DE102007042254A1

DE102007042254A1 - Messvorrichtung und Verfahren zur Analyse des Schmiermittels eines Lagers

Info

Publication number: DE102007042254A1
Application number: DE102007042254A
Authority: DE
Inventors: Jörg Franke; Joachim Dr. Hering; Martin Kram; Joachim Schleifenbaum; Alexander Weiss; Gerhard Röhner; Sven Flösser; Marcel Schreiner; Thomas Otto; Thomas Gessner
Original assignee: Carl Freudenberg KG; Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-09-06
Filing date: 2007-09-06
Publication date: 2009-04-02
Also published as: US20100208241A1; CN101971007A; RU2010112699A; WO2009030202A1; US8624191B2; EP2185915A1; JP2010538280A; CN104728588A; BRPI0816366A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung für die Analyse eines Schmiermittels (1) eines Lagers (2), wobei die Messvorrichtung einen Sender (7) von elektromagnetischer Strahlung, einen Empfänger (12) und einen zwischen dem Sender (7) und dem Empfänger (12) angeordneten Probenbereich (8) umfasst. Die Aufgabe, die genannte Messvorrichtung derart auszubilden, dass die eine zeitnahe Information über den Zustand des in dem Lager befindlichen Schmiermittels ermöglicht ist, wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Probenbereich (8) mindestens abschnittsweise im Innern (5) des Lagers (2) angeordnet ist und dass der Empfänger (12) ein Spektrum der von dem Probenbereich (8) empfangenen elektromagnetischen Strahlung liefert. Die Erfindung betrifft weiter ein Lager (2) sowie eine Dichtung für ein Lager (2) und ein Verfahren zum Erfassen und Überwachen des Zustandes eines Schmiermittels (1) eines Lagers (2).

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 für die Analyse eines Schmiermittels eines Lagers, insbesondere eines Wälz- oder Gleitlagers, ein Lager nach Anspruch 8, eine Dichtung nach Anspruch 11 für ein Lager, sowie ein Verfahren nach Anspruch 12 zum Erfassen und Überwachen des Zustandes eines Schmiermittels eines Lagers, insbesondere eines Wälz- oder Gleitlagers.
Aus der Praxis ist bekannt, den Zustand eines Schmiermittels eines Lagers, insbesondere eines Wälz- oder Gleitlagers, speziell die chemische Zusammensetzung des Schmiermittels, zu erfassen und zu überwachen. Änderungen des chemischen Zustandes des Schmiermittels geben Hinweise auf Alterungsvorgänge in dem Schmiermittel und zeigen an, wann das Schmiermittel ausgetauscht oder ergänzt werden muss.
Als ,Schmiermittel' wird dabei im Rahmen dieser Anmeldung jeder Schmierstoff bezeichnet, der in einem Lager zur Schmierung eingesetzt wird, Reibung und Verschleiss reduziert sowie fallweise auch zur Erfüllung weiterer Funktionen, beispielsweise zur Kraftübertragung zwischen den Lagerkomponenten, zur Kühlung des Lagers, als Korrosionsschutz, zur Schwingungsdämpfung oder auch als Dichtmittel dienen kann.
Es ist bekannt, an dem Schmiermittel Kapazitätsmessungen durchzuführen. Dabei haben jedoch Schichtdicken auf das Messergebnis einen grossen Einfluss; zudem hat sich erwiesen, dass die Messergebnisse stark streuen und schlecht reproduzierbar sind. Auch geben Kapazitätsmessungen nur indirekt einen Hinweis auf die chemische Zusammensetzung des Schmiermittels, beispielsweise werden die Messergebnisse von Kapazitätsmessungen durch in dem Schmiermittel befindliche metallisch leitende Partikel beeinflusst.
Es ist weiter bekannt, eine Probe des Schmiermittels dem Lager zu entnehmen und mittels elektromagnetischer Strahlung zu bestrahlen, um ein Spektrum der Probe aufzunehmen und zu analysieren. Speziell bekannt ist die IR-spektroskopische Analyse von Schmierfettproben ausserhalb des Lagers, im Spektralbereich des Mittleren bzw. Nahen Infrarot (MIR bzw. NIR). Die Messung findet ausserhalb des Lagers statt, also nicht unter den speziellen physikalischen oder chemischen Randbedingungen des Lagerinnern. Ausserdem ist die Probenentnahme aufwendig, insbesondere, wenn das Lager schwer zugänglich ist und bzw. oder das Lager für die Probenentnahme stillgelegt werden muss. Zudem hat die Stelle innerhalb des Lagers, an der die Probe entnommen wurde, einen Einfluss auf das Messergebnis der Spektroskopie, da das Schmiermittel eine Mischung von Komponenten ist, die sich bei Betrieb des Lagers innerhalb des Lagerinnenraums verteilen. Auch erweist sich als problematisch, dass innerhalb des Lagers das Schmiermittel an verschiedenen Stellen in unterschiedlichen Ausmass altert.
