WO2022194316A1 - Gleitlager und verfahren zur überwachung des zustandes eines gleitlagers - Google Patents

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WO2022194316A1
WO2022194316A1 PCT/DE2022/100114 DE2022100114W WO2022194316A1 WO 2022194316 A1 WO2022194316 A1 WO 2022194316A1 DE 2022100114 W DE2022100114 W DE 2022100114W WO 2022194316 A1 WO2022194316 A1 WO 2022194316A1
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WO
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plain bearing
bearing
sliding
sliding coating
coating
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Application number
PCT/DE2022/100114
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English (en)
French (fr)
Inventor
Johannes STEGMANN
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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Publication date
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Publication of WO2022194316A1 publication Critical patent/WO2022194316A1/de

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C17/00—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
    • F16C17/12—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement characterised by features not related to the direction of the load
    • F16C17/24—Sliding-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
    • F16C17/246—Sliding-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 wear, e.g. sensors for measuring wear
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00—Testing of machine parts
    • G01M13/04—Bearings

Definitions

  • the invention relates to a maintenance-free plain bearing. Furthermore, the inven tion relates to a method for monitoring the condition of such a plain bearing.
  • Plain bearings even if they are maintenance-free, are basically wearing parts.
  • a method for determining the wear of a plain bearing is described, for example, in DE 10 2012 106295 A1. The method described is intended to be applicable to a sliding bearing which, in addition to a sliding layer, has a further layer, the sliding layer and the further layer having different electrical conductivity.
  • the sliding layer surrounds a shaft.
  • the other layer surrounds the sliding layer.
  • the sliding layer is designed as an electrical insulator or is only slightly electrically conductive.
  • the overlay has an electrical conductivity of less than 10 -6 , 10 4 , 10 2 or less than 10 S/m.
  • fillers such as carbon, steel or copper is proposed.
  • an electrical voltage is applied between the mounted shaft and the additional layer arranged concentrically to the shaft. If the overlay has a finite electrical resistance, an electric current is passed through the overlay. If the sliding layer is worn out, the shaft makes contact with the other layer. The associated change in electrical resistance indicates the wear of the plain bearing.
  • the sliding layer is a plastic layer.
  • DE 10324 924 A1 discloses a sliding bearing with spherical or cylindrical bearing surfaces, which is equipped with a sensor.
  • the sensor is located in the outer ring of the plain bearing and is used to measure a distance to the Provided inner ring of the plain bearing.
  • the sensor signal should be determined under a defined load condition, in particular when the load on the plain bearing is negligible.
  • a sensor signal can be determined under a defined load condition, particularly when the load is negligible, and stored as a reference signal. This reference signal is used to determine the state of wear of the sliding lining and/or the load absorbed by the sliding bearing.
  • a spherical plain bearing described in EP 2 957 338 A1 comprises bearing parts in which cavities are formed.
  • the cavities can be used for the passage of lubricant, optionally also for the attachment of sensors.
  • pivot bearings are described in documents DE 10 2018 131 021 A1, DE 10 2015 209 760 A1 and DE 101 39 969 A1, with the use of the pivot bearing in a rail vehicle being provided in the latter case.
  • WO 2020/074519 A1 discloses a sensor plate designed as a plain bearing element with a plurality of wear sensors which are integrated into a plain bearing surface in the form of an (m ⁇ n) matrix.
  • the wear sensors are suitable for detecting material removal on the plain bearing surface and each include an electrical resistor for this purpose.
  • DE 10 2005 056 983 A1 describes a method for extending the useful life of a spherical plain bearing, which performs pivoting and tilting movements with small amplitudes under large one-sided loads.
  • a locally limited wear zone should be created when the bearing is installed be determined by means of sensor arrays. This information should be used in order to be able to carry out a targeted realignment of storage components after the storage facility has been expanded.
  • US Pat. No. 6,080,982 A describes a wear sensor for a bearing assembly, which includes optical fibers that contact a bearing surface. Bearing wear should be correlated with easily detectable wear of the optical fibers.
  • DE 10 2017 210 783 A1 discloses a metrological arrangement on a plain bearing, which includes a dielectric.
  • the plain bearing according to DE 10 2017 210 783 A1 is intended in particular for use in an internal combustion engine.
  • the invention is based on the object of further developing options for detecting wear on plain bearings, in particular spherical plain bearings, compared to the prior art, with a robust, compact design being provided.
  • the sliding bearing comprises two bearing components, namely an outer ring and an inner ring, with a non-metallic, electrically at least least partially conductive sliding coating is located and the other bearing component has a metallic cal surface, and wherein several electrical contacting elements are arranged under the non-metallic sliding coating, which are attributable to a circuit that includes a lying between the contacting elements portion of the sliding coating.
  • the at least two electrical contacting elements are located on one and the same bearing component, typically on the non-moving bearing component, that is to say as a rule on the outer ring. This has the advantage over known solutions, such as those described in DE 10 2012 106 295 A1, that no power supply to a moving part is required.
