DLUGAI, Darius (Sonnenstraße 17, Schweinfurt, 97421, DE)
SCHÄFER, Marc-André (Oberer Weinbergsweg 46, Uechtelhausen, 97532, DE)
HEIM, Jens (St.-Florian-Straße 9, Bergrheinfeld, 97493, DE)
DLUGAI, Darius (Sonnenstraße 17, Schweinfurt, 97421, DE)
SCHÄFER, Marc-André (Oberer Weinbergsweg 46, Uechtelhausen, 97532, DE)
| Patentansprüche Messsystem zur Überwachung eines Wälzlagers, aufweisend: - ein erstes Messelement (1 1 , 30) zur Überwachung einer Messgröße an einer ersten Messstelle, wobei die erste Messstelle in der Nähe des Wälzraumes des Wälzlagers oder im Wälzraum des Wälzlagers angeordnet ist und mittels des ersten Messelements (1 1 , 30) vorwiegend Auswirkungen eines Wälzlagerbetriebes auf die Messgröße überwachbar sind, - eine Auswerteeinheit (31 ), die zur Auswertung eines ersten Signals des ersten Messelements (1 1 , 30) und eines zweiten Signals eines zweiten Messelements (10, 32) durch einen Vergleich der beiden Signale vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Messelement (10, 32) zur Überwachung der Messgröße an einer zweiten Messstelle in der Nähe des Wälzraumes des Wälzlagers o- der im Wälzraum des Wälzlagers vorgesehen ist, und beide Messelemente (10, 1 1 , 31 , 32) Auswirkungen einer Störquelle auf die Messgröße an den beiden Meßstellen überwachen, um die Störquelle zu identifizieren oder auszuschließen. Messsystem nach Anspruch 1 , wobei die erste und zweite Messstelle zwischen einem ersten (3) und einem zweiten Lagerteil (1 ) angeordnet sind, wobei die Lagerteile (13) jeweils wenigstens eine Walzkörperlaufbahn ausbilden. Messsystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Lagerteil (3) gegenüber dem zweiten Lagerteil (1 ) drehbar ist und wobei die erste Messstelle am ersten Lagerteil (3) und die zweite Messstelle am zweiten Lagerteil (1 ) angeordnet ist. Messsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Messstelle in der Nähe der Störquelle angeordnet ist. Messsystem nach Anspruch 4, wobei die Störquelle eine Bremsanordnung, eine Nabe oder ein Bestandteil des Antriebs ist. Messsystem nach Anspruch 1 , wobei die Messgröße eine Temperatur, ein Körperschall, eine Feuchtigkeit, eine Schmierstoffmenge, ein Schmierstoffzustand, eine Torsion, eine Dehnung oder ein Abstand zwischen Wälzlagerteilen ist. 7. Messsystem nach Anspruch 1 , wobei das Messsystem dazu vorgesehen ist, das erste und/oder zweite Signal drahtlos zur Auswerteeinheit (31 ) zu übertragen. 8. Messsystem nach Anspruch 1 , wobei das Messsystem als Sensor (39) ausgeführt ist und ein erstes (37) und zweites Messelement (38) aufweist. Dichtungsanordung, insbesondere eine Kassettendichtung, mit einem Messsystem nach Anspruch 1 , wobei der erste (1 1 , 30) und/oder der zweite Messelement (10, 32) in die Dichtungsanordnung des Wälzlagers integriert ist/sind. l O. Dichtungsanordung nach Anspruch 9, wobei das erste Messelement (1 1 ,30) oder das zweite Messelement (10, 32) am drehbaren Teil der Dichtungsanordnung und das jeweils andere Messelement (10,1 1 , 30, 32) am statischen Teil der Dichtungsanordnung fest ist. Wälzlager, insbesondere Radlager, mit einem Messsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 7 oder einer Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei Wälzkörper in gegenüberliegenden Laufbahnen relativ zueinander drehbarer Lagerteilen zum lasttragenden Abrollen vorgesehen sind. |
Messsystem für Wälzlager
Beschreibung Gebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft ein Messsystem zur Überwachung eines Wälzlagers, aufweisend ein erstes Messelement zur Überwachung einer Messgröße an einer ersten Messstelle, wobei die erste Messstelle in der Nähe des Wälzrau- mes des Wälzlagers oder im Wälzraum des Wälzlagers angeordnet ist und mittels des ersten Messelements vorwiegend Auswirkungen eines Wälzlager- betriebes auf die Messgröße überwachbar sind und eine Auswerteeinheit, die zur Auswertung eines ersten Signals des ersten Messelements und eines zweiten Signals eines zweiten Messelements durch einen Vergleich der beiden Signale vorgesehen ist. Stand der Technik
Hintergrund der Erfindung
Messsysteme für Wälzlager werden weitläufig für die Überwachung der Wälz- lager eingesetzt, indem Messgrößen wie z.B. Körperschall, Temperatur, Feuchtigkeit bzw. Dehnungs- und Belastungsessgrößen regelmäßig am Wälzlager gemessen und anschließend durch eine Auswerteeinheit ausgewertet werden. Derartige Messsysteme sind beispielsweise bei Wälzlagern in Windkraftanlagen, in Triebwerken oder auch Radlagern einsetzbar. In der Nähe des Lagerin- nenraumes, des weiteren auch Wälzraum genannt, wird ein Messelement angebracht, welches eine der genannten Messgrößen detektieren und an eine Auswerteeinheit weitergegeben kann. Dabei ist von besonderem Interesse das herannahende Lebensende des Wälzlagers zu erkennen. Beispielsweise ist es beim Flugzeugbau, aber auch beim Kraftfahrzeugbau unerlässlich ein verschleißbedingtes Versagen des Wälzlagers früh genug vorherzusagen, damit aus Sicherheitsgründen ein unter Um- ständen äußerst gefährliches Versagen des Wälzlagers beim Betrieb des selben vermieden werden kann.
