisiert werden.
Dokumentation des Betriebsverhaltens des Gleitlagers hinsichtlich Zeit- und Lastanteile in der Hydrodynamik, Misch- oder Gleitreibung, grenzwertiger Schiefstel- lung der Welle relativ zur Lagerschale.
Optimierung des Betriebsverhaltens des Gleitlagers zum Einglätten der La- geroberflächen nach einer Überlastphase oder einer längeren Betriebsphase im Gleit- oder Mischreibungsbereich durch zeitweise Lastreduktion und/oder Drehzah- lerhöhung. Denn wird infolge einer Überlastphase eine Schädigung der Lagerober- fläche verursacht, so kann ein Einglätten der Lageroberfläche durch den Betrieb des Lagers mit geringer Last und bei mittlerer bis hoher Drehzahl und damit eine Scha- densbeseitigung durchgeführt werden.
Notabschaltung oder zumindest Lastreduktion der Maschine oder Anlage im Falle einer Lagerfunktionsstörung. Aus dem zeitlichen Verlauf der Lagerspaltdicke und somit auch der Schmierfilmdicke, welcher durch die erfindungsgemäße Sensorik überwachbar ist, kann eine eventuell unzulässig starke Abnahme der Schmierfilmdi- cke in kurzer Zeit beobachtet werden, woraus eine Lagerfunktionsstörung durch Rei- bungsverschleiß prognostiziert werden kann. Einem Lagerschaden kann durch Last- reduktion oder Notabschaltung der Maschine oder Anlage entgegengewirkt werden.
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 soft- waregesteuerten elektronischen Steuereinheit, insbesondere ECU, des Steuersys- tems oder auch auf einer Cloud-Plattform abläuft. Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.
Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Gleitlageranordnung mit einer stehenden Welle und Abstandssensorik zur Detektion einer Lagerverkippung,
Fig. 2 eine schematische Querschnittsdarstellung der Gleitlageranordnung nach Fig. 1 ,
Fig. 3 eine schematische Querschnittsdarstellung eines anderen Ausführungsbei- spiels einer Gleitlageranordnung mit rotierender Welle,
Fig. 4a eine schematische Darstellung eines anderen Ausführungsbeispiels einer Gleitlageranordnung mit schwimmender Gleitlagerbuchse,
Fig. 4b eine schematische Querschnittsdarstellung der Gleitlageranordnung nach Fig. 4a,
Fig. 5 eine Teilansicht einer Gleitlageranordnung mit einem außen liegenden Ab- standssensor in einer ersten Ausführungsform,
Fig. 6 eine Teilansicht einer Gleitlageranordnung mit einem außen liegenden Ab- standssensor in einer zweiten Ausführungsform,
Fig. 7 eine Teilansicht einer Gleitlageranordnung mit einem außen liegenden Ab- standssensor in einer dritten Ausführungsform,
Fig. 8 eine Teilansicht einer Gleitlageranordnung mit einem außen liegenden Ab- standssensor in einer vierten Ausführungsform, Fig. 9 eine Blockschaltbilddarstellung eines Steuersystems zur Betriebssteuerung einer Maschine oder Anlage mit einer Gleitlageranordnung.
Gemäß Fig. 1 umfasst eine Gleitlageranordnung 1 a eine stehende Welle 2, welche hier als Lagerbolzen einer Planetenradlagerung eines Planetenrades 3 bei einer - nicht weiter dargestellten - Planetenstufe eines Getriebes für eine Windkraftanlage ausgebildet ist.
Die Gleitlageranordnung 1 a 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 aus- gefüllt, welches per Druckschmierung von einem Zuführkanal 7 aus in den Lager- spalt 6 gepresst wird. Die gleitlagerseitige Austrittsöffnung des Zuführkanals 7 mün- det in eine das Schmieröl bevorratende und gleitlagerseitig in Längsrichtung verlau- fende Schmieröltasche 8 ein. Die Schmieröltasche 8 erweitert den Lagerspalt 6 rin nenförmig nach radial innen.