DE 35 10 408 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Überwachen des Betriebszustandes von Lagerungen. Dabei wird der momentane Zustand des Schmiermittels des Lagers derart ermittelt, dass in unmittelbarer Nähe des Lagers eine Auffangvorrichtung vorgesehen ist, die aus dem Lager austretendes Schmiermittel auffängt und analysiert. Die Analyse beschränkt sich auf den Nachweis von metallischen Partikeln, die in dem Schmiermittel des Lagers enthalten sind, sowie der Erfassung der Temperatur des Schmiermittels. Eine Aussage über die chemische Zusammensetzung des Schmiermittels im Innern des Lagers ist nicht vorgesehen.
DE 93 11 938 U1 beschreibt eine Vorrichtung zur Entnahme einer Probe von Schmiermittel, speziell Schmierfett, aus einem Wälzlager. Hierbei sind in die Lagerringe des Wälzlagers Bohrungen eingefügt, durch die jeweils Schmierfettproben entnommen werden können. Auch hier ist keine sofortige in-situ-Messung des Zustandes des Schmiermittels möglich.
Aufgabe der Erfindung
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Messvorrichtung der eingangs genannten Art für ein Lager anzugeben, die eine zeitnahe Information über den Zustand des in dem Lager befindlichen Schmiermittels ermöglicht.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss für die eingangs genannte Messvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 für ein Lager nach Anspruch 8 bzw. für eine Dichtung nach Anspruch 11 für ein Lager gelöst und ermöglicht eine beispielhafte Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 12 zum Erfassen und Überwachen des Zustandes des Schmiermittels des Lagers.
Weil der Probenbereich im Innern des Lagers angeordnet ist, entfällt eine zeitaufwendige Entnahme von Proben; vielmehr bietet sich die Möglichkeit, das Schmiermittel in situ, also unter den physikalischen oder chemischen Bedingungen des Lagerinnern, zu vermessen. Damit entfallen Verfälschungen des Messergebnisses bei einer Probenentnahme mit einem nachfolgenden Transport zu der Analyseeinheit.
Während des Betriebs des Lagers kann dieses fortwährend überwacht werden; diese Überwachung kann automatisiert geschehen, wobei beispielsweise ein Alarm ausgelöst wird, sobald die erfassten Spektren von einer vorgegebenen Norm abweichen.
Die Aufnahme von Spektren der von der Probe ausgehenden elektromagnetischen Strahlung liefert in schneller Zeit eine Information über den chemischen Zustand des Schmiermittels. Die elektromagnetische Strahlung beeinflusst oder verändert das Schmiermittel selbst nicht; auch kommt es im Gegensatz zu der häufigen Probenentnahme nicht mehr zu einem Verlust an Schmiermittel, der zu ersetzen ist. Das Spektrum selbst liefert eine chemische Information über die Zusammensetzung des Schmiermittels, die von in dem Schmiermittel enthaltenen Fremdkörpern wie Partikeln weitgehend unabhängig ist.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Probenbereich an einer inneren Wandung des Lagers angeordnet ist, insbesondere an einem solchen Abschnitt der inneren Wandung des Lagers, der mechanisch beansprucht ist und für den eine Schmierung zwingend erforderlich ist, um die Funktionsfähigkeit des Lagers zu ermöglichen bzw. aufrechtzuerhalten. Bei Wälzlagern ist der Probenbereich günstigerweise beispielsweise in der Laufbahn oder in unmittelbarer Nähe zu der Laufbahn der Wälzkörper an einem der beiden Lagerringe angeordnet, da gerade in der Kontaktzone zwischen den Wälzkörpern und dem Lagerring eine Schmierung erforderlich ist. Die Anordnung des Probenbereichs ist maßgeblich für eine unmittelbare Information über den tatsächlichen Zustand des Schmiermittels; zusätzlich kann auch die Situation erkannt werden, dass kein Schmiermittel mehr vorhanden ist, jeden falls nicht oder nicht mehr dort, wo das Schmiermittel erforderlich ist.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass in dem Probenbereich eine Reflexion, insbesondere eine Totalreflexion der von dem Sender ausgestrahlten elektromagnetischen Strahlung stattfindet. In diesem Fall liefert das Reflexions-Spektrum, beispielsweise das Spektrum bei diffuser Reflexion, bzw. das Spektrum bei Totalreflexion die Information über die chemische Zusammensetzung des Schmiermittels. Reflexion bzw. Totalreflexion als Messprinzipien zur Aufnahme von Spektren weisen den Vorteil auf, oberflächensensitiv zu sein und nur geringe Mengen an nachzuweisenden Schmiermittel bereits sicher erfassen zu können. Zudem ist ein Eindringen der elektromagnetischen Strahlung in den Innenraum des Lagers vermeidbar. Weiter ist es bei Reflexion bzw. Totalreflexion möglich, Sender und Empfänger benachbart zueinander anzuordnen, so dass die Messanordnung kleinbauend ausgelegt werden kann.