  • the two contacting elements are electrically connected in series.
  • contacting elements there are more than two contacting elements under the sliding coating, for example six, eight, twelve or more contacting elements, these being usable as conductive elements of different circuits, each including a defined section of the sliding coating.
  • contacting elements can be distributed over the full circumference of the bearing component, in particular on the outer ring.
  • the distribution of contacting elements in a matrix arrangement is also possible. This applies in particular to plain bearings with cylindrical or conical sliding surfaces, but also to plain bearings with geometrically non-rollable sliding surfaces, including spherical plain bearings.
  • the large number of contacting elements means that the measuring options can be made independent of the load direction.
  • contacting elements for example six or more rectangular and/or round contacting elements, which are arranged in rows and columns, i.e. in the form of a matrix, can be located in an advantageous embodiment on a flexible circuit carrier, which is attached to a surface of the base body of the Bearing component applied, in particular glued, is, which at the same time provides electrical insulation between the contacting elements and the metal base Herge is.
  • a further advantage of the large number of contacting elements is that by suitably controlling the contacting elements, a wide variety of circuits can be formed in which the electrical resistance between the selected contacting elements can be determined in each case. This enables a spatially resolved measurement of the state of wear of the sliding lining.
  • the state of the plain bearing can be monitored with regard to its state of wear by measuring the electrical resistance of a section of the sliding lining in a first state of the plain bearing, in which a wear limit has not yet been reached, and detecting a sudden drop in resistance when the wear limit is reached.
  • Graphite is particularly suitable as a material which produces the desired electrical conductivity of the sliding coating, although the entire sliding coating does not necessarily have a uniform electrical conductivity.
  • the graphite content of the sliding coating is, for example, 0.1% to 10%, in particular at least 0.5% and at most 5%, based on the finished, hardened coating. These figures (in % by weight) relate either to the entire sliding coating, provided that this has a uniform composition, or to a sub-layer bordering on the electrical contacting elements, which is attributable to the sliding coating.
  • bronze can also be used as an electrically conductive material for the sliding coating, at least one partial layer of the sliding coating. In the course of manufacturing the sliding coating, bronze can be added as a powder, for example, and sintered in a later step.
  • the electrically conductive partial layer makes up, for example, 5% to 40%, in particular one third, of the thickness of the entire sliding coating when it is new. If the sliding coating is also electrically conductive outside of the partial layer, the electrical conductivity of the partial layer is, for example, at least 5 times and at most 500 times the conductivity of the rest of the sliding coating. The conductivity of the sliding lining also outside of the sub-layer enables the wear monitoring system to respond earlier.
  • the sliding coating apart from the layer provided with graphite or another electrically conductive material, in particular a copper alloy such as bronze, is electrically insulating, then practically no electric current flows through the bearing component that does not have a sliding coating, as long as the wear limit has not yet been reached . Reaching the wear limit is equated with the exposure of the electrically conductive layer of the sliding coating. Reaching the wear limit means that the electrically conductive layer of the sliding coating and a section of the metallic bearing component that is not provided with a sliding coating are electrically connected in parallel.
  • the basic structure of the sliding coating can, for example, correspond to commercially available sliding coatings, such as those available on the market under the Elgoglide brand. Accordingly, the sliding coating includes, in particular, PTFE fibers and support fibers that are embedded in a resin matrix. Glass fibers can also be used instead of fibers made of PTFE.
  • the outer ring of the plain bearing can be constructed in one or more parts.
  • the sliding lining does not necessarily comprise a fabric.
  • the plain bearing can at least partially function as a hydrodynamic bearing.
  • the sliding coating can be made in layers, for example three layers. If only one of these three layers is enriched with graphite, assuming that all layers are of the same thickness, the thickness of the electrically conductive layer is one third of the total thickness of the sliding coating. Also possible are configurations in which the graphite-enriched bottom layer of the sliding coating is thinner than the other layers of the sliding coating. It has been shown that the mechanical properties of the sliding coating are not greatly changed by the addition of graphite, in particular in a proportion by weight of at least 0.5% and not more than 5%. Thus, even when the wear limit is reached, which is equated with the exposure of the electrically conductive layer of the sliding coating, it is still possible to continue operating the plain bearing for a significant period of time. Relubrication of the plain bearing is not provided.
  • Fig. 1 Components of an outer ring of a plain bearing in perspective
  • FIG. 2 shows the inner ring of the plain bearing in a view analogous to FIG. 1, 3 shows a sensor arrangement of the slide bearing,
  • Fig. 4 a detail of the slide bearing in a schematic sectional representation.
  • a plain bearing generally designated by the reference numeral 1, comprises an outer ring 2 and an inner ring 3, which are generally referred to as bearing components 2, 3.
  • the bearing components 2, 3 are cylindrical.
  • the plain bearing 1 could be designed as a spherical plain bearing, for example.