Endseitig an der Schmieröltasche 8 ist je ein Abstandssensor 9a bzw. 9b angeord- net, so dass die beiden Abstandssensoren 9a und 9b axial beabstandet zueinander entlang der Längserstreckung des Lagerspalts 6 positioniert sind. Die beiden Ab- standssensoren 9a und 9b dienen zur Dickenmessung des Lagerspalts 6. Werden über die Abstandssensoren 9a und 9b verschiedene Dickenmesswerte für den La- gerspalt 6 ermittelt, so lässt sich hieraus auf eine Verkippung der Welle 2 relativ zur Lagerschale 5 des Gleitlagers 4 schließen.
Die Signalübertragung findet per Funkverbindung 11 über eine mit den beiden Ab- standssensoren 9a und 9b verbundene Signalübertragungseinrichtung 12 statt, wel- che an eine - hier nicht weiter dargestellte - Empfängerinstanz angeschlossen ist.
In Zusammenschau mit der Fig. 2, welche einen Querschnitt der vorstehend be- schriebenen Gleitlageranordnung 1 a entlang des Schnitts A-A schematisch illustriert, ist in Kombination zu den beiden axial zueinander beabstandeten Abstandssenso- ren 9a und 9b ein demgegenüber radial versetzt angeordneter weiterer Abstands- sensor 9c vorgesehen. Durch den weiteren Abstandssensor 9c kann die räumliche Orientierung der Welle 2 gegenüber der Lagerschale 5 ermittelt werden. Die radial versetzt zueinander angeordneten Abstandssensoren 9a und 9b einerseits gegen- über dem Abstandssensor 9c andererseits sind im Randbereich der Breitenausdeh- nung der Schmieröltasche 8 positioniert, um zur Erzielung einer hohen Messgenau- igkeit ein möglichst großes Winkelsegment (Strichlinie) einzuschließen. Mithilfe die- ser Messanordnung kann der Momentanpol der mit einer Drehzahl n rotierenden La- gerschale 5 gegenüber der stehenden Welle 2 geschlossen werden. Somit ermögli- chen die drei Abstandssensoren 9a, 9b und 9c die Vermessung der räumlichen Ori entierung der Drehachse.
Gemäß Fig. 3 bildet im Sinne einer kinematischen Umkehr die Lagerschale 5’ das stehende Bauteil, in welchem die Welle 2’ drehgelagert ist und mit der Drehzahl n rotiert. Auf die Welle 2’ wirkt eine radiale Last F. Die rotierende Welle 2’ erzeugt eine hydrodynamische Druckzone p, welche ihr Maximum im Bereich des minimalen La- gerspalts smin aufweist. Dem gegenüberliegend ist der Zuführkanal T für Schmieröl mit ihrer mündungsseitig ausgebildeter Schmieröltasche 8’ positioniert. Bei dem vor- stehend beschriebenen Ausführungsbeispiel für eine stehende Welle herrschen ana- log dieselben Bedingungen.
An der Schmieröltasche 8’ sind in analoger Weise zu dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel die Abstandssensoren 9a’, 9b’ einerseits sowie 9c’ andererseits positioniert, hier jedoch seitens der Lagerschale 5’. Die Abstandssensoren 9a’ bis 9c’ vermessen den Lagerspalt 6’ in Richtung der Welle 2’.
Die Fig. 4a illustriert eine alternative Gleitlageranordnung 1 b, bei welcher eine Lager- schale 5” als schwimmende Gleitlagerbuchse ausgebildet ist, welche mit mehreren entlang des Umfangs verteilten Radialbohrungen 10 (exemplarisch) versehen ist. Die Radialbohrungen 10 dienen der Schmierölversorgung eines innenseitigen Lager- spalts 6a sowie auch eines außenseitigen Lagerspalts 6b. Bei diesem Ausführungs- beispiel wird ein Planetenrad 3” an einer stehenden Welle 2” drehgelagert, welche als ein Bolzen eines - hier nicht weiter dargestellten - Planetenträgers einer Plane- tenstufe ausgebildet ist. Wie aus Fig. 4b ersichtlich ist, sind die radial versetzt zueinander angeordneten Ab- standssensoren 9b” sowie 