Insbesondere bei so genannten Radabläufern bei Nutzkraftwagen können gefährliche Situationen entstehen, da die Wälzkörper in einem Radlager aufgrund einer stark erhöhten Reibung derart verschlissen worden sind, dass sich die beiden gegenüberliegenden Lagerringe voneinander entfernen konnten. Dadurch läuft das Rad des Nutzkraftwagens zusammen mit dem rotierbaren Teil des Radlagers ab und stellt im Verkehr eine extreme Gefährdung für Verkehrsteilnehmer dar. Ähnlich verhält es sich bei Wälzlagern eines Flugzeug- triebwerkes, oder auch bei einer Industrieanlage.
Aus DE 200 0 6 944 U1 ist eine Vorrichtung zur Meldung eines Reifenschadens an einem Fahrzeugrad bekannt, welche vier Fahrgeräusch aufnehmende Sensoren in der Nähe der Radlagerung aufweist, deren Signale von einem Sender innerhalb des Innenraumes des Luftreifens angeordnet sind. Die zentrale Auswerteeinrichtung weist einen Empfänger auf, der die Sensorsignale empfängt und der Auswertung zugeleitet. Die zentrale Auswerteeinrichtung kann durch den Vergleich der unterschiedlichen Sensorsignale erkennen, ob es sich bei einem detektierten Geräusch um ein Problem handelt, welches an einer der vier Radlagerungen angesiedelt ist, oder ob sich der Schall nur durch einen besonderen Fahrbahnbelag bei allen vier Sensoren hervorgerufen wurde. Damit kann erkannt werden, ob ein Problem an einer Radlagerung aufgetreten ist. Leider sind derartige Systeme für eine so genannte End-of-Life Detektion nicht einsetzbar, da sich die Wälzlager im gleichen Lebensstadium befinden, und somit den gleichen Abrieb, beziehungsweise gleichen Verschleiß aufweisen und ein Vergleich zwischen den Sensorsignalen somit keinen Schluss auf den Verschleiß der Wälzlager zulässt.
Aus US 5 959 365 A ist eine Warnvorrichtung bekannt, die es ebenfalls zulässt Radlagereinheiten eines Fahrzeuges separat zu überwachen und die Messwerte miteinander zu vergleichen, wobei das Meßsystem Temperatur oder Körperschall detektiert.
Des weiteren können die genannten Messsysteme nicht erkennen, ob deren jeweiliger Messwert eines Sensors dem Wälzlager zugeordnet werden kann, oder noch von anderen Baueinheiten beeinflusst wird. So ist es beispielsweise nicht möglich Störfrequenzen herauszufiltern, die gegebenenfalls vom Antrieb generiert werden (z.B. Motor, Antriebswelle oder ähnlichem), da diese Vibrationen meist bis in alle Radlagereinheiten, ob angetrieben oder nicht, vordrin- gen. Eine derartige Störquelle könnte mit den Messsystemen gemäß dem Stand der Technik nicht erkannt werden. Entsprechendes gilt bei Radlagereinheiten mit Bremsanordnung, die ebenfalls zu einer Temperaturerhöhung des Radlagers führen und somit den dort angeordneten Temperatursensor einen Messwerte detektieren lassen, der für die Radlagereinheit nicht repräsentativ ist, d.h. keine Rückschlüsse auf den derzeitigen Zustand der Radlagereinheit zulässt. Aus diesem Grund können übliche Messsysteme aufgrund dieser Störquellen nur mit großen Messfehlern betrieben werden.