  • the outer ring 2 has a steel support body, designated 7, on which a sensor arrangement 4 for measuring wear is located.
  • the Sensoranord tion 4 is covered in the operational state of the plain bearing 1 by a sliding coating 15, which is another component of the outer ring 2.
  • the inner ring 3 is made of steel and is chrome-plated in the present case.
  • the outer surface of the inner ring 3, designated 14, slides on the sliding coating 15 during operation of the bearing 1.
  • Components of the sensor arrangement 4, which hardly takes up any space within the plain bearing 1, are a flexible, electrically insulating carrier 6 and several contacting elements 5 arranged on it.
  • the length of the overall strip-shaped carrier 6 corresponds approximately to the inner circumference of the steel support body 7.
  • the width of the flexible carrier 6 is, as can be seen from FIG.
  • the connection points 9 are placed in a series arrangement 10 on the carrier e and are electrically connected to a measuring device 11 which is only indicated in FIGS.
  • the measuring device 11 is designed to measure the electrical resistance between any two of the contacting elements 5 arranged in rows 12 and columns 13 .
  • the sliding lining 15 enables maintenance-free operation of the plain bearing 1 and includes various fibers 17, 18, namely PTFE fibers 18 and supporting fibers 17, which are embedded in a Flarz matrix 19.
  • the thickness of the entire sliding coating 15 is denoted by D.
  • the sliding surface of the sliding coating 15 is denoted by 21 .
  • the wear limit of the plain bearing 1 is reached when the sliding coating 15 is worn down to a partial layer 16 whose thickness is indicated by T and is approximately 20% to 25% of the total thickness D in the exemplary embodiment.
  • the electrical conductivity of the partial layer 16 differs significantly from the electrical conductivity of the rest of the sliding coating 15.
  • the partial layer 16, which is not used as a sliding layer in normal operation of the plain bearing, or only rarely, only towards the end of its service life, is shown in FIG dashed lines indicated.
  • Graphite 20 is used to adjust the electrical conductivity of the sliding coating 15 .
  • Graphite 20, as indicated in FIG. 4, can be present in the entire sliding coating 15. It is also possible to mix graphite 20 as a powder exclusively into the partial layer 16 . In any case, the graphite content of the partial layer 16 is higher than the graphite content of the rest of the sliding coating 15.
  • the large number of contacting elements 5 enables a spatially resolved determination of the state of wear of the sliding lining 15.

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Abstract

Ein hinsichtlich Verschleiß zu überwachendes Gleitlager (1 ), beispielsweise Gelenklager, umfasst zwei Lagerbauteile (2, 3), nämlich einen Außenring (2) und einen Innenring (3), wobei sich auf einem der Lagerbauteile (2, 3) ein nichtmetallischer, elektrisch zumindest teilweise leitfähiger Gleitbelag (15) befindet und das andere Lagerbauteil (3, 2) eine metallische Oberfläche (14) aufweist, und wobei unter dem nichtmetallischen Gleitbelag (15) mehrere elektrische Kontaktierungselemente (5) angeordnet sind, welche einem Stromkreis zuzurechnen sind, der einen zwischen den Kontaktierungselementen (5) liegenden Abschnitt des Gleitbelags (15) einschließt.

Description

Gleitlager und Verfahren zur Überwachung des Zustandes eines Gleitlagers
Die Erfindung betrifft ein wartungsfrei betreibbares Gleitlager. Ferner betrifft die Erfin dung ein Verfahren zur Überwachung des Zustandes eines solchen Gleitlagers.
Gleitlager, auch in wartungsfreier Ausführung, stellen grundsätzlich Verschleißteile dar. Ein Verfahren zur Bestimmung des Verschleißes eines Gleitlagers ist zum Bei spiel in der DE 10 2012 106295 A1 beschrieben. Das beschriebene Verfahren soll bei einem Gleitlager anwendbar sein, das zusätzlich zu einer Gleitschicht eine weitere Schicht aufweist, wobei die Gleitschicht und die weitere Schicht eine unterschiedliche elektrische Leitfähigkeit haben.
Die Gleitschicht umgibt bei der in der DE 10 2012 106295 A1 beschriebenen Vorrich tung eine Welle. Die weitere Schicht umgibt die Gleitschicht. Während die Welle elektrisch leitfähig ist, ist die Gleitschicht als elektrischer Isolator ausgebildet oder le diglich gering elektrisch leitfähig. Beispielsweise hat die Gleitschicht eine elektrische Leitfähigkeit von unter 10-6, 104, 102 oder von unter 10 S/m. Zur Erzielung einer ver gleichsweise hohen elektrischen Leitfähigkeit der weiteren Schicht wird die Verwen dung von Füllstoffen wie Kohlenstoff, Stahl oder Kupfer vorgeschlagen. Zur Ver schleißmessung wird eine elektrische Spannung zwischen die gelagerte Welle und die konzentrisch zur Welle angeordnete weitere Schicht angelegt. Damit wird, sofern die Gleitschicht einen endlichen elektrischen Widerstand hat, ein elektrischer Strom durch die Gleitschicht geleitet. Ist die Gleitschicht verschlissen, so kontaktiert die Welle die weitere Schicht. Die damit verbundene Änderung des elektrischen Widerstands zeigt den Verschleiß des Gleitlagers an. Bei der Gleitschicht handelt es sich im Fall des Gleitlagers nach der DE 10 2012 106 295 A1 um eine Kunststoffschicht.