9c” zur Vermessung des außenseitigen sowie innenseiti- gen Lagerspalts 6a bzw. 6b derart positioniert, dass bei drehender Lagerschale 5” eine alternierende Messung auch durch die Radialbohrungen 10 hindurch erfolgt. Da die geometrischen Abmessungen der Gleitlagerbauteile bekannt sind, genauso wie die Geometrie des innenseitigen Lagerspalts 6a, kann aus den gemessenen Abstän- den zur äußeren Lagerfläche am Planetenrad 3” auch die äußere Schmierspaltgeo- metrie sowie die Lage der Gleitlagerbauteile zueinander - insbesondere eine Verkip- pung - bestimmt werden.
Gemäß Fig. 5 kann für die Abstandsmessung der Breite des Schmierspalts 6 min- destens einer der Abstandssensoren 9 (exemplarisch) außenliegend, also außerhalb der - hier nicht weiter dargestellten - Schmieröltasche positioniert sein. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der außen liegende Abstandssensor 9 am stehenden Bau- teil 20 befestigt, an welchem ein rotierendes Bauteil 30 gleitgelagert ist. Seitens des rotierenden Bauteils 30 ist ein sich in Axialrichtung hiervon forterstreckender ringför miger Steg 40 lösbar angebracht. Der Abstandssensor 9 wirkt mit der innen radialen Ringfläche des Stegs 40 zur Abstandsmessung zusammen. Zur Positionierung des Abstandssensors 9 relativ zum ringförmigen Steg 40 ist der Abstandssensor 9 in ei- nem Sensorhalter 50 fixiert, welcher sich in Axialrichtung ausgehend vom stehenden Bauteil 20 in Richtung des rotierenden Bauteils 30 erstreckt und dabei den Ab- standssensor 9 in radialer Messrichtung exakt und unter Wahrung eines Messspalts gegenüber der innen radialen Ringfläche des Stegs 40 platziert.
Die in Fig. 6 dargestellte Gleitlageranordnung 1d verwendet zur Abstandsmessung zwischen einem stehenden Bauteil 20 und einem hierzu rotierenden Bauteil 30 einen Abstandssensor 9, der derart am stehenden Bauteil 20 angeordnet ist, dass dieser mit einer Schrägflanke 41 an einem ringförmigen Steg 40 zusammenwirkt. Der ring- förmige Steg 40 ist auch hier lösbar am rotierenden Bauteil 30 befestigt. Über die hier in einem Winkel von 45° gegenüber der Längsachse der Gleitlageranordnung 1d ausgerichtete Schrägflanke 41 lässt sich der axiale sowie radiale Abstand zwischen den beiden Bauteilen 20 und 30 bei bekannter Winkelstellung der Schrägfläche 71 ermitteln. Bei der in Fig. 7 dargestellten Gleitlageranordnung 1 e erfolgt die Abstandsmessung zwischen einem rotierenden Bauteil 30 und einem relativ hierzu stehenden Bau- teil 20, in dem seitens des stehenden Bauteils 20 eine Ringnut 60 eingebracht ist, in welcher ein seitens des rotierenden Bauteils 30 positionierter ringförmiger Steg 40 in Axialrichtung zum Eingriff kommt. Der rotierende Steg 40 ist bei diesem Ausfüh- rungsbeispiel L-förmig ausgebildet, um außerhalb des Bereichs der Ringnut 60 und von außen her zugänglich eine lösbare Befestigung in Form einer Schraubverbin- dung anzubringen. Ein exemplarischer Abstandssensor 9 ist dabei derart am stehen- den Bauteil 20 angeordnet, dass dieser in Radialrichtung ausgerichtet mit der äuße- ren Ringfläche des Stegs 40 zusammenwirkt, um den radialen Abstand zwischen den Bauteilen 20 und 30 zu messen.