Aufgabenstellung
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist daher ein Messsystem vorzuschlagen, welches verlässlich Störquellen ermitteln kann und gegebenenfalls Aussagen über das Lebensende eines Wälzlagers zulässt.
Die Aufgabe wird durch eine Radlagereinheit der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das zweite Messelement zur Überwachung der Messgröße an einer zweiten Messstelle in der Nähe des Wälzlagers vorgesehen ist, und beide Messelemente Auswirkungen einer Störquelle auf die Messgröße an den beiden Meßstellen überwachen, um die Störquelle zu identifizieren oder auszuschließen.
Erfindungsgemäß weist das Messsystem zur Überwachung eines Wälzlagers, insbesondere Radlagers, zwei Messelemente auf. Das erste Messelement befindet sich in der Nähe des Innenraums des Wälzlagers, des weiteren Wälzraum genannt. Der Wälzraum beinhaltet die Last tragende Wälzkörper und wird von einem oder mehreren Außen- und einem oder mehreren Innenringen begrenzt. Des Weiteren kann er auch von einer oder zwei Dichtungsanordnungen begrenzt werden, die das Wälzlager hauptsächlich in axialer Richtung abdichten. Unter einer Messstelle wird ein Ort verstanden, an welchem ein Messelement anbringbar ist, ohne eine Funktion des Wälzlagers zu beeinflussen. Dabei können lokal an einem Innenring, Außenring oder an einer Dichtungsanordnung Befestigungselemente vorgesehen sein, die das Messelement an der Messstelle halten. Eine Messstelle bezieht sich also im wesentlichen auf den Ort der Anordnung des Messelements, kann aber auch durch Befestigungsmittel gekennzeichnet sein.
Die erste Messstelle ist für das erste Messelement vorgesehen und wird dahingehend gewählt, dass die Messgröße des Innenraumes des Wälzlagers mög- liehst optimal messbar ist. Bei der Messgröße handelt es sich beispielsweise um eine Temperatur, ein Körperschall, eine Feuchtigkeit, eine Schmierstoffmenge, ein Schmierstoffzustand, eine Dehnung, eine Belastung, oder einen Abstand zwischen zwei, gegebenenfalls relativ zueinander drehbaren, Lagerteilen. Die Messelemente sind entsprechend der zu messenden Messgröße ausgeführt, so weist beispielsweise ein Temperaturmesselement einen temperaturabhängiges Widerstandselement auf, welches in einen Stromkreis angeordnet ist und dessen Spannung gemessen wird. Eine Dehnung oder eine Belastung kann durch einen Kraftmesselement detektiert werden, wie zum Bei- spiel durch so genannte Dehnungsmessstreifen (DMS). Für die anderen Messdaten gibt es entsprechende Messelemente bzw. Sensoren, die für die jeweilige Messgröße eingesetzt werden können. Mit dem ersten Messelement wird die Messgröße an einer ersten Messstelle in der Nähe des Wälzraumes über- wacht, wobei die erste Messstelle in der Nähe des Wälzraumes angeordnet ist. Damit sind vorwiegend Auswirkungen eines Wälzlagerbetriebes auf die Messgröße an der ersten Messstelle überwachbar.
Die Auswerteeinheit ist dazu vorgesehen das erste Signal des ersten Messelements und das zweite Signal des zweiten Messelements aufzunehmen und beide Signale miteinander zu vergleichen. Dies kann beispielsweise mittels einer oder mehrerer mathematischer Operationen geschehen, wobei ein Zwischen- oder Endergebnis im Vergleich mit Referenzdaten zu einer elektronischen Ausgabe oder einem akustischen Warnsignal oder einem vergleichbaren Signal führen können, falls die Auswertung der Auswerteeinheit ergeben hat, dass ein ernsthaftes Problem, wie z.B. das herannahende Lebensende des Wälzlagers, vorliegt. Durch die Auswertung der Auswerteeinheit können somit Störquellen ausgeschlossen bzw. eindeutig identifiziert werden, womit bereits Maßnahmen vor dem Ausfall des Wälzlagers eingeleitet werden können.
