Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bestimmen einer Viskosität eines Schmierstoffs in einem Lager, auf eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens, und insbesondere auf ein Verfahren zur Messung einer Schmierstoffviskosität im Betrieb von Wälz- und Gleitlagern.

HINTERGRUND

Mechanische Lager zeichnen sich durch zwei oder mehr gegeneinander bewegliche Bauteile aus. Dabei kommt in der Regel ein Schmierstoff, etwa ein Öl oder Fett, zwischen den Bauteilen zum Einsatz. Der Schmierstoff verhindert insbesondere Reibung und Verschleiß der Bauteile bei einem Betrieb des Lagers. Dazu ist eine vorteilhafte Ausbildung eines Schmierfilms, und insbesondere eine Dicke des Schmierstoffs bzw. des Schmierfilms von Bedeutung. Eine wichtige Eigenschaft des Schmierstoffs ist dabei seine Viskosität, die ein Maß für eine Zähflüssigkeit des Schmierstoffs darstellt. Im Verlauf eines Betriebs des Lagers unterliegt der Schmierstoff in der Regel einer Veränderung seiner Viskosität.

Zur Bestimmung der Dicke des Schmierstoffs sowie einiger anderer für den Betrieb des Lagers wichtiger Eigenschaften sind eine Reihe von Verfahren bekannt. Ein Beispiel aus der Patentliteratur liefert dazu etwa das Dokument JP2001311427A, das durch Messung einer Schmierfilmdicke und Vergleich mit zuvor aufgenommenen Daten eine Qualität des Schmiermittels und daraus eine Lebensdauer des Lagers abschätzt. Hingegen erweist sich eine Bestimmung der Viskosität eines sich bereits im Lager befindlichen Schmierstoffs in der Praxis als aufwendig. Zu einer genauen Bestimmung der Viskosität ist in der Regel eine Entnahme des Schmierstoffs und dessen Analyse in einem Labor notwendig. Alternativ kann die Viskosität beispielsweise aus dem Lagerverhalten geschätzt oder auch aus theoretischen Überlegungen vorausberechnet werden. Diese Alternativen können allerdings nur ein ungenaues Ergebnis liefern, da in der Regel eine Vielzahl von Faktoren und Mechanismen, welche die Veränderung des Schmierstoffs beeinflussen oder beeinflussen können, unbekannt sind.

Es besteht somit ein Bedarf nach Verfahren, die Viskosität eines Schmierstoffs in einem Lager, insbesondere in einem Gleit- oder Wälzlager, zu bestimmen, ohne den Schmierstoff aus dem Lager entfernen zu müssen.

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Dieses Ziel wird zumindest teilweise durch ein Verfahren nach Anspruch 1, ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 7 und eine Vorrichtung nach Anspruch 8 erreicht. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf vorteilhafte Weiterbildungen der Gegenstände der nebengeordneten Ansprüche.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bestimmen einer Viskosität eines beispielsweise Öl oder Fett enthaltenden Schmierstoffs in einem Lager mit zwei Bauteilen, die ausgebildet sind, um gegeneinander (d.h. relativ zueinander) eine Bewegung auszuführen, wobei die Bauteile bei der Ausführung der Bewegung durch den Schmierstoff geschmiert werden bzw. sind.

Das Verfahren umfasst zunächst ein Ermitteln einer Übergangsgeschwindigkeit für die Bewegung der Bauteile, bei welcher ein Ausklinkpunkt und somit ein Übergang zwischen einer Mischreibung und einer Flüssigkeitsreibung vorliegt. Aus der Fachliteratur ist bekannt, dass Reibung zwischen den durch den Schmierstoff geschmierten Bauteilen von der relativen Geschwindigkeit zwischen den Bauteilen abhängt. Die Reibung kann dazu durch einen Reibungskoeffizienten beschrieben werden, für den sich im geschmierten Lager eine Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Bauteile gegeneinander ergibt, die auch als Stribeck- Kurve bezeichnet wird. Die Stribeck- Kurve zeigt einen zunächst mit wachsender Geschwindigkeit flachen und dann monoton abfallenden Verlauf des Reibungskoeffizienten, der schließlich nach einem Passieren eines Minimalwerts wieder ansteigt. In dieser Unterteilung der Stribeck- Kurve entspricht der flache Bereich einer Grenzreibung bzw. -Schmierung, der sich daran anschließende abfallende Bereich der bereits erwähnten Mischreibung bzw. Teilschmierung (Mischung aus Grenzreibung und hydrodynamischer Reibung), und der nach dem Minimum ansteigende Bereich der ebenfalls bereits erwähnten Flüs- sigkeits- oder hydrodynamischen Reibung bzw. Filmreibung. Der Übergang von Misch- zu Flüssigkeitsreibung, markiert durch das Minimum des Reibungskoeffizienten, wird als Ausklinkpunkt bezeichnet. Dem Ausklinkpunkt entspricht somit eine bestimmte, hier als Übergangsgeschwindigkeit bezeichnete Relativgeschwindigkeit der Bauteile. In Ausführungsformen des Verfahrens wird der Minimalwert des Reibungskoeffizienten, und somit Ausklinkpunkt und Übergangsgeschwindigkeit, durch Inspektion eines Reibungsverlaufs während einer kontrollierten Beschleunigung der Bauteile gegeneinander bestimmt.