Gemäß Fig. 8 ist bei dieser Gleitlageranordnung 1f zur Abstandsmessung zwischen einem rotierenden Bauteil 20 und einem relativ hierzu stehenden Bauteil 30 außer- halb des Lagerspalts 6 ein exemplarischer Abstandssensor 9 ebenfalls seitens des stehenden Bauteils 20 angeordnet. Der Abstandssensor 9 korrespondiert mit einer am rotierenden Bauteil 30 ausgebildeten ringförmigen Nut 70, welche einen trapez- förmigen Querschnitt aufweist. Der Abstandssensor 9 ist in diesem Ausführungsbei- spiel als ein Kombinationssensor ausgebildet, der eine - nicht weiter zeichnerisch dargestellte - Drehzahlmesssensorik beinhaltet, die mit einer seitens der ringförmi- gen Nut 70 ausgebildeten inkrementalen Struktur in an sich bekannter Weise zu- sammenwirkt, um neben dem Abstand zwischen den Bauteilen 20 und 30 auch die Drehzahl des rotierenden Bauteils 30 zu messen. Der Abstandssensor 9 weist in An- passung an den trapezförmigen Querschnitt der ringförmigen Nut 70 eine nach schräg radial innen sowie schräg radial außen gerichtete Abstandsmesssensorik auf. Flierdurch lassen sich genauere Abstandsmessergebnisse erzielen.
Nach Fig. 9 besteht ein Steuersystem zur Betriebssteuerung einer Gleitlageranord- nung 1 aus mehreren - hier nur schematisch gezeigten - Abstandssensoren 9a, 9b und 9c, welche die räumliche Orientierung der Welle 2 gegenüber der Lagerschale 5, und damit auch eine eventuelle Verkippung, vermessen und die so gewonnenen Messwerte über eine Signalübertragungseinrichtung 12 drahtlos an eine ortsferne Signalempfangseinrichtung 13 übertragen. Die ortsferne Signalempfangseinrich- tung 13 ist Bestandteil einer sensorfernen Steuereinrichtung 14 zur Betriebssteue- rung der Gleitlageranordnung 1 sowie eine diese umfassende Maschine oder Anla- ge, hier Windkraftanlage, nach Maßgabe der von den Abstandssensoren 9a bis 9c detektierten Informationen. Die Steuereinrichtung 14 umfasst zu diesem Zweck eine softwaregesteuerte elektronische Steuereinheit 15, welche per Software die besagte Betriebssteuerung auf Basis der ermittelten Sensorwerte und nach Maßgabe eines implementierten Steueralgorithmus 16 durchführt.
Unter Verwendung des Steueralgorithmus 16 kann beispielsweise per Steuersig- nal 17 an den Antrieb der Anlage eine Notabschaltung eingeleitet werden, falls die Messdatenauswertung der Abstandssensoren 9a bis 9c der Gleitlageranordnung 1 ergibt, dass eine überkritische Verkippung der Welle 2 gegenüber der Lagerschale 5 vorliegt. Die Notabschaltung verhindert insoweit einen fortschreitenden Lagerscha- den.
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, wel- che vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist es beispielsweise auch möglich, andere Maßnahmen zur Betriebssteuerung einer Ma- schine oder Anlage bei einer durch die erfindungsgemäße Lösung erkannten Verkip- pung des Gleitlagers außerhalb eines Toleranzfeldes vorzunehmen, beispielsweise eine Verringerung der Belastung oder eine Optimierung des Betriebsverhaltens des Gleitlagers zum Einglätten der Lageroberfläche nach einer Überlastphase und der- gleichen.
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 durchge- führt werden, worin die sensorische Messwertermittlung clientseitig und die Signal- auswertung 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. Bezuqszeichen
1 Gleitlageranordnung
Welle
Planetenrad
Gleitlager
5 Lagerschale
6 Lagerspalt
7 Zuführkanal
8 Schmieröltasche
9 Abstandssensor
10 Radialbohrung
11 Funkverbindung
12 Signalübertragungseinrichtung
13 Signalempfangseinrichtung
14 Steuereinrichtung
15 elektronische Steuereinheit
16 Steueralgorithmus
17 Steuersignal
20 stehendes Bauteil
30 rotierendes Bauteil
40 ringförmiger Steg
41 Schrägflanke am ringförmigen Steg
50 Sensorträger
60 Ringnut
70 ringförmige Nut n Drehzahl
Smin minimaler Lagerspalt
F Last
p Druckzone