Erfindungsgemäß ist an einer zweiten Messstelle in der Nähe des Wälzraumes des Wälzlagers ein zweites Messelement zur Überwachung der Messgröße vorgesehen, um unterschiedlich intensive Auswirkungen einer Störquelle auf die Messgröße an den beiden Meßstellen zu überwachen. Beispielsweise kann unter einer Störquelle eine Bremsvorrichtung in Frage kommen, die in der Nähe eines Radlagers eine Wärmequelle aufgrund der Reibungserwärmung darstellt. Damit wird auch das Radlager aufgrund der meist sehr gut leitenden metallischen Bauteile des Wälzlagers aufgewärmt. Diese Wärmeenergie dringt bis in das Innere des Wälzlagers zum Wälzraum vor und wird auch von dem dorti- gen ersten Messelement detektiert. Da das zweite Messelement in der Nähe der Wärmequelle angeordnet ist, und deshalb vorwiegend die Auswirkungen der der Störquellen detektiert, kann aus der Kenntnis der Wärmeleitfähigkeit zwischen den beiden Messstellen eine Aussage getroffen werden, inwieweit der Messwert des ersten Messelements auf eine Erwärmung des Radlagers, beziehungsweise auf eine Erwärmung durch die Störquellen zurückgeht. Dabei ist durchaus möglich, dass beide Messelemente die Störquellen, als auch die Wärmequelle der Eigenerwärmung des Wälzlagers detektieren, jedoch ist eine Gewichtung der Messwerte aufgrund der unterschiedlichen Entfernung zur Störquelle erforderlich. Damit ist es möglich den so genannten Temperaturgradienten zwischen den beiden Messstellen zu messen und zu entscheiden, wie viel Wärmeenergie tatsächlich auf den Betrieb des Radlagers zurückzuführen ist und auch in welche Richtung die Wärme geleitet wird. Die Erfindung ist ent- sprechend nicht nur an Radlagern, sondern an jedem anderen Wälzlagertyp einsetzbar, bei dem eine Störquelle vorkommt. Maßgeblich ist, dass die Meßstellen der beiden Messelemente unterschiedliche Entfernungen von der Störquelle einnehmen, um einen aussagekräftigen Messwertunterschied hervorzurufen.
Eine Messgröße kann beispielsweise Köperschall sein. Dabei können Elemente eines Antriebs, wie z.B. eine Antriebswelle, ein Kreuzgelenk, ein Gleichlaufdrehgelenk oder der Motor eine Störquelle darstellen. Entsprechend andere Störquellen sind für die genannten Messgrößen ebenso bekannt. Handelt es sich bei der Messgröße um eine Feuchtigkeit, so könnte sich das zweite Messelement in einem ringförmigen Raum der Dichtungsanordnung befinden, der weniger intensiv abgedichtet ist, als der Wälzraum und somit eine Vorkammer darstellt. Es kann klar erkannt werden, wie viel Feuchtigkeit bereits durch die Dichtungsanordnung in das Innere des Wälzlagers vorgedrungen ist. Sind die gemessenen Feuchtigkeitsmesswerte sehr unterschiedlich, so kann davon ausgegangen werden, dass die Dichtungsanordnung weitgehend operabel ist. Haben Sie sich jedoch bis zu einem gewissen Grad angeglichen, so kann man daraus schließen, dass die Dichtungsanordnung nicht mehr dicht genug ist und ausgetauscht werden muss. Alternativ kann eine Voraussage durch die Aus- werteeinheit gemacht werden, wie lange das Wälzlager noch operabel sein wird. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist die erste und zweite Messstelle zwischen einem ersten und einem zweiten Lagerteil angeordnet sind, wobei die Lagerteile jeweils wenigstens eine Walzkörperlaufbahn ausbilden. Es ist auch möglich beide Messstellen innerhalb des Wälzraumes, oder die zweite Mess- stelle zumindest innerhalb der Dichtungsanordnung anzuordnen. Damit liegen beide Messstellen zwischen einem rotierenden Lagerteilen und einem feststehenden Lagerteil, wobei es sich hierbei um einen Außenring, einen Innenring oder einer Nabe handeln kann. Damit entsteht ein Wälzlager, welches Messstellen an den jeweils gegenüberliegenden Laufbahnen der Wälzkörper auf- weist und die in Bezug auf den Lagerbetrieb den gleichen Messwert detektie- ren. Dies liegt daran, dass die obere und untere Walzkörperlaufbahn im wesentlichen ähnlichen Betriebsbedingungen ausgesetzt sind, so dass am äußeren und inneren Lagerteil gleiche Messbedingungen herrschen. Im Falle der Messgröße Temperatur weichen die gemessenen Temperaturmesswerte der beiden Messelemente dann voneinander ab, wenn von radial außen oder von radial innen die Auswirkungen einer Störquelle auf eines der beiden Messelemente stärker wirkt als auf das andere. Daran ist vorteilhaft, dass eine Wälzlagereinheit mit zwei Messelementen vorgefertigt werden kann und dazu in der Lage ist zu erkennen, ob eine erhöhte Temperatur vom Inneren des Wälzla- gers oder von außerhalb desselben herrührt. Entsprechendes gilt für andere Messgrößen. Unabhängig von der Messgröße kann das erste Lagerteil gegenüber dem zweiten Lagerteil drehbar und die erste Messstelle am ersten Lagerteil und die zweite Messstelle am zweiten Lagerteil angeordnet sein. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist die zweite Messstelle in der Nähe der Störquelle angeordnet ist. Hierbei ist man nicht darauf beschränkt die Messstelle am Wälzlager vorzusehen, sondern kann die Messstelle auch in der Nähe der Störquellen selbst anordnen und mit der Auswerteeinheit per Kabel oder drahtlos verbinden. So ist es beispielsweise denkbar ein zweites Tempe- raturmesselement direkt auf eine Befestigung einer Bremsanordnung aufzubringen, oder ein Schallmesselement in die Nähe des Motors zu setzen oder andere Messelemente für andere Messgrößen in der Nähe der jeweiligen Störquelle zu befestigen. Vorteilhafterweise ist die Störquelle eine Bremsanordnung, eine Nabe, insbesondere Radnabe, oder ein Bestandteil des Antriebs. Zudem kann die Erfindung bei verschiedenen Wälzlagertypen eingesetzt werden, die in der Nähe von Störquellen angeordnet sind.