Ein weiterer Schritt des Verfahrens umfasst ein Bestimmen einer Viskosität des Schmierstoffs, basierend auf der ermittelten Übergangsgeschwindigkeit. Aus theoretischen Überlegungen lässt sich am Ausklinkpunkt ein Zusammenhang zwischen der Viskosität und der Übergangsgeschwindigkeit herstellen, in welchen zur Bestimmung der Viskosität darüber hinaus lediglich weitere Materialkonstanten des Schmierstoffs und der Bauteile, eine Last des vorliegenden Lagers, eine Temperatur sowie geometrische Größen des Lagers eingehen. Diese Größen können bereits durch Umstände einer Verfahrensdurchführung, insbesondere auch als tabellierte Eigenschaften, bekannt sein; ihre Bestimmung ist in diesem Sinne nicht notwendigerweise Gegenstand des Verfahrens. Der Zusammenhang zwischen der Viskosität und der Geschwindigkeit der Bauteile basiert zudem auf der theoretischen Grundlage, dass eine Dicke des Schmierstoffs (Schmierfilmdicke) zwischen den Bauteilen am Ausklinkpunkt, also bei Übergangsgeschwindigkeit, durch Rauheitskoeffizienten der Bauteile festgelegt ist. In der Fachliteratur wird der Ausklinkpunkt über diesen Zusammenhang zwischen der Dicke des Schmierstoffs und jeweils eines Rauheitskoeffizienten der beiden Bauteile definiert. Bei Rauheitskoeffizienten handelt es sich um in der Regel tabellierte Materialkonstanten der Bauteile. Sind sie bekannt, ist somit die Dicke des Schmierstoffs am Ausklinkpunkt für das vorliegende Lager bestimmt.

Optional umfasst das Ermitteln der Übergangsgeschwindigkeit weiter ein Messen eines elektrischen Widerstands durch das Lager, wobei das Ermitteln der Übergangsgeschwindigkeit bzw. des Ausklinkpunkts basierend auf dem elektrischen Widerstand durchgeführt wird. Der elektrische Widerstand kann insbesondere eine Impedanz sein. Vorteilhafterweise sind dazu die Bauteile im Ver- gleich zum Schmierstoff elektrisch gut leitend. Für das Messen des elektrischen Widerstands durch das Lager sind verschiedene Vorrichtungen im Stand der Technik bekannt. Insbesondere kann dazu ein Strom durch das Lager geleitet werden. Der elektrische Widerstand durch das Lager kann insbesondere indirekt, etwa durch einen Spannungsabfall über einen Referenzwiderstand, gemessen werden. In Ausführungsformen des Verfahrens kann dies beispielsweise mit Hilfe einer im Stand der Technik bekannten Abtastvorrichtung und eines damit verbundenen Oszilloskops erfolgen.

Vorteilhafterweise wird der elektrische Widerstand gemessen, während die Bauteile gegeneinander beschleunigt werden, so dass die Bauteile sukzessive ein Intervall von Geschwindigkeiten durchlaufen, welches die Übergangsgeschwindigkeit einschließt. Der elektrische Widerstand ist abhängig vom Reibungszustand der geschmierten Bauteile, der von der Geschwindigkeit der Bauteile gegeneinander mitbestimmt ist. Insbesondere kann der elektrische Widerstand im Bereich der Mischreibung zwischen einem bei gegenseitiger Berührung der Bauteile auftretenden Minimalwert und einem durch einen Film des dielektrischen Schmierstoffs zwischen den Bauteilen bewirkten Maximalwert oszillieren, mit einem von der Geschwindigkeit der Bauteile abhängigen Wechsel. Mit zunehmender Geschwindigkeit entwickelt sich ab dem Ausklinkpunkt durch den Schmierstoff eine stabile Isolation zwischen den Bauteilen, und der elektrische Widerstand steigt mit zunehmender Geschwindigkeit an. Bei der Beschleunigung der Bauteile sind eine Temperatur im Lager und eine Last auf den Bauteilen bzw. dem Lager vorteilhafterweise konstant zu halten.