Die DE 10324 924 A1 offenbart ein Gleitlager mit sphärisch oder zylindrisch ausge bildeten Lagerflächen, welches mit einem Sensor ausgestattet ist. Der Sensor befindet sich hierbei im Außenring des Gleitlagers und ist zur Messung einer Entfernung zum Innenring des Gleitlagers vorgesehen. Zur Ermittlung des Verschleißzustandes des Gleitlagers soll das Sensorsignal unter einem definierten Lastzustand, insbesondere bei vernachlässigbarer Belastung des Gleitlagers, ermittelt werden. Im Neuzustand des Gleitlagers kann unter einem definierten Lastzustand, insbesondere bei vernach lässigbarer Belastung, ein Sensorsignal ermittelt und als Referenzsignal gespeichert werden. Dieses Referenzsignal findet Eingang in die Ermittlung des Verschleißzu standes des Gleitbelags und/oder der vom Gleitlager aufgenommenen Last.
Ein in der EP 2 957 338 A1 beschriebenes Gelenklager umfasst Lagerteile, in denen Hohlräume ausgebildet sind. Die Hohlräume sind zur Durchleitung von Schmierstoff, optional auch zur Anbringung von Sensoren, nutzbar.
Verschiedene mögliche Bauformen und Werkstoffe von Gelenklagern sind in den Do kumenten DE 10 2018 131 021 A1 , DE 10 2015 209 760 A1 und DE 101 39 969 A1 beschrieben, wobei im letztgenannten Fall die Verwendung des Gelenklagers in ei nem Schienenfahrzeug vorgesehen ist.
Aus den Dokumenten DE 20 2016 102 133 U1 , DE 20 2019 101 776 U1 und DE 20 2018 105 755 U1 sind verschiedene Bauformen von Gleitlagern bekannt, in welchen Leiterbahnstrukturen Sensorikfunktionen übernehmen.
Aus der WO 2020/074519 A1 ist eine als Gleitlagerelement ausgebildete Sensorplatte mit einer Mehrzahl von Verschleißsensoren bekannt, welche in Form einer (m x n)- Matrix in eine Gleitlagerfläche integriert sind. Die Verschleißsensoren sind zum Erfas sen eines Materialabtrags an der Gleitlagerfläche geeignet und umfassen hierzu je weils einen elektrischen Widerstand.
Die DE 10 2005 056 983 A1 beschreibt ein Verfahren zur Verlängerung der Nut zungsdauer eines Gelenklagers, welches unter großen einseitigen Lasten Schwenk- und Kippbewegungen mit kleinen Amplituden ausführt. Im Rahmen des beschriebe nen Verfahrens soll eine örtlich begrenzte Verschleißzone beim eingebauten Lager mittels Sensoranordnungen ermittelt werden. Diese Information soll genutzt werden, um nach einem Ausbau des Lagers eine gezielte Neuausrichtung von Lagerkompo nenten vornehmen zu können.
Die Dokumente US 3,845,735 A und DE 82 10 726 U1 beschreiben verschiedene Bauformen von Gelenklagern, welche jeweils einen Sensor mit einem beweglichen Element umfassen. Der Sensor ist einschließlich des beweglichen Elements in beiden Fällen im Außenring des Gelenklagers angeordnet.
Die US 6,080,982 A beschreibt einen Verschleißsensor für eine Lageranordnung, wel cher Lichtleitfasern umfasst, die eine Lagerfläche kontaktieren. Ein Lagerverschleiß soll mit einem einfach detektierbaren Verschleiß der Lichtleitfasern korreliert sein.
Die DE 10 2017 210 783 A1 offenbart eine messtechnische Anordnung an einem Gleitlager, welche ein Dielektrikum umfasst. Das Gleitlager nach der DE 10 2017 210 783 A1 ist insbesondere zur Verwendung in einer Brennkraftmaschine vorgesehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Möglichkeiten der Verschleißerkennung an Gleitlagern, insbesondere Gelenklagern, gegenüber dem genannten Stand der Tech nik weiterzuentwickeln, wobei ein robuster, kompakter Aufbau gegeben sein soll.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Gleitlager mit den Merkmalen des Anspruchs 1 . Ebenso wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Überwa chung des Zustandes eines Gleitlagers gemäß Anspruch 8. Im Folgenden im Zusam menhang mit dem Zustandsüberwachungsverfahren erläuterte Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gelten sinngemäß auch für die Vorrichtung, das heißt das Gleit lager, und umgekehrt.