Vorteilhafterweise ist die Messgröße eine Temperatur, ein Körperschall, eine Feuchtigkeit, eine Schmierstoffmenge, ein Schmierstoffzustand, eine Torsion, eine Dehnung oder ein Abstand zwischen Wälzlagerteilen. Zudem ist es mög- lieh mehrere Messelemente unterschiedlichen Typs an einer Messstelle anzuordnen, so dass sowohl Temperaturwerte, Schallwerte etc. gleichzeitig messbar sind und auch der Auswerteeinheit zugeleitet werden, so dass mehrere Aussagen über das Wälzlager in Form einer Analyse getroffen werden können. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist das erste und/oder das zweite Messelement in eine Dichtungsanordnung, insbesondere eine Kassettendichtung, des Wälzlagers integriert. Damit ergibt sich eine leichte Installierbarkeit zusammen mit der Kassettendichtung, die in axialer Richtung auf ein drehbares und ein statisches Lagerteil aufgepresst wird. Die Installation der beiden Mess- elemente kann somit auf der vergleichsweise leicht zu formenden Dichtungsanordnung geschehen anstatt auf einem schwer zu fertigenden Innenring, Außenringen oder ähnlichem.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist das erste Messelement oder das zweite Messelement am drehbaren Teil der Dichtungsanordnung und das jeweils andere Messelement am statischen Teil der Dichtungsanordnung fest. Für das Messelement, das am drehbaren Lagerteil fest ist, lohnt sich oft eine drahtlose Verbindung zu Auswerteeinheit, die völlig drahtlos oder zumindest abschnittsweise drahtlos ausgeführt ist. Das Messelement auf dem feststehen- den Lagerteil lässt sich mit einem Kabel an die Auswerteeinheit anschließen. In Ausnahmefällen ist auch hier eine drahtlose Verbindung denkbar, wenn beispielsweise die Auswerteeinheit und der besagte Sensor auf unterschiedlichen Teilen befestigt sind, die sich während des Betriebes minimal gegeneinander verschieben können. Dies geschieht beispielsweise mit einem auf einem Achszapfen aufgesetzten Innenring, der sich gegenüber einer Auswerteeinheit auf dem Achszapfen verschieben kann. Folglich kann es vorteilhaft sein das Messsystem dazu vorzusehen, das erste und/oder zweite Signal drahtlos zur Auswerteeinheit zu übertragen. Zudem ergeben sich dadurch Vorteile bei der Installation, da Kabel in der Regel eine Fehlerquelle bei der Installation von Wälzlagern darstellen. Das erfindungsgemäße Messsystem ist zusammen mit Wälzlagern, insbesondere Radlagern, einsetzbar, wobei Wälzkörper in gegenüberliegenden Laufbahnen relativ zueinander drehbarer Lagerteile zum lasttragenden Abrollen vorgesehen sind. Jedoch ist es durchaus möglich, dass das zweite Messelement außerhalb des Wälzlagers angebracht wird, um eine Messgröße in der Nähe der Störquelle zu detektieren.
Grundsätzlich ist der Einsatz des erfindungsgemäßen Meßsystems in Wälzlagern mit Wälzkörpern möglich, die in gegenüberliegenden Laufbahnen relativ zueinander drehbarer Lagerteile zum lasttragenden Abrollen vorgesehen sind.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen und bevorzugte Weiterbildungen der Erfin dung sind der Figurenbeschreibung und/oder den Unteransprüchen zu ent nehmen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Aus führungsbeispielen näher beschrieben und erläutert.