Ferner kann das Ermitteln der Übergangsgeschwindigkeit, alternativ oder zusätzlich zu dem Messen des elektrischen Widerstands durch das Lager, ein Bestimmen einer prozentualen Kontaktzeit (Percentage of Contact Time, PCT) der beiden Bauteile umfassen. Im Bereich der Mischreibung berühren sich die Bauteile während der Bewegung über Rauheitsspitzen, also Unebenheiten ihrer jeweiligen Oberflächen. Ein Grad der Berührung wird durch die prozentuale Kontaktzeit angegeben. Die prozentuale Kontaktzeit basiert auf einem Verhältnis zwischen einer Zeit, zu der sich die Bauteile bei fester Geschwindigkeit über Unebenheiten ihrer Oberfläche berühren, und einer Zeit, in welcher die Bauteile getrennt laufen. In einem idealen Modell fällt die prozentuale Kontaktzeit im Bereich der Mischreibung zum Ausklinkpunkt auf o% ab. Zur Bestimmung des Ausklinkpunkts kann ein Schwellwert für die sich aus der Messung prozentualen Kontaktzeit, beispielsweise io%, festgelegt werden, bei dessen Unterschreiten der Ausklinkpunkt in für die Ausführungsform des Verfahrens hinreichend guter Näherung erreicht ist. Der Schwellwert kann je nach Anforderung an eine Genauigkeit des Verfahrensergebnisses angepasst werden.

In Ausführungsformen des Verfahrens, in denen das Ermitteln der Übergangsgeschwindigkeit das Messen eines elektrischen Widerstands durch das Lager umfasst, kann für Geschwindigkeiten, bei denen Mischreibung vorliegt, der elektrische Widerstand zwischen einem der Grenzreibung entsprechenden und einem der hydrodynamischen Reibung entsprechenden Wert oszillieren. Die prozentuale Kontaktzeit kann dann auf einem Verhältnis zweier jeweils einem der Werte entsprechenden zeitlichen Anteile basieren.

Optional basiert das Messen des elektrischen Widerstands auf einer berührenden, resistiven Kontaktierung eines der Bauteile. Die Kontaktierung insbesondere eines gegenüber einer Messvorrichtung bewegten Bauteils, wie etwa einer Welle in einem Drehlager, kann dabei beispielsweise über einen Schleif- oder auch einen Quecksilberkontakt geschehen. Alternativ oder zusätzlich kann das Messen des Verlaufs des elektrischen Widerstands auch auf einem kontaktlosen, kapazitiven Koppeln an eines der Bauteile basieren. Insbesondere für ein gegen die Messvorrichtung bewegtes Bauteil ist diese Form der Kontaktierung vorteilhaft, da im Unterschied zur resistiven Kontaktierung Fehlerquellen wie etwa eine Thermospannung, ein Kontaktrauschen, mechanische Reibung oder eine temperaturabhängige Drift des elektrischen Widerstands entfallen können. Alternativ oder zusätzlich kann das Messen des Verlaufs des elektrischen Widerstands zudem auch auf einer telemetrischen Signalübertragung basieren. Eine telemetrische Signalübertragung kann insbesondere bei langsam rotierenden Drehlagern vorteilhaft sein.

Optional umfasst das Verfahren weiter ein Messen einer Temperatur im oder am Lager, und/ oder ein Messen einer Last, die auf das Lager einwirkt. Diese beiden Größen sind zur Bestimmung der Viskosität in der Regel wichtig. Für eine Ermittlung dieser Größen sind im Stand der Technik jeweils Verfahren bekannt. Insbesondere kann die Last des Lagers beispielsweise vor oder während dem Ermitteln der Übergangsgeschwindigkeit durch ein Bewegen der Bauteile gegeneinander bei gleichzeitigem Übertragen eines Stromsignals und Ermitteln eines elektrischen Widerstands bzw. einer Impedanz festgestellt werden. Eine Messung kann aber auch aufgrund äußerer Umstände wie beispielsweise einer kontrollierten Atmosphäre oder einer etwa einem Wartungsstandard folgenden Lagerlast, durch welche die Größen bereits bekannt sind und somit zur Bestimmung der Viskosität verwendet werden können, entfallen.

Optional wird das Bestimmen der Viskosität parameterabhängig auf einem oder mehreren der folgenden Parameter basierend ausgeführt: einem Rauwert der Bauteile, einer relativen Geschwindigkeit, zumindest einer Schmierstoffeigenschaft, und/oder zumindest einer Lagereigenschaft. Bei der Lagereingenschaft kann es sich insbesondere um eine geometrische Eigenschaft handeln.