Claims

Patentansprüche
1. Gleitlageranordnung (1a - 1f) für eine schwere Welle (2; 2‘), insbesondere einer Windkraftanlage, mit einem hydrodynamischen oder hydrostatischen Gleitlager (4), dessen zwischen mindestens einer Lagerschale (5; 5‘) und der Welle (2; 2‘) gebildete Lagerspalt (6; 6‘) mit mindestens einem Zuführkanal (7; 7‘) zur Schmierung des Lager- spalts (6; 6‘) mit Schmieröl verbunden ist, indem der mindestens eine Zuführkanal (7;
7‘) in eine gleitlagerseitig in Lagerlängsrichtung verlaufende mindestens eine zugeord- nete Schmieröltasche (8; 8‘) zur Bevorratung von Schmieröl mündet, dadurch gekenn- zeichnet, dass außerhalb oder an der Schmieröltasche (8; 8‘) mindestens zwei axial beabstandet zueinander angeordnete Abstandssensoren (9a, 9b; 9a‘, 9b‘) zur Dicken- messung des Lagerspalts (6; 6‘) angeordnet sind, um eine Verkippung der Welle (2; 2‘) relativ zur Lagersschale (5; 5‘) zu ermitteln.
2. Gleitlageranordnung (1 a - 1f) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in Kombination zu den beiden Abstandssensoren (9a, 9b; 9a‘, 9b‘) mindestens ein dem- gegenüber radial versetzt angeordneter weiterer Abstandssensor (9c; 9c‘) vorgesehen ist, um die räumliche Orientierung der Welle (2; 2‘) gegenüber der Lagerschale (5; 5‘) zu ermitteln.
3. Gleitlageranordnung (1 a - 1f) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandssensoren (9a‘, 9b‘, 9c‘) seitens der Lagerschale (5‘) positioniert sind und den Lagerspalt (6‘) in Richtung der Welle (2‘) vermessen.
4. Gleitlageranordnung (1 a - 1f) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandssensoren (9a, 9b, 9c) seitens der Welle (2) positioniert sind und den Lagerspalt (6) in Richtung der Lagerschale (5) vermessen.
5. Gleitlageranordnung (1 a - 1f) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere zueinander parallel und/oder hintereinander verlaufende Schmieröl- taschen (8; 8‘) vorgesehen sind, denen zumindest teilweise je ein Abstandssensor (9a - 9c; 9a‘- 9c‘) zugeordnet ist.
6. Gleitlageranordnung (1 b) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerschale (5“) als eine schwimmende Gleitlagerbuchse mit mehreren Radialbohrun- gen (10) zur Schmierölversorgung des innenseitigen Lagerspalts (6a) sowie eines au- ßenseitigen Lagerspalts (6b) ausgebildet ist, wobei mindestens einer der Abstands- sensoren (9a‘‘- 9c“) zur Vermessung des außenseitigen oder innenseitigen Lagerspalts (6a, 6b) derart positioniert ist, dass dieser bei drehender Lagerschale (5“) alternierend durch die Radialbohrungen (10) hindurch misst.
7. Gleitlageranordnung (1 a - 1f) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Abstandssensoren (9a - 9c; 9a‘- 9c‘; 9a“- 9c“) als kapazitive, Wirbelstrom- oder Ultraschall-Sensoren ausgebildet sind.
8. Gleitlageranordnung (1 a - 1f) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass zumindest einer der Abstandssensoren (9a - 9c; 9a‘- 9c‘; 9a“- 9c“) integrierte Temperaturmessmittel zur Messung der Lagertemperatur aufweist.
9. Gleitlageranordnung (1 c) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abstandsmessung zwischen einem rotierenden Bauteil (30) und einem relativ hierzu stehenden Bauteil (20) außerhalb der Schmieröltasche (8) und des Lagerspalts (6) zumindest einer der Abstandssensoren (9) derart am stehenden Bauteil (20) angeordnet ist, dass dieser den radialen Abstand zu einem am rotierenden Bauteil (30) ausgebildeten ringförmigen Steg (40) misst.
10. Gleitlageranordnung (1d) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abstandsmessung zwischen einem rotierenden Bauteil (30) und einem relativ hierzu stehenden Bauteil (20) außerhalb der Schmieröltasche (8) und des Lagerspalts (6) zumindest einer der Abstandssensoren (9) derart am stehenden Bauteil (20) angeordnet ist, dass dieser mit einer Schrägflanke (41 ) eines am rotieren- den Bauteil (30) angebrachten ringförmigen Stegs (40) zusammenwirkt, um den axialen sowie radialen Abstand zwischen den Bauteilen (20; 30) zu messen.
11 . Gleitlageranordnung (1e) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abstandsmessung zwischen einem rotierenden Bauteil (30) und einem relativ hierzu stehenden Bauteil (20) außerhalb der Schmieröltasche (8) und des Lagerspalts (6) das rotierende oder stehende Bauteil (20; 30) eine Ringnut (60) aufweist, in welche ein seitens des stehenden beziehungsweise rotierenden Bau- teils (30; 20) positionierter ringförmiger Steg (40) in Axialrichtung zum Eingriff kommt, wobei zumindest einer der Abstandssensoren (9) derart am stehenden Bauteil (20) an- geordnet ist, dass dieser mit dem ringförmigen Steg (40) zusammenwirkt, um den radia- len Abstand zwischen den Bauteilen (20; 30) zu messen.