Es zeigen Fig. 1 ein erstes, in ein Radlager integriertes Messsystem
Fig. 2 ein zweites, in ein Radlager mit einer Drehzahlmessanordnung integriertes Messsystem, und Fig. 3 ein drittes, nachrüstbares Meßsystem für ein Wälzlager.
Ausführungsbeispiel
Beschreibung der Zeichnungen
Fig. 1 zeigt ein erstes, in ein Radlager integriertes Messsystem.
Bei dem Radlager handelt es sich um ein Radlager für ein Nutzkraftfahrzeug mit einem Außenring 1 , einem Innenring 3 und unter Last abrollenden Wälzkörpern 2. Es handelt sich um ein zweireihiges Radlager, wobei nur die rechte Hälfte mit einer Wälzkörperreihe 2 in Schnittdarstellung abgebildet ist. Bei den Wälzkörpern 2 handelt es sich um Kegelrollen, die sich um eine Rotationsachse des Radlagers (nicht gezeigt) und ihre eigene Symmetrieachse 4 drehen.
Zwischen dem Außenring 1 und dem Innenring 3 ist eine Dichtungsanordnung eingepresst, die einen Träger 6 aufweist, der am drehbaren Außenring 1 fest ist und einen weiteren Ring 5 aufweist, der auf dem feststehenden Innenring 3 angeordnet ist.
Der ein erster Sensor wird durch das erste Messelement 1 1 gebildet, welches am Innenring 3 anliegt und mit einer Auswerteeinheit 13 verbunden ist. Zwi- sehen dem Messelement 1 1 und der Auswerteeinheit 13 ist der Ring 5 angeordnet, wobei die Verbindungen zwischen Messelement 1 1 und Auswerteeinheit 13 durch axiale Löcher bewerkstelligt wird. Eine ähnliche Verbindung besteht zwischen der Auswerteeinheit 13 und dem Empfänger 16, der zur drahtlosen Verbindung der Auswerteeinheit 13 mit dem aus dem zweiten Messele- ment 10 und dem Übertragungselement 12 gebildeten zweiten Sensor vorgesehen ist. Auch der zweite Sensor hat über das zweite Messelement 10 direkten Kontakt mit dem Außenring 1 , womit beispielsweise ein Messwert, wie zum Beispiel eine Temperatur oder einen Körperschall, messbar ist. Zusätzlich ist die drahtlose Verbindung zwischen dem Übertragungselement 12 und dem Empfänger 16 zur Detektion des Abstandes des Außenrings 1 zum Innenring 3 messbar. Ein derartiger Abstand ist relevant für die so genannte End-of-Life Detektion, da sich bei so genannten Radabläufern der Außenring 1 vom Innenring 3 weg bewegt, wobei die Wälzkörper 2 aufgrund der entstandenen Reibungswärme derart plastisch verformt werden, dass die Lagerringe nicht mehr formschlüssig über die Wälzkörper 2 miteinander verbunden sind.
Bei der drahtlosen Verbindung handelt es sich bei dem Übertragungselement 12 beispielsweise um eine Antenne, die gegebenenfalls wie ein Transponder ausgeführt oder mit einem Transponder verbunden ist und drahtlos über eine Radiofrequenz vom Empfänger 16 mit Energie versorgt werden kann, wobei diese Energie gleichzeitig für die Detektion durch das Messelement 10 verwendbar ist. Über die gleiche Frequenz wird dann auch das Signal das Messelementes 10 an den Empfänger 16 übertragen. Die Messelemente 10,1 1 können hierbei zum Messen einer Temperatur vorgesehen sein, wobei beide Messelemente das gleiche Signal liefern, wenn die Temperatur innerhalb des Wälzlagers allein durch den Betrieb desselben bestimmt ist (keine Störquelle vorhanden). Dies liegt daran, dass der Außenring 1 und der Innenring 3 gleichermaßen durch die abrollenden Wälzkörper 2 er- wärmt werden und somit die Innenfläche des Außenrings 1 beziehungsweise die Außenfläche des Innenrings 3 in der Regel die gleiche Temperatur aufweisen. Dies ändert sich dann, wenn beispielsweise von einer am Außenring 1 befestigten Bremsscheibe (Störquelle) Wärme in das Wälzlager eintritt, die durch den Außenring 1 geleitet wurde. Dieser Wärmefluss ist insbesondere durch das Messelement 10, aber auch in geringerem Umfang durch das Messelement 1 1 messbar. Dieser Temperaturgradient zwischen den beiden Lagerringflächen wird durch das Messsystem detektiert und durch die Auswerteeinheit 13 ermittelt, indem die beiden Signale verglichen werden. Gegebenenfalls sind in der Ausgabeeinheit 13 Referenzdaten in einem Speichermedium abgespeichert, so dass erkennbar ist, wie heiß die Bremsscheibe in Abhängigkeit des gemessenen Temperaturgradienten ist. Die Referenzdaten sind in Kenntnis der Leitfähigkeit und des Abstandes zwischen der Bremsscheibe und dem Messelement 10 vor der Inbetriebnahme des abgebildeten Radlagers in Form von Eichmessungen ermittelt worden.