Optional ist das Lager ein Drehlager und eines der Bauteile eine Welle. Bei dem Drehlager kann es sich beispielsweise um ein Radiallager, aber auch um ein Axiallager handeln. Für ein Drehlager kann die Geschwindigkeit der Bewegung der Bauteile als eine Drehzahl angegeben sein.

Optional ist das Lager ein Wälzlager oder ein Gleitlager.

Ausführungsformen des vorgestellten Verfahrens beziehen sich auch auf ein Computerprogrammprodukt mit darauf gespeichertem Softwarecode, welches bei Ausführung des Softwarecodes durch eine datenverarbeitende Maschine dazu vorgesehen ist, dass ein Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche durchgeführt wird.

Zudem bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Viskosität eines Schmierstoffs in einem Lager mit zwei Bauteilen, die ausgebildet sind, umeine relative Bewegung auszuführen, wobei die Bauteile zur Ausführung der Bewegung durch den Schmierstoff geschmiert werden. Die Vorrichtung umfasst ein Ermittlungsmodul, das ausgebildet ist, um eine Übergangsgeschwindigkeit der Bewegung der Bauteile, bei welcher ein Ausklinkpunkt und somit ein Übergang zwischen einer Mischreibung und einer Flüssigkeitsrei- bung vorliegt, zu ermitteln. Weiter umfasst die Vorrichtung ein Identifikationsmodul, das ausgebildet ist, um eine Dicke des Schmierstoffs zwischen den Bauteilen bei Übergangsgeschwindigkeit zu identifizieren. Zudem umfasst die Vorrichtung ein Verarbeitungsmodul, das ausgebildet ist, um basierend auf der Übergangsgeschwindigkeit und der Dicke des Schmierstoffs die Viskosität des Schmierstoffs zu bestimmen. Das Verarbeitungsmodul kann insbesondere ein Computerprogrammprodukt zu einer automatischen Durchführung des Verfahrens enthalten.

Optional umfasst das Ermittlungsmodul ein Geschwindigkeitsmessmodul, das ausgebildet ist, um eine Geschwindigkeit der Bewegung der Bauteile zu messen. Bei einem Drehlager kann dies etwa ein Gerät zur Erfassung der Drehzahl sein; die Vorrichtung kann jedoch auch lediglich zu einer manuellen Eingabe der anderweitig bestimmten (etwa am Lager abgelesenen) Drehzahl ausgebildet sein. Weiter umfasst das Ermittlungsmodul dann ein Widerstandsmessmodul, das ausgebildet ist, um eine erste elektrische Verbindung zu einem ersten der beiden Bauteile sowie eine zweite elektrische Verbindung zu einem zweiten der beiden Bauteile herzustellen, über die erste elektrische Verbindung und die zweiten elektrischen Verbindung einen Strom zwischen dem ersten Bauelement und dem zweiten Bauelement zu erzeugen und einen elektrischen Widerstand zu messen. Insbesondere kann das Widerstandsmessmodul ausgebildet sein, um den elektrischen Widerstand über einen Abfall einer Spannung über das Lager oder über einen geeignet geschalteten Referenzwiderstand zu messen. Zudem umfasst das Ermittlungsmodul dann ein Auswertemodul, das ausgebildet ist, um die Geschwindigkeit und den elektrischen Widerstand zu empfangen und daraus die Übergangsgeschwindigkeit zu ermitteln.

Zusammenfassend dient das vorliegende Verfahren einer Messung der Schmierstoffviskosität im Betrieb von Wälz- und Gleitlagern, wie sie bisher nur per Ölanalyse im Labor möglich ist. Die Messung des elektrischen Widerstands von Wälzlagern ist abhängig vom Reibungszustand. Bei Grenz- oder Mischreibung berühren sich Rauheitsspitzen, und der elektrische Widerstand ist sehr klein. Sobald hydrodynamische Reibung vorliegt, steigt der Widerstand sehr stark an. Dieser Wechsel wird Ausklinkpunkt genannt. Bei konstanten Betriebsbedingungen von Last und Temperatur kann bei einem Hochlauf einer Drehzahl des La- gers von o bis zu einer Betriebsdrehzahl der elektrische Widerstand parallel gemessen werden. Bei der Drehzahl, an welcher der elektrische Widerstand plötzlich stark steigt, ist der Ausklinkpunkt erreicht. Der Ausklinkpunkt wird definiert als der Punkt, an dem die Schmierfilmdicke der Wurzel aus der Summe der Quadrate der Rauheit entspricht. Somit ist an diesem Punkt die Schmierfilmdicke bekannt. Die Berechnung der Schmierfilmdicke hängt neben der bekannten Geometrie, Drehzahl Temperatur und Last somit nur noch von der Unbekannten Schmierstoffviskosität ab. Somit kann die Viskosität des Schmierstoffs über dieses Verfahren als einzige Unbekannte in der Gleichung zur Berechnung der Schmierfilmdicke bestimmt werden. Neu ist dabei insbesondere die Nutzung des Ausklinkpunkt als festem Referenzpunkt für die Schmierfilmdicke.