12. Gleitlageranordnung (1f) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abstandsmessung zwischen einem rotierenden Bauteil (30) und einem relativ hierzu stehenden Bauteil (20) außerhalb der Schmieröltasche (8) und des Lagerspalts (6) zumindest einer der Abstandssensoren (9) derart am stehenden Bauteil (20) angeordnet ist, dass dieser den radialen Abstand zu einem am rotierenden Bauteil (30) ausgebildeten ringförmigen Steg oder Nut (70) misst, wobei in dem als Kombinationssensor ausgebildeten Abstandssensor (9) außerdem eine Drehzahlmess- sensorik implementiert ist, die mit einer seitens des Stegs oder der Nut (70) ausgebilde- ten inkrementeilen Struktur zusammenwirkt, um neben dem Abstand zwischen den Bauteilen (20; 30) auch die Drehzahl des rotierenden Bauteils (30) zu messen.
13. Gleitlageranordnung (1a - 1f) nach einem der vorstehenden Ansprüche 9 - 12, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem der außenliegenden Abstands- sensoren (9) eine Temperaturmesssensorik zur Messung der Temperatur des aus dem Gleitlager (4) austretenden Schmieröls integriert ist.
14. Steuersystem zur Betriebssteuerung einer Gleitlageranordnung (1 a— 1 f) nach ei- nem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 13, weiterhin umfassend eine gleitlagerseitige Signalübertragungseinrichtung (12), welche die Messsignale der Abstandssensoren (9a - 9c) an eine gleitlagerferne Steuereinrichtung (14) zur Betriebssteuerung der Gleitla- geranordnung (1a - 1f) und/oder eine diese umfassende Maschine oder Anlage nach Maßgabe der von den Abstandssensoren (9a - 9c) detektierten Information überträgt.
15. Steuersystem nach Anspruch 14, wobei die Signalübertragungseinrichtung (12) zu mindest teilweise als drahtlose Übertragungseinrichtung ausgebildet ist, um die Sensor- signale vom drehenden Bauteil (3; 30) der Gleitlageranordnung (1a - 1f) auf die Steu- ereinrichtung (14) zu übertragen.
16. Steuersystem nach Anspruch 9, wobei die Steuereinrichtung (14) eine softwarege- steuerte elektronische Steuereinheit (15) zur Betriebssteuerung der Gleitlageranord- nung (1a - 1f) und/oder der Maschine oder Anlage umfasst.
17. Windkraftanlage, umfassend ein Steuersystem nach einem der Ansprüche 14 bis 16.
18. Verfahren zur Betriebssteuerung einer zumindest eine Gleitlageranordnung (1a - 1f) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweisenden Maschine oder Anlage, wobei über mindestens zwei Abstandssensoren (9a, 9b) der Gleitlageranordnung (1a - 1f) während des Betriebs die Verkippung der Welle (2) relativ zur Lagersschale (5) ermittelt wird, wonach das diesbezügliche Sensorsignal über eine Signalübertragungseinrichtung (12) an eine Steuereinrichtung (14) übertragen wird, durch welche die Betriebssteuerung der Maschine oder Anlage nach Maßgabe des Sensorsignals ausgeführt wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Betriebssteuerung mindestens eine Steu- ermaßnahme zur Verlängerung der Lebensdauer der Gleitlageranordnung (1 a - 1f) o- der deren Funktionsoptimierung ausführt, die ausgewählt ist aus einer Gruppe, umfas- send:
Berechnung der Restlebensdauer anhand eines Verschleißmodells des Gleitla gers (4),
Dokumentation des Betriebsverhaltens des Gleitlagers (4) hinsichtlich Zeit- und Lastanteile in der Hydrodynamik, Misch- oder Gleitreibung, grenzwertiger Schiefstellung des Welle (2) relativ zur Lagerschale (5),
Optimierung des Betriebsverhaltens des Gleitlagers (4) zum Einglätten der La- geroberflächen nach einer Überlastphase oder einer längeren Betriebsphase im Gleit oder Mischreibungsbereich durch zeitweise Lastreduktion und/oder Drehzahlerhöhung, Notabschaltung der Maschine oder Anlage im Falle einer Lagerfunktionsstörung.
20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei in die Betriebssteuerung durch die Steuerein- richtung (14) physikalische Messwerte weitere Sensoren einfließen, ausgewählt aus einer Gruppe, umfassend:
Temperatur (T) des Gleitlagers (4) und/oder Temperatur des hieraus abfließen- den Schmieröls,
Drehmoment (M), Drehzahl (n) und/oder Antriebsleistung (P) der Welle (2), Viskosität, Wassergehalt und/oder Partikelkonzentration des Schmieröls.
21 . Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln zur Durchführung der Be- triebssteuerung gemäß des Verfahrens nach einem der Ansprüche 18 bis 20, wenn das Computerprogrammprodukt auf einer elektronischen Steuereinheit (15) eines Steuer- systems nach Anspruch 16 oder einem Cloud-Plattform abläuft.
PCT/EP2018/082295 2017-12-20 2018-11-22 Gleitlageranordnung für eine schwere welle, insbesondere einer windkraftanlage, sowie steuersystem und verfahren zur betriebssteuerung derselben WO2019120872A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017223390.7A DE102017223390A1 (de) 2017-12-20 2017-12-20 Gleitlageranordnung für eine schwere Welle, insbesondere einer Windkraftanlage, sowie Steuersystem und Verfahren zur Betriebssteuerung derselben
DE102017223390.7 2017-12-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019120872A1 true WO2019120872A1 (de) 2019-06-27