Es sei angemerkt, dass das elastische Teil 7 eine radiale Dichtlippe ausbildet, die an einem zylindrischen Teil des Ringes 5 dichtend anliegt und eine deutlich geringere Leitfähigkeit besitzt, als das Metall oder die Metalle, die zur Fertigung der Wälzkörper 2 und der Lagerringe 1 ,3 verwendet worden ist/sind.
Die Auswerteeinheit 13 weist ein Kabel 14 auf, an dessen Ende ein Stecker 15 befestigt ist, die es erlaubt die Auswerteeinheit 14 mit der Elektronik eines Lastkraftwagens zu verbinden. Über dieses Kabel 14 kann ein Warnsignal geleitet werden, welches eine zu heiße Bremsanordnung melden kann, aber auch ein insgesamt zu heiß gelaufenes Wälzlager. Ein Warnsignal kann von der Auswerteeinheit 13 selbst kreiert werden, oder von einem Element der Fahrzeugelektronik, wie beispielsweise einem Bordcomputer.
Das gezeigte Ausführungsbeispiel ist nicht auf eine Anordnung in einem Radlager beschränkt, sondern ist in einer Vielzahl von Wälzlagern einsetzbar, die zwischen Innen- (3) und Außenring 1 mit einer Dichtungsanordung, insbesondere mit einer Kassettendichtung abzudichten sind. Vorteilhafterweise kann diese Kassettendichtung, die das gesamte Messsystem aufweist, zusammen mit diesem in das Wälzlager eingepresst werden.
Die Messelemente 10,1 1 können auch als Schallsensoren ausgeführt sein, womit eine Störquelle, die radial außen, beziehungsweise radial innen, in Be- zug auf die Rotationsachse des Lagers liegt, als solche erkannt werden kann und deren unterschiedliche Auswirkungen auf die Messelemente 10,1 1 erfassbar sind. Beginnt beispielsweise die Temperatur an der Messstelle des Messelementes 10 zu steigen, ist damit zu rechnen, dass auch die Temperatur während der Messstelle des Messelements 1 1 in Abhängigkeit davon ansteigen wird. Wie schnell dies geschieht kann anhand eines physikalischen Modells unter Sig- nalverlaufes an den Messstellen ermittelt werden. Dieses Modell kann anhand des Wälzlager Aufbaus ermittelt werden, indem die Leitfähigkeit in der einzelnen Lagerbestandteile berücksichtigt werden. Damit kann stets zuverlässig eine Aussage über die Temperatur im Inneren des Wälzlagers, das heißt in der Nähe des Wälzkontakts, gewährleistet werden.
Idealerweise sind das Messelement 10 und das Messelement 1 1 dazu vorgesehen sowohl Temperatur als auch Schall zu detektieren. Damit können verschiedene Arten von Störquellen gleichzeitig erkannt, beziehungsweise deren Auswirkungen analysiert werden.
Sind die Messelemente dazu vorgesehen Schall zu detektieren, so kann leicht unterschieden werden, ob das LKW Radlager defekt ist, oder ob der Körperschall vom Reifen-Straße Kontakt herrührt, beziehungsweise von angetriebenen Achsen vom Getriebe oder von defekten Achsgelenken stammt.
Fig. 2 zeigt ein zweites, in eine Drehzahlmessanordnung integriertes Messsystem.
Die Drehzahlmessanordnung besteht aus einem am drehbaren Außenring 25 befestigten Encoderring 20, der einen signalgebenden Bereich 24 aufweist. Der signalgebende Bereich 24 ist axial gegenüber einem Messelement 33 angeordnet, welches alternierende Nord- und Südpole des signalgebenden Bereichs 24 detektieren kann. Das Messelement 33 ist in einem Sensor 34 angeordnet, der ferner zur erfindungsgemäßen Detektion eines Temperaturgradien- ten vorgesehen ist.