Da eine konventionelle Analyse im Labor insbesondere aufgrund des Personalaufwands unwirtschaftlich ist, wird bisher bei Lagern nur selten eine regelmäßige Messung der Viskosität durchgeführt. Die bisherigen Rechnungen oder Abschätzungen sind meist ungenau, da oft viele Einflussfaktoren unbekannt sind. Das vorgestellte Verfahren bietet den Vorteil, dass die Viskosität des Schmierstoffs im laufenden Betrieb des Lagers gemessen werden kann und nicht mehr zeit- und kostenaufwändig im Labor durchgeführt werden muss.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN

Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen der unterschiedlichen Ausführungsbeispiele, die jedoch nicht so verstanden werden sollten, dass sie die Offenbarung auf die spezifischen Ausführungsformen einschränken, sondern lediglich der Erklärung und dem Verständnis dienen.

Fig. i illustriert Schritte eines Ausführungsbeispiels für ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 zeigt einen Zusammenhang zwischen Schmierfilmdicke und Reibung zwischen zwei gegeneinander beweglichen Bauteilen eines Lagers. Fig. 3 zeigt einen Ersatzschaltkreis für ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Fig. 4 zeigt Messkurven einer Spannung über einen zum Lager seriell geschalteten Widerstand, während die Bauteile des Lagers eine beschleunigte Bewegung ausführen.

Fig. 5 illustriert für verschiedene Schmierstoffe eine prozentuale Kontaktzeit in Abhängigkeit von einer durch eine Drehzahl beschriebene Geschwindigkeit zwischen den Bauteilen.

Fig. 6 illustriert nach einem Ausführungsbeispiel des vorliegenden Verfahrens gemessene Viskositäten von Schmierstoffen im Vergleich zu tabellierten Werten, und eine nur durch das Verfahren bestimmte Veränderung einer Viskosität durch eine Alterung des Schmierstoffs.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

Fig. 1 illustriert Schritte eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren dient einem Bestimmen einer Viskosität eines Schmierstoffs in einem Lager. Das Lager umfasst zwei Bauteile, die ausgebildet sind, um gegeneinander eine Bewegung auszuführen, wobei die Bauteile bei der Bewegung durch den Schmierstoff geschmiert sind.

Ein erster Schritt des Verfahrens umfasst ein Ermitteln Sno einer Übergangsgeschwindigkeit für die Bewegung der Bauteile, bei welcher ein Ausklinkpunkt und somit ein Übergang zwischen einer Mischreibung und einer Flüssigkeitsreibung vorliegt. In einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens weisen die Bauteile metallisches Material auf, und das Ermitteln Sno umfasst ein Messen eines elektrischen Widerstands durch das Lager. Der elektrische Widerstand durch das Lager hängt dabei insbesondere von einem Zustand des Schmierstoffs zwischen den Bauteilen ab. Unterschiedliche Geschwindigkeiten der Bewegung der Bauteile bedingen unterschiedliche Zustände des Schmierstoffs. Das Messen des elektrischen Widerstands, beispielsweise während einer gleichmäßig ansteigenden Geschwindigkeit, erlaubt daher ein Rückschließen auf den Ausklinkpunkt. Dieser tritt bei der Übergangsgeschwindigkeit auf und ist durch ein Ansteigen des elektrischen Widerstands für höhere Geschwindigkeiten als die Übergangsgeschwindigkeit bestimmbar.

Das Verfahren umfasst zudem ein Bestimmen S120 der Viskosität des Schmier- Stoffs aus der Übergangsgeschwindigkeit und der Dicke des Schmierstoffs. Das

Bestimmen S120 verlangt eine Kenntnis einer Temperatur im Lager und einer Last auf die Bauteile, welche auch als Teil des Verfahrens bestimmt werden können. Für ein Wälzlager, in welchem eines der Bauteile ein Wälzkörper und das andere der Bauteile eine Laufbahn ist, gilt am Ausklinkpunkt der Zusammen- hang

Die hierbei auftretenden Konstanten sind der folgenden Tabelle zu entnehmen:

Für Größen nach Chu und Cameron vgl. zusammenfassend etwa K. Witt, Technische Hogeschool Eindhoven, 1974, https://doi.org/1o.61oo/IR161o8 ; S. 84 f.