Family

ID=64606943

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2018/082295 WO2019120872A1 (de) 2017-12-20 2018-11-22 Gleitlageranordnung für eine schwere welle, insbesondere einer windkraftanlage, sowie steuersystem und verfahren zur betriebssteuerung derselben

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102017223390A1 (de)
WO (1) WO2019120872A1 (de)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112595371A (zh) * 2021-03-02 2021-04-02 成都工百利自动化设备有限公司 一种用于手车式高压断路器触头工作状态的传感***
CN114636493A (zh) * 2022-04-02 2022-06-17 陕西理工大学 一种嵌入式滑动轴承润滑膜压力无线传感监测装置
WO2022159859A1 (en) * 2021-01-25 2022-07-28 Evoqua Water Technologies Llc Bearing wear monitoring device for circular clarifier drive
CN114810841A (zh) * 2022-04-02 2022-07-29 陕西理工大学 一种智能水润滑轴承
CN117189773A (zh) * 2023-09-18 2023-12-08 宜兴市环宇轴瓦制造有限公司 具有阻尼特性的低功耗高速重载可倾瓦轴承
CN117189791A (zh) * 2023-11-07 2023-12-08 成都中科翼能科技有限公司 一种带传感器的动力涡轮轴承机匣组件
CN117771536A (zh) * 2024-02-23 2024-03-29 深圳核心医疗科技股份有限公司 电机寿命预测方法及装置

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3974669A1 (de) 2020-09-24 2022-03-30 Flender GmbH Gleitlagerbuchse für gleitlager mit gesteigerter tragfähigkeit
IT202100001889A1 (it) * 2021-01-29 2022-07-29 Danieli Off Mecc Sistema di monitoraggio delle condizioni operative di un cuscinetto a film d’olio

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0029736A1 (de) * 1979-11-26 1981-06-03 Hitachi, Ltd. Gleitlagerdiagnoseverfahren und Vorrichtung dafür
US20110095861A1 (en) 2008-05-30 2011-04-28 Schaeffler Techologies Gmbh & Co. Kg Bearing device having position indicator
US20120068460A1 (en) 2010-09-16 2012-03-22 Vestas Wind Systems A/S Convertible bearing for a wind turbine and method for operating same
WO2013110113A2 (de) * 2012-01-27 2013-08-01 Miba Gleitlager Gmbh Getriebe
EP2626577A1 (de) * 2012-02-10 2013-08-14 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Steuern einer Windturbine und Windturbine
DE102013021676A1 (de) * 2013-12-18 2015-06-18 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Gleitlagerung für eine Umformmaschine
DE102016204736A1 (de) * 2016-03-22 2017-09-28 Zf Friedrichshafen Ag Vorrichtung zur Zustandsüberwachung

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6452140B2 (ja) * 2014-02-19 2019-01-16 本田技研工業株式会社 距離センサ及び計測方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0029736A1 (de) * 1979-11-26 1981-06-03 Hitachi, Ltd. Gleitlagerdiagnoseverfahren und Vorrichtung dafür
US20110095861A1 (en) 2008-05-30 2011-04-28 Schaeffler Techologies Gmbh & Co. Kg Bearing device having position indicator
US20120068460A1 (en) 2010-09-16 2012-03-22 Vestas Wind Systems A/S Convertible bearing for a wind turbine and method for operating same
WO2013110113A2 (de) * 2012-01-27 2013-08-01 Miba Gleitlager Gmbh Getriebe
EP2626577A1 (de) * 2012-02-10 2013-08-14 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Steuern einer Windturbine und Windturbine
DE102013021676A1 (de) * 2013-12-18 2015-06-18 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Gleitlagerung für eine Umformmaschine
DE102016204736A1 (de) * 2016-03-22 2017-09-28 Zf Friedrichshafen Ag Vorrichtung zur Zustandsüberwachung