Das Gleitlager umfasst zwei Lagerbauteile, nämlich einen Außenring und einen Innen ring, wobei sich auf einem der Lagerbauteile ein nichtmetallischer, elektrisch zumin- dest teilweise leitfähiger Gleitbelag befindet und das andere Lagerbauteil eine metalli sche Oberfläche aufweist, und wobei unter dem nichtmetallischen Gleitbelag mehrere elektrische Kontaktierungselemente angeordnet sind, welche einem Stromkreis zuzu rechnen sind, der einen zwischen den Kontaktierungselementen liegenden Abschnitt des Gleitbelags einschließt.
Die Formulierung „unter dem nichtmetallischen Gleitbelag“ ist dahingehend zu verste hen, dass sich die dort befindlichen Elemente, das heißt Kontaktierungselemente, zwischen dem Gleitbelag und einem in der Regel metallischen Grundkörper des be treffenden Lagerbauteils befinden, wobei die Ausrichtung des Lagerbauteils im Raum irrelevant ist. Der Begriff „Innenring“ wird unabhängig davon verwendet, ob es sich hierbei um ein hohles oder ein massives Bauteil handelt.
Die mindestens zwei elektrischen Kontaktierungselemente befinden sich an ein und demselben Lagerbauteil, typischerweise am nicht beweglichen Lagerbauteil, das heißt in der Regel am Außenring. Dies hat gegenüber bekannten Lösungen, wie sie bei spielsweise in der DE 10 2012 106 295 A1 beschrieben sind, den Vorteil, dass keine Stromzuführung zu einem beweglichen Teil erforderlich ist. Die beiden Kontaktie rungselemente sind elektrisch in Reihe geschaltet.
Gemäß einer möglichen Weiterentwicklung befinden sich unter dem Gleitbelag mehr als zwei Kontaktierungselemente, beispielsweise sechs, acht, zwölf oder mehr Kon taktierungselemente, wobei diese als leitfähige Elemente verschiedener, jeweils einen definierten Abschnitt des Gleitbelags einschließender Stromkreise nutzbar sind. Hier bei können insbesondere Kontaktierungselemente vollumfänglich am Lagerbauteil, insbesondere am Außenring, verteilt sein. Auch die Verteilung von Kontaktierungs elementen in einer Matrix-Anordnung ist möglich. Dies gilt insbesondere für Gleitlager mit zylindrischen oder konischen Gleitflächen, jedoch auch für Gleitlager mit geomet risch nicht abrollbaren Gleitflächen, worunter Gelenklager fallen. ln allen Bauformen ist durch die Vielzahl an Kontaktierungselementen eine Unabhän gigkeit der Messmöglichkeiten von der Lastrichtung erzielbar. Die Mehrzahl an Kon taktierungselementen, beispielsweise sechs oder mehr rechteckigen und/oder runden Kontaktierungselementen, welche in Zeilen und Spalten, das heißt matrixförmig, an geordnet sind, kann sich in vorteilhafter Ausgestaltung auf einem flexiblen Schaltungs träger befinden, welcher auf eine Oberfläche des Grundkörpers des Lagerbauteils aufgebracht, insbesondere aufgeklebt, ist, womit zugleich eine elektrische Isolation zwischen den Kontaktierungselementen und dem metallischen Grundkörper herge stellt ist. Ein weiterer Vorteil der Vielzahl an Kontaktierungselementen liegt darin, dass durch die geeignete Ansteuerung der Kontaktierungselemente unterschiedlichste Stromkreise gebildet werden können, in denen jeweils der elektrische Widerstand zwi schen den gewählten Kontaktierungselementen bestimmt werden kann. Dies ermög licht eine ortsaufgelöste Messung des Verschleißzustandes des Gleitbelags.
Allgemein ist der Zustand des Gleitlagers hinsichtlich seines Verschleißzustands überwachbar, indem bereits in einem ersten Zustand des Gleitlagers, in welchem eine Verschleißgrenze noch nicht erreicht ist, der elektrische Widerstand eines Abschnitts des Gleitbelags gemessen und mit Erreichen der Verschleißgrenze ein sprunghafter Widerstandsabfall detektiert wird.