Fig. 2 zeigt einen Zusammenhang 10 zwischen einer spezifischen Schmierfilmdicke A und einer Reibung zwischen zwei gegeneinander beweglichen Bauteilen 121, 122 eines Lagers. Der Zusammenhang 10 stellt eine theoretische Grundlage der Formel (1) in der Beschreibung der Figur 1 dar. Die spezifische Schmierfilmdicke A ist ein dimensionsloses Maß für die Dicke des Schmierstoffs, h, und mit letzterer verbunden durch die Beziehung

Hierbei ist R _{q l} ein Mittenrauwert einer Oberfläche des ersten Bauteils 121, und R _{a 2} ist ein Mittenrauwert einer Oberfläche des zweiten Bauteils 122. Der Zu- sammenhang 10 zwischen der spezifischen Schmierfilmdicke A und der Reibung weist drei Bereiche auf, die jeweils einem der Fälle Grenz-, Misch- und Flüssigkeitsreibung entsprechen. An der Grenze der Bereiche zwischen Mischreibung und Flüssigkeitsreibung liegt der Ausklinkpunkt. Größere Werte der spezifischen Schmierfilmdicke entsprechen dabei größeren Geschwindigkeiten der Bewegung der Bauteile 121, 122. Die drei Bereiche sowie der Wert der spezifischen Schmierfilmdicke A am Ausklinkpunkt können der folgenden Tabelle entnom- men werden:

Ein erstes eingesetztes Bild A illustriert eine Situation zwischen den gegeneinander bewegten Bauteilen 121, 122 im Bereich der Mischreibung. Zu sehen ist in einem unteren Teil des ersten eingesetzten Bildes A ein Querschnitt durch die Bauteile 121, 122 und den dazwischenliegenden Schmierstoff 125. Eine Bewegung der Bauteile 121, 122 ist durch Pfeile markiert. Unebenheiten (Rauheitsspitzen) der Bauteile 121, 122 berühren sich. Für einen elektrischen Strom, der durch das Lager von einem der Bauteile 121, 122 zum anderen fließt, kann das Lager wie ein ohmscher Widerstand wirken, hier verdeutlicht durch eine Schaltbilddarstellung eines ohmschen Widerstands R.

Ein zweites eingesetztes Bild B illustriert eine Situation zwischen den gegeneinander bewegten Bauteilen 121, 122 im Bereich der Flüssigkeitsreibung. Zu sehen ist in einem unteren Teil des zweiten eingesetzten Bildes 2 ein Querschnitt durch die Bauteile 121, 122 und den dazwischenliegenden Schmierstoff 125. Eine Bewegung der Bauteile 121, 122 ist durch Pfeile markiert. Hier sind die Bauteile 121, 122 durch den Schmierstoff 125 getrennt; Unebenheiten (Rauheitsspitzen) der Bauteile 121, 122 berühren sich nicht. Für einen elektrischen Strom, der durch das Lager von einem der Bauteile 121, 122 zum anderen fließt, kann das Lager wie ein kapazitiver Widerstand bzw. eine Impedanz wirken, hier verdeutlicht durch eine Schaltbilddarstellung eines Kondensators C.

Fig. 3 zeigt einen Ersatzschaltkreis 100 für ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Der Schaltkreis umfasst eine Spannungsquelle 110, das Lager 120, einen mit dem Lager 120 in Serie geschalteten ohmschen Ladewiderstand 130 und eine Erdung 140. Zur Messung eines Span- nungsabfalls über den Ladewiderstand 130 weist der Ersatzschaltkreis einen Abtastkopf 140 und ein Oszilloskop 150 auf.

Das Lager 120 wird modelliert durch eine effektive Kapazität 127 und einen effektiven ohmschen Widerstand 129 in paralleler Schaltung. Die Kapazität 127 variiert je nach Betriebszustand des Lagers 120 und kann beispielsweise Werte bis zu 50 Pikofarad erreichen. Ein Widerstand durch den Schmierstoff 125 kann bei einigen Mikrometern Schmierfilmdicke etwa im Megaohmbereich liegen. Das Ersatzschaltbild des Lagers 120 kann neben einer Wirkung des Schmierstoffs 125 eine Vielzahl weiterer Effekte des Lagers 120 erfassen, wie beispielsweise etwa Übergangswiderstände an Fügestellen.