Dazu weist der Sensor 34 eine Auswerteeinheit 31 auf, die mit einem Messelement 30 über ein Empfangselement 35 und auch über ein Kabel mit einem zweiten Messelement 32 verbunden ist. Die Messelemente 30, 32 sind zur Messung der Temperatur an ihren jeweiligen Messstellen vorgesehen. Die Messstelle des Messelements 30 befindet sich in einem Ring 22 einer Dichtungsanordnung, die noch einen Dichtungsring 21 mit einem elastischen Teil 23 aufweist. Damit befindet sich das Messelement 30 in einem ringförmigen Dichtungsraum zwischen einer radialen Dichtlippe und einer axialen Dichtlippe. Vorteilhafterweise wird das Messelement 30 dadurch geschützt, liegt aber dennoch nah genug am Empfangselement 35, wobei während des Wälzlagerbetriebes Temperaturdaten zwischen dem Messelement 30 und dem Empfangs- element 35 drahtlos übertragen werden.
Somit wird der Sensor 34 für das drahtlose Aufnehmen von Wälzlagerdaten verwendet, wobei die Temperaturdaten bereits in der Auswerteeinheit 31 ausgewertet werden.
Die Messstelle 32 befindet sich in der Nähe eines Bremssattels und nimmt die Temperatur der Störquelle„Bremsanordnung" auf. Der so gewonnene Temperaturwert, wird mit dem Temperaturwert der Messstelle 30 verglichen, so dass erkennbar ist, ob die Wärme hauptsächlich vom Wälzlager oder von der Bremsanordnung generiert wird.
Vorteilhafterweise ist das erfindungsgemäße Messsystem mit einer bekannten Drehzahlanordnung kombinierbar, wobei keine zusätzlichen Installationsschritte für den Automobilhersteller notwendig sind. Die Dichtungsanordnung wird beispielsweise als Kassettendichtung geliefert und enthält bereits das Messelement 30. Entsprechendes gilt für den Sensor 34, der in der gleichen Weise installiert werden kann.
Fig. 3 zeigt ein nachrüstbares Meßsystem für ein Wälzlager 36, welches kom- plett in einen Sensor 39 integriert ist. Das Messelement 37 liegt näher am Wälzlager 36 und auch näher an dessen Wälzraum als das Messelement 38. Bei adäquater Kopplung den Sensors 39 an das Wälzlager 36 wird die Wirkung auf das Messelement 38 stets kleiner sein als auf das Messelement 37. Andere Schallquellen, wie z.B. der Motor oder der Reifen-Straße Kontakt wirken auf die Messelemente 37, 38 gleichmäßig ein, sodass eine Beschädigung des Wälzlagers 36 von anderen störenden Schallquellenquellen unterscheidbar ist. Entsprechendes gilt bei anderen Störquellen, wie z.B. einer Tempera- tur.
Vorteilhaft ist, dass das in den Sensor 39 integrierte Messsystem leicht durch nachträglichen Einbau nachgerüstet werden kann. Dazu kann eine Auswerteeinheit im Sensor vorgesehen sein. Alternativ kann der Sensor 39 mit einer Auswerteeinheit per Kabel 40 verbunden werden.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung ein Messsystem für ein Wälzlager, insbesondere Radlager, welches zwei Sensoren aufweist, die es ermöglichen den Einfluss einer Störquelle bei der Ermittlung eines Messwertes für das Wälzlagerinnere zu erkennen und ein störungsfreies Messsignal zu generieren, welches Aussagen über den Betriebszustand des Wälzlagers oder dessen Lebensdauer zulässt. Dies wird dadurch erreicht, dass bei einer Wälzlagereinheit der genannten Art beide Sensoren dazu vorgesehen sind unterschiedlich intensive Auswirkungen einer Störquelle auf die Messgröße an den beiden Meßstellen, auch Temperaturgradienten genannt, zu überwachen bzw. die Störquelle zu identifizieren oder auszuschließen. Die Erfindung kann bei Radlager und Getriebelager in Fahrzeugen aller Art, insbesondere bei Nutzfahrzeugen und Trailern eingesetzt werden. Denkbar ist auch der Einsatz bei Windkraftanlagen oder anderen Industrieanlagen mit hohen Stillstandskosten und großem Überwachungsbedarf. Bezugszeichenliste
Außenring 36 Wälzlager
Wälzkörper 37 Messelement
Innenring 38 Messelement
Rotationsachse 39 Sensor
Ring 40 Kabel
Dichtungsring
Radiale Dichtlippe
Messelement
Messelement
Übertragungselement
Auswerteeinheit
Kabel
Stecker
Empfänger
Signalgeber
Dichtungsring
Ring
Elastisches Teil
Signalgebender Bereich
Außenring
Messelement
Auswerteeinheit
Messelement
Messelement
Sensor
Empfangselement