Hierbei können schon vor Erreichen der Verschleißgrenze Widerstände, welche durch verschiedene Abschnitte des Gleitbelags gebildet sind, wiederkehrend miteinander verglichen werden. Auf diese Weise ist ein partieller, in bestimmten Bereich des Gleit belags auftretender Verschleiß detektierbar. Unabhängig davon, auf wie viele ver schiedene Arten ein Strompfad durch das metallische, keinen Gleitbelag aufweisende Lagerteil gelegt werden kann, ist es unter der Voraussetzung einer Mindestleitfähigkeit des gesamten Gleitbelags vor Erreichen der Verschleißgrenze möglich, einen Strom kreis, in welchem mindestens ein Abschnitt des Gleitbelags und ein Abschnitt des die metallische Oberfläche aufweisenden Lagerteils parallel geschalten sind, auf die Ver änderung der Anteile des Stroms, welche durch den Gleitbelag beziehungsweise durch das andere Lagerteil fließen, zu überwachen. Als Material, welches die gewünschte elektrische Leitfähigkeit des Gleitbelags her stellt, ist insbesondere Graphit geeignet, wobei nicht notwendigerweise der gesamte Gleitbelag eine einheitliche elektrische Leitfähigkeit aufweist. Der Graphitanteil des Gleitbelags beträgt beispielsweise 0,1 % bis 10 %, insbesondere mindestens 0,5 % und höchstens 5 %, bezogen auf den fertiggestellten, ausgehärteten Belag. Diese An gaben (in Gew.-%) beziehen sich entweder auf den gesamten Gleitbelag, sofern die ser einheitlich zusammengesetzt ist, oder auf eine an die elektrischen Kontaktie rungselemente grenzende Teilschicht, welche dem Gleitbelag zuzurechnen ist. Alter nativ zu Graphit ist auch Bronze als elektrisch leitfähiges Material des Gleitbelags, zumindest einer Teilschicht des Gleitbelags, verwendbar. Im Zuge der Herstellung des Gleitbelags kann Bronze zum Beispiel als Pulver zugegeben und in einem späteren Schritt gesintert werden.
Die elektrisch leitfähige Teilschicht macht beispielsweise 5 % bis 40 %, insbesondere ein Drittel, der Dicke des gesamten Gleitbelags in dessen Neuzustand aus. Sofern der Gleitbelag auch außerhalb der Teilschicht elektrisch leitfähig ist, beträgt die elektri sche Leitfähigkeit der Teilschicht zum Beispiel mindestens das 5-fache und höchstens das 500-fache der Leitfähigkeit des übrigen Gleitbelags. Die Leitfähigkeit des Gleitbe lags auch außerhalb der Teilschicht ermöglicht ein früheres Ansprechen der Ver schleißüberwachung.
Ist der Gleitbelag, abgesehen von der mit Graphit oder einem anderen elektrisch leit fähigen Stoff, insbesondere einer Kupferlegierung wie Bronze, versehenen Schicht, elektrisch isolierend, so fließt praktisch kein elektrischer Strom durch das keinen Gleitbelag aufweisende Lagerbauteil, solange die Verschleißgrenze noch nicht er reicht ist. Das Erreichen der Verschleißgrenze wird hierbei mit der Freilegung der elektrisch leitfähigen Schicht des Gleitbelags gleichgesetzt. Das Erreichen der Ver schleißgrenze bedeutet ein elektrisches Parallelschalten der elektrisch leitfähigen Schicht des Gleitbelags und eines Abschnitts des metallischen, nicht mit einem Gleit belag versehenen Lagerbauteils. Der grundsätzliche Aufbau des Gleitbelags kann beispielsweise handelsüblichen Gleitbelägen entsprechen, wie sie zum Beispiel unter der Marke Elgoglide am Markt sind. Dementsprechend umfasst der Gleitbelag insbesondere PTFE-Fasern und Stütz fasern, welche in eine Harzmatrix eingebettet sind. Statt Fasern aus PTFE sind auch Glasfasern verwendbar.
Der Außenring des Gleitlagers kann ein- oder mehrteilig aufgebaut sein. Der Gleitbe lag umfasst nicht notwendigerweise ein Gewebe. Je nach Ausgestaltung und Be triebsbedingungen kann das Gleitlager zumindest teilweise als hydrodynamisches La ger fungieren.
Der Gleitbelag kann schichtweise, beispielsweise aus drei Schichten, hergestellt wer den. Ist lediglich eine dieser drei Schichten mit Graphit angereichert, so ergibt sich un ter der Voraussetzung, dass alle Schichten gleich dick sind, eine Dicke der elektrisch leitfähigen Schicht von einem Drittel der Gesamtdicke des Gleitbelags. Ebenfalls mög lich sind Gestaltungen, in denen die mit Graphit angereicherte, unterste Schicht des Gleitbelags dünner als die übrigen Schichten des Gleitbelags ist. Es hat sich gezeigt, dass sich die mechanischen Eigenschaften des Gleitbelags durch die Hinzufügung von Graphit, insbesondere in einem Gewichtsanteil von mindestens 0,5 % und nicht mehr als 5 %, nicht stark verändert werden. Somit ist auch bei Erreichen der Ver schleißgrenze, welche mit der Freilegung der elektrisch leitfähigen Schicht des Gleit belags gleichgesetzt wird, noch ein Weiterbetrieb des Gleitlagers über eine nennens werte Dauer möglich. Eine Nachschmierung des Gleitlagers ist nicht vorgesehen.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung nä her erläutert. Hierin zeigen:
Fig. 1 Komponenten eines Außenrings eines Gleitlagers in perspektivischer
Ansicht,
Fig. 2 den Innenring des Gleitlagers in einer Ansicht analog Figur 1 , Fig. 3 eine Sensoranordnung des Gleitlagers,
Fig. 4 ausschnittsweise das Gleitlager in einer schematischen Schnittdarstel lung.
Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnetes Gleitlager umfasst einen Außenring 2 und einen Innenring 3, welche allgemein als Lagerbauteile 2, 3 bezeich net werden. Im Ausführungsbeispiel sind die Lagerbauteile 2, 3 zylindrisch geformt. Alternativ könnte das Gleitlager 1 zum Beispiel als Gelenklager gestaltet sein.
Der Außenring 2 weist einen mit 7 bezeichneten Stahlstützkörper auf, auf welchem sich eine Sensoranordnung 4 zur Verschleißmessung befindet. Die Sensoranord nung 4 ist im betriebsbereiten Zustand des Gleitlagers 1 abgedeckt durch einen Gleit belag 15, welcher eine weitere Komponente des Außenrings 2 darstellt. Der Innenring 3 ist im Gegensatz zum Außenring 2 aus Stahl gefertigt und im vorliegenden Fall ver chromt. Die mit 14 bezeichnete Außenoberfläche des Innenrings 3 gleitet beim Betrieb des Lagers 1 auf dem Gleitbelag 15.
Komponenten der Sensoranordnung 4, welche kaum Platz innerhalb des Gleitlagers 1 einnimmt, sind ein flexibler, elektrisch isolierender Träger 6 sowie mehrere auf diesem angeordnete Kontaktierungselemente 5. Die Länge des insgesamt streifenförmigen Trägers 6 entspricht annähernd dem Innenumfang des Stahlstützkörpers 7. Die Breite des flexiblen Trägers 6 ist, wie aus Figur 1 hervorgeht, im vorliegenden Fall deutlich geringer als die Breite des Außenrings 2. Maximal könnte der flexible T räger 6 die ge samte Breite des Lagerbauteils 2 einnehmen.
Die Kontaktierungselemente 5, welche Messpunkte darstellen, haben jeweils eine rechteckige Form und sind in einer Zeilen-Spalten-Anordnung, das heißt matrixförmig, auf dem Träger 6 angeordnet. Zwischen den Kontaktierungselementen 5 und An- schlusspunkten 9, die sich ebenfalls auf dem Träger 6 befinden, sind Leiterbahnen 8 erkennbar. Die Anschlusspunkte 9 sind einer Reihenanordnung 10 auf dem Träger e platziert und elektrisch mit einer in den Figuren 3 und 4 lediglich angedeuteten Mess vorrichtung 11 verbunden. Die Messvorrichtung 11 ist dazu ausgebildet, den elektri schen Widerstand zwischen zwei beliebigen der in Zeilen 12 und Spalten 13 angeord neten Kontaktierungselemente 5 zu messen.
Der Gleitbelag 15 ermöglicht einen wartungsfreien Betrieb des Gleitlagers 1 und um fasst verschiedene Fasern 17, 18, nämlich PTFE-Fasern 18 und Stützfasern 17, wel che in eine Flarzmatrix 19 eingebettet sind. Die Dicke des gesamten Gleitbelags 15 ist mit D bezeichnet. Mit 21 ist die Gleitfläche des Gleitbelags 15 bezeichnet.
Die Verschleißgrenze des Gleitlagers 1 ist erreicht, wenn der Gleitbelag 15 bis auf ei ne Teilschicht 16, deren Dicke mit T angegeben ist und im Ausführungsbeispiel etwa 20 % bis 25 % der Gesamtdicke D beträgt, abgetragen ist. Die elektrische Leitfähigkeit der Teilschicht 16 unterscheidet sich signifikant von der elektrischen Leitfähigkeit des übrigen Gleitbelags 15. Die Teilschicht 16, welche im bestimmungsgemäßen Betrieb des Gleitlagers nicht oder kaum, lediglich gegen Ende der Nutzungsdauer, als Gleit schicht zum Einsatz kommt, ist in Figur 4 durch gestrichelte Linien kenntlich gemacht. Zur Einstellung der elektrischen Leitfähigkeit des Gleitbelags 15 wird Graphit 20 ver wendet. Hierbei kann Graphit 20, wie in Figur 4 angedeutet, im gesamten Gleitbelag 15 vorhanden sein. Ebenso ist es möglich, Graphit 20 als Pulver ausschließlich in die Teilschicht 16 zu mischen. In jedem Fall ist der Graphitgehalt der Teilschicht 16 höher als der Graphitgehalt des übrigen Gleitbelags 15.