Der Tastkopf 150 wird dargestellt durch eine Kapazität 152 (in Ausführungsbeispielen etwa 14.8 Pikofarad) sowie einen dieser nachgeschalteten ohmschen Widerstand 155 (beispielsweise 9 Megaohm). Das Oszilloskop ist modelliert durch eine Kapazität 162 von beispielsweise 17.5 Pikofarad und einem Widerstand 165 von einem Megaohm in paralleler Schaltung.

Zur Durchführung des Verfahrens kann die Geschwindigkeit der Bewegung der Bauteile 121, 122 des Lagers 120 beispielsweise von o aus sukzessive erhöht werden. Dabei bleibt ein Widerstand im Lager 120 zunächst gering, da im Bereich von Grenz- und zunächst auch von Mischreibung aufgrund einer Rauheit der Bauteile 121, 122 Berührungen der Bauteile 121, 122 auftreten. Eine Spannung der Spannungsquelle 110 fällt dann zu einem überwiegenden Teil über den Ladewiderstand 130 ab. Bei Geschwindigkeiten in einem Bereich unterhalb der Übergangsgeschwindigkeit kann der Schmierstoff 125 phasenweise eine trenne Schicht zwischen den Bauteilen 121, 122 bilden, welche die Bauteile 121, 122 elektrisch isoliert und daher den elektrischen Widerstand gegen den Strom durch das Lager 120 erhöht. Dies äußert sich durch entsprechende Fluktuationen im Spannungsabfall über den Ladewiderstand 130, die durch den Tastkopf 150 und das Oszilloskop 160 gemessen und visualisiert werden können. Ist der Ausklinkpunkt erreicht, setzt Flüssigkeitsreibung zwischen den Bauteilen 121, 122 ein. Der Schmierstoff trennt die Bauteile 121, 122; der elektrische Wider- stand des Lagers 120 ist durchgehend hoch und steigt mit zunehmender Schmierfilmdicke weiter an. Über das Messen und Visualisieren des elektrischen Widerstands mit Hilfe des Tastkopfs 150 und des Oszilloskops 160 kann der Ausklinkpunkt und die zugehörige Übergangsgeschwindigkeit - beispielsweise eine Drehzahl des Lagers 120 - ermittelt werden.

Fig. 4 zeigt Messkurven einer Spannung über den Widerstand 130 (vgl. Fig. 3), während die Bauteile 121, 122 des Lagers 120 (vgl. Fig. 3) eine beschleunigte Bewegung ausführen. Übereinander angeordnet sind Spannungsverläufe 135 über die Zeit für drei verschiedene Geschwindigkeitsbereiche. Dabei ist jeweils rechts ein ungefilterter Spannungsverlauf 135 und jeweils links derselbe Spannungsver- lauf 135 nach einem Tiefpassfilter dargestellt. Zu allen Verläufen ist zudem die Spannung 115 der Spannungsquelle 110 (vgl. Fig. 3) angegeben.

Im an erster Stelle dargestellten Geschwindigkeitsbereich ist die Bewegung zwischen den Bauteilen 121, 122 langsam. Das Lager 120 arbeitet im Bereich der Grenzreibung oder einer Mischreibung mit hohem Grenzreibungsanteil. Es ist kein trennender Schmierfilm zwischen den Bauteilen 121, 122 vorhanden. Die gesamte Spannung fällt über den Ladewiderstand 130 ab.

Im an zweiter Stelle dargestellten Geschwindigkeitsbereich befindet sich das Lager 120 in einer Mischreibung mit hohem Anteil von Flüssigkeitsreibung. Der Schmierfilm trennt die Bauteile 121, 122 phasenweise. Dementsprechend ist der Spannungsverlauf 135 über den Ladewiderstand 130 nicht konstant, sondern oszilliert zwischen einem durch Grenzreibung bestimmten Wert und einem durch Flüssigkeitsreibung bestimmten Wert.

Im an dritter Stelle dargestellten Geschwindigkeitsbereich ist der Ausklinkpunkt erreicht oder bereits überschritten. Der Schmierfilm bildet eine trennende Schicht zwischen den Bauteilen 121, 122 aus. Die gesamte Spannung fällt über dem Lager 120 ab.

Die prozentuale Kontaktzeit, bzw. der prozentuale Anteil metallischen Kontakts an einer Gesamtmessdauer PCT, kann für jede der drei Geschwindigkeitsbereiche bestimmt werden durch

PCT ₌ tu>u _PCT . _{10Q %} , ges wobei t _ges für die Zeit steht, in welcher das Lager in dem jeweiligen Geschwindigkeitsbereich verbleibt, und tu>u _PCT derjenige Zeitanteil an der Zeit t _ges ist, zu dem die Spannung über den Ladewiderstand 130 oberhalb einer geringen Schwellspannung U _PCT liegt.