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022159859A1 (en) * 2021-01-25 2022-07-28 Evoqua Water Technologies Llc Bearing wear monitoring device for circular clarifier drive
CN112595371A (zh) * 2021-03-02 2021-04-02 成都工百利自动化设备有限公司 一种用于手车式高压断路器触头工作状态的传感***
CN114636493A (zh) * 2022-04-02 2022-06-17 陕西理工大学 一种嵌入式滑动轴承润滑膜压力无线传感监测装置
CN114810841A (zh) * 2022-04-02 2022-07-29 陕西理工大学 一种智能水润滑轴承
CN114636493B (zh) * 2022-04-02 2023-06-20 陕西理工大学 一种嵌入式滑动轴承润滑膜压力无线传感监测装置
CN114810841B (zh) * 2022-04-02 2023-06-27 陕西理工大学 一种智能水润滑轴承
CN117189773A (zh) * 2023-09-18 2023-12-08 宜兴市环宇轴瓦制造有限公司 具有阻尼特性的低功耗高速重载可倾瓦轴承
CN117189773B (zh) * 2023-09-18 2024-02-27 宜兴市环宇轴瓦制造有限公司 具有阻尼特性的低功耗高速重载可倾瓦轴承
CN117189791A (zh) * 2023-11-07 2023-12-08 成都中科翼能科技有限公司 一种带传感器的动力涡轮轴承机匣组件
CN117189791B (zh) * 2023-11-07 2024-01-23 成都中科翼能科技有限公司 一种带传感器的动力涡轮轴承机匣组件
CN117771536A (zh) * 2024-02-23 2024-03-29 深圳核心医疗科技股份有限公司 电机寿命预测方法及装置
CN117771536B (zh) * 2024-02-23 2024-05-14 深圳核心医疗科技股份有限公司 电机寿命预测方法及装置

Also Published As

Publication number Publication date
DE102017223390A1 (de) 2019-06-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2019120872A1 (de) Gleitlageranordnung für eine schwere welle, insbesondere einer windkraftanlage, sowie steuersystem und verfahren zur betriebssteuerung derselben
EP3293406B1 (de) Hydrodynamisches gleitlager und abgasturbolader
EP3271597B1 (de) Abgasturbolader
EP2307745B1 (de) Rollenlager, insbesondere mittenfreies grosswälzlager
EP2753838B1 (de) Verfahren zur herstellung eines wälzlagers
EP2679866B1 (de) Spindeltrieb
EP2887023A2 (de) Verfahren zum Bestimmen einer Drehwinkelstellung und/oder einer Drehzahl
EP2679867A1 (de) Planetengetriebe
WO2014079467A1 (de) Schneckengetriebe
EP1593865B1 (de) Wälzlager-Drehverbindung
DE102017223386A1 (de) Gleitlageranordnung für eine schwere Welle, insbesondere einer Windkraftanlage, sowie Steuersystem und Verfahren zur Schmierölversorgung derselben
WO2021219605A1 (de) Zustandserfassung an exzenterschneckenpumpen
EP0929815B1 (de) Wälzlager mit einer integrierten drehzahlmesseinrichtung
EP4134560A1 (de) Abgasturbolader mit einem hydrodynamischen gleitlager oder hydrodynamisches gleitlager
DE102015105536B4 (de) Antrieb und Verfahren zur Überwachung eines Antriebs
DE102006022543A1 (de) Vorrichtung zum Verformen und gegebenenfalls Ausbiegen wenigstens eines Bauteils eines Getriebes, insbesondere Spannungswellengetriebes, im Getriebebetrieb sowie das Getriebe und Verfahren zu dessen Betrieb
EP2553475A1 (de) Lagerbaugruppe mit lager
EP3489534B1 (de) Lagervorspannvorrichtung für eine grosslagereinheit sowie grosslagereinheit
EP3301315A1 (de) Gleitlager, drehmomentwandler und windkraftanlage
DE102011116561A1 (de) Drehmomentmesswelle und Verfahren zur Messung eines Drehmomentes
DE102008030227A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Überwachung der Lagervorspannung an einem angetriebenen Drehkörper
DE102015120240B3 (de) Kupplungselement für Zykloidengetriebe
EP3271596B1 (de) Hydrodynamisches gleitlager
DE102019123951B3 (de) Verfahren und System zur Bestimmung von Positionsverlagerungen
DE102013110409A1 (de) Hydrodynamisches Gleitlager

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18814799

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

DPE1 Request for preliminary examination filed after expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101)
122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18814799

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1