Sollte sich in einem Schadensfall der Gleitbelag 15 vollständig vom Stahlstützkörper 7 ablösen, so dass keinerlei Verbindung zwischen den zur Messung herangezogenen Kontaktierungselementen 5 mehr gegeben wäre, so könnte auch dieser Fall durch ei ne Widerstandsänderung detektiert werden. ln der Konstellation nach Figur 4, das heißt im Neuzustand des Gleitlagers 1 , fließt le diglich ein äußerst kleiner Teil des durch beide Kontaktierungselemente 5 geleiteten elektrischen Stroms durch den Innenring 3. Ist dagegen der Gleitbelag 15 bis auf die Teilschicht 16 durch Verschleiß abgetragen, so ist eine elektrische Parallelschaltung zwischen einem Abschnitt der Teilschicht 16 und einem Abschnitt des Innenrings 3 gegeben. In diesem Zustand fließt der weitaus größte Teil des elektrischen Stroms durch den Innenring 3, welcher an keiner anderen Stelle an eine elektrische Span nung angeschlossen ist. Aufgrund der stark voneinander abweichenden elektrischen Leitfähigkeit der Teilschicht 16 einerseits und des übrigen Gleitbelags 15 andererseits geht das Erreichen der Verschleißgrenze mit einem nahezu sprungartigen Anstieg der mittels der Messvorrichtung 11 detektierbaren elektrischen Leitfähigkeit einher. Die Vielzahl an Kontaktierungselementen 5 ermöglicht eine ortsaufgelöste Bestimmung des Verschleißzustands des Gleitbelags 15.
Bezuqszeichenliste
1 Gleitlager, wartungsfrei Außenring Innenring Sensoranordnung Kontaktierungselement flexibler Träger Stahlstützkörper des Außenrings Leiterbahn Anschlusspunkt
10 Reihenanordnung
11 Messvorrichtung
12 Zeile
13 Spalte
14 Oberfläche des Innenrings
15 Gleitbelag
16 leitfähige Teilschicht
17 Stützfaser
18 PTFE-Faser
19 Harzmatrix
20 Graphit
21 Gleitfläche
D Dicke des Gleitbelags T Dicke der Teilschicht

Claims

Patentansprüche
1. Gleitlager (1), mit zwei Lagerbauteilen (2, 3), nämlich einem Außenring (2) und einem Innenring (3), wobei sich auf einem der Lagerbauteile (2, 3) ein nichtme tallischer, elektrisch zumindest teilweise leitfähiger Gleitbelag (15) befindet und das andere Lagerbauteil (3, 2) eine metallische Oberfläche (14) aufweist, und wobei unter dem nichtmetallischen Gleitbelag (15) mehrere elektrische Kontak tierungselemente (5) angeordnet sind, welche einem Stromkreis zuzurechnen sind, der einen zwischen den Kontaktierungselementen (5) liegenden Abschnitt des Gleitbelags (15) einschließt.
2. Gleitlager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich unter dem Gleitbelag (15) mehr als zwei Kontaktierungselemente (5), insbesondere mindestens sechs Kontaktierungselemente (5), befinden, wobei diese als leit fähige Elemente verschiedener, jeweils einen definierten Abschnitt des Gleitbe lags (15) einschließender Stromkreise nutzbar sind.
3. Gleitlager (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumin dest eine an die Kontaktierungselemente (5) grenzende Teilschicht (16) des Gleitbelags (15) ein elektrisch leitfähiges Material in einem Anteil von mindes tens 0,5 Gew.-% und höchstens 5 Gew.-% umfasst.
4. Gleitlager (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als elektrisch leitfähiges Material des Gleitbelags (15) Graphit vorgesehen ist.
5. Gleitlager (1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als elektrisch leitfähiges Material des Gleitbelags (15) Bronze vorgesehen ist.
6. Gleitlager nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Leitfähigkeit der Teilschicht (16) mindestens das 5-fache und höchstens das 500-fache der Leitfähigkeit des übrigen Gleitbelags (15) beträgt.
7. Gleitlager nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (T) der Teilschicht (16) mindestens 5 % und höchstens 40 % der Ge samtdicke (D) des Gleitbelags (15) beträgt.
8. Verfahren zur Überwachung des Zustandes eines Gleitlagers (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei in einem ersten Zustand des Gleitlagers (1), in welchem eine Verschleißgrenze noch nicht erreicht ist, der elektrische Wider stand eines Abschnitts des Gleitbelags (15) gemessen und mit Erreichen der Verschleißgrenze ein sprunghafter Widerstandsabfall detektiert wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass vor Erreichen der Verschleißgrenze Widerstände, welche durch verschiedene Abschnitte des Gleitbelags (15) gebildet sind, wiederkehrend miteinander verglichen werden.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass vor Errei- chen der Verschleißgrenze ein Stromkreis, in welchem mindestens ein Ab schnitt des Gleitbelags (15) und ein Abschnitt des die metallische Oberfläche (14) aufweisenden Lagerteils (3) parallel geschalten sind, auf die Veränderung der Anteile des Stroms, welche durch den Gleitbelag (15) beziehungsweise durch das andere Lagerteil (3) fließen, überwacht wird.
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