Fig. 5 illustriert für verschiedene Schmierstoffe 125 eine prozentuale Kontaktzeit in Abhängigkeit von einer durch eine Drehzahl beschriebene Geschwindigkeit zwischen den Bauteilen 121, 122. Um den Ausklinkpunkt messtechnisch zu bestimmen, kann die prozentuale Kontaktzeit bzw. ein PCT-Wert (Prozentualer Anteil der Messwerte über einer Grenzspannung zwischen oV und Messspannung, beispielsweise 3V) bestimmt werden, welcher unterhalb eines Schwellwerts 50 (beispielsweise 10%) liegen soll, damit von einem trennenden Schmierfilm ausgegangen werden kann. Die Figur zeigt Messergebnisse 22, 24, 26, 28 des PCT-Werts von vier verschiedenen Schmierstoffen 125 in Abhängigkeit der Geschwindigkeit der Bauteile 121, 122 für ein Drehlager, unter gleichen oder zumindest vergleichbaren Bedingungen an Temperatur (beispielsweise in einem Bereich von 22 ⁰ bis 25 ⁰ C) und Last (beispielsweis 1000 Newton). Die Geschwindigkeit der Bauteile 121, 122 ist hier durch eine Drehzahl gegeben. Der Ausklinkpunkt gilt für die vier Schmierstoffe 125 jeweils als erreicht, wenn die Messergebnisse 22, 24, 26, 28 den Schwellenwert 50 erreichen.

Fig. 6 illustriert nach einem Ausführungsbeispiel des vorliegenden Verfahrens gemessene Viskositäten 32, 34, 35, 36, 38 von vier verschiedenen Schmierstoffen 125 im Vergleich zu tabellierten Werten bzw. Viskositäten der jeweiligen Schmierstoffe 125 nach Datenblatt. Für einen der Schmierstoffe 125 zeigt die Darstellung zudem eine Verschiebung der entsprechenden Viskosität 34 zu einer verschobenen Viskosität 44. Die verschobene Viskosität 44 ist die Viskosität desselben Schmierstoffs 125 nach einem Alterungsprozess, der hier eine Anwen- dungsdauer von io Tagen bei 150° C Betriebstemperatur umfasst. Die zu erwartende Abnahme der Viskosität durch eine simulierte Alterung kann nachgewiesen werden.

Die Figur verdeutlicht zum einen eine Qualität des Verfahrens gegenüber einer Viskositätsmessung im Labor. Zum anderen illustriert die Figur durch die Bestimmung der reduzierten Viskosität des gealterten Schmierstoffs 125 im Lagerbetrieb eine Einsatzmöglichkeit des Verfahrens.

In Ausführungsbeispielen insbesondere für ein Drehlager können die Schritte des Verfahrens daher auch wie folgt beschrieben werden:

- Ermitteln der Drehzahl am Ausklinkpunkt, basierend auf folgenden Schritten:

• Messen, bei welcher Drehzahl der elektrische Widerstand des Drehlagers plötzlich stark ansteigt;

• Verwenden der Schaltung aus Fig. 3 und Messen einer Spannung über den Ladewiderstand 130;

• Bestimmen des Verhältnisses PCT wie in der Beschreibung von Fig. 4;

• Bestimmen der Drehzahl am Ausklinkpunkt für PCT < 10 %;

- Paralleles Messen von Temperatur und Lagerlast;

- Einsetzen aller benötigten Größen in die Gleichung (1) aus der Beschreibung der Figur 1 zur Berechnung der Viskosität.

Die in der Beschreibung, den Ansprüchen und den Figuren offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein. BEZUGSZEICHENLISTE

Silo Ermitteln einer Übergangsgeschwindigkeit am Ausklinkpunkt

S120 Bestimmen einer Viskosität des Schmierstoffs io Zusammenhang zwischen spezifischer Schmierfilmdicke und Reibung

22, 24, 26, 28 Messergebnisse für PCT-Wert

32, 34, 36, 38 Viskositäten

44 verschobene Viskosität eines gealterten Schmierstoffs

50 Schwellwert

100 Ersatzschaltbild

110 Spannungsquelle

115 Spannung

120 Lager

121 erstes Bauteil

122 zweites Bauteil

125 Schmierstoff

127 Kapazität des Lagers

129 ohmscher Widerstand des Lagers

130 ohmscher Ladewiderstand

135 Spannungsabfall über Ladewiderstand

140 Erdung

150 Tastkopf

152 Kapazität des Tastkopfs

155 ohmscher Widerstand des Tastkopfs

160 Oszillator

162 Kapazität des Oszillators

165 ohmscher Widerstand des Oszillators

A, B eingesetzte Bilder