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Sender, der Empfänger und der Probenbereich zu einer baulichen Einheit zusammengefasst sind, und dass der Probenbereich eine Grenzfläche zu dem Inneren des Lagers umfasst, an der eine Reflexion oder Totalreflexion auftritt. Die bauliche Einheit lässt sich einfach und schnell anbringen bzw. an dem Lager austauschen; die Kontaktfläche zwischen der baulichen Einheit wird nur durch die Grenzfläche gebildet, die in Hinblick auf ihre Funktion für die Reflexion bzw. die Totalreflexion der elektromagnetischen Strahlung hinsichtlich ihrer geometrischen Auslegung bzw. hinsichtlich des Materials der Grenzfläche optimiert werden kann.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Empfänger die elektromagnetische Strahlung im Bereich des Infraroten, insbesondere im Bereich des Nah- oder Mittleren Infrarot, erfasst und spektral analysiert. Die Messvorrichtung ist damit nach Art eines IR-Spektrometers ausgelegt. Hierbei erweist sich als vorteilhaft, dass IR-Strahlung, insbesondere im NIR bzw. MIR, Molekülschwingungen in dem Schmiermittel anregt, die eine präzise Information über die chemische Beschaffenheit charakteristischer, IR-aktive Gruppen des Schmiermittels liefern; andererseits beeinflussen IR-Strahlen, anders als UV- oder Röntgenstrahlen, die chemische Zusammensetzung des Schmiermittels nicht. Weiter ist vorteilhaft, dass im IR-Bereich, insbesondere im Bereich des NIR bzw. des MIR, viele IR-durchlässige Substanzen einen Brechungsindex aufweisen, der deutlich grösser als 1 ist, so dass der Glanzwinkel, unter dem an einer Grenzfläche Totalreflexion auftritt, nicht sehr hoch ist. Insbesondere lässt sich ein IR-Strahl in ein optisch dichtes Medium einkoppeln, so dass an den Grenzflächen zu dem optisch dünnen Medium, beispielsweise dem Inneren des Wälzlagers mit dem Schmiermittel, Totalreflexion auftritt, wobei ein evanescentes Feld von dem optisch dichteren Medium in das optisch dünnere Medium und damit in das Schmiermittel tritt, so dass der Probenraum in dem Inneren des Lagers liegt und das optisch dichtere Medium, speziell das nach Art eines Fensters ausgebildete optisch dichtere Medium, ausserhalb des Inneren des Lagers liegt. Weil weder das optisch dichtere Medium noch andere Teile der Messvorrichtung in das Innere des Lagers reichen, stören diese das Lager bei dem Betrieb nicht, ermöglichen jedoch über das in das Innere des Lagers reichende evanescente Feld eine Messung der chemischen Verhältnisse im Innern des Lagers, speziell eine chemische Analyse des Zustandes des Schmiermittels.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der Empfänger die elektromagnetische Strahlung im Bereich der Kombinationsmoden der C-H-Schwingungen erfasst und analysiert. Hierbei wird dem Umstand Rechnung getragen, dass C-H-Schwingungen, insbesondere C-H-Streckschwingungen, einen hohen Absorptionskoeffizienten aufweisen, so dass bereits geringe Mengen bzw. dünne Schichten im relevanten Wellenlängenbereich eine nahezu vollständige Absorption hervorrufen, wodurch der nachgeschaltete Empfänger kein verwertbares Signal mehr erhält. Dabei fallen insbesondere auch Details des Spektrums, beispielsweise die Lage und Stärke einzelner Absorptionspeaks, für die Auswertung des Spektrums weg, so dass sich die Information im wesentlichen auf den Nachweis von C-H-Bindungen als solchen beschränken muss. Im Bereich der C-H-Kombinationsmoden ist der Absorptionskoeffizient deutlich geringer; hier lassen sich Einzelheiten des Spektrums erkennen und es kann ggf. aus der Stärke der Absorption auf die Dicke der Schicht des Schmierstoffs gefolgert werden. Unter ,Kombinationsmoden' werden dabei Kombinationsmoden im engeren Sinn sowie Obertonschwingungen verstanden. Für C-H-Streckschwingungen bietet sich beispielsweise an, die C-H-Kombinationsmode im Bereich von ca. 2000 bis ca. 2450 nm auszuwerten, oder die erste Oberschwingung der genannten Kombinationsmode im Bereich von ca. 1350 bis ca. 1450 nm. Auch kann der Bereich der ersten Oberschwingung der C-H-Streckschwingung im Bereich von ca. 1630 bis ca. 1800 nm ausgewertet werden, ebenso wie der bereich der zweiten Oberschwingung der C-H-Streckschwingung im Bereich von ca. 1200 nm. Jede der vorgenannten Kombinationsmoden, Oberschwingung einer Kombinationsmode oder ersten bzw. Oberschwingung bietet den Vorteil eines nur geringen Absorptionskoeffizienten.
Der Bereich der C-H-Kombinationsmoden bietet sich daher besonders für ein Verfahren an, um den Zustand, speziell die chemische Zusammensetzung, des Schmiermittels in dem Lager zu erfassen und zu überwachen. Das Verfahren kann in einer vorzugsweisen Durchführung vorsehen, den Bereich der C-H-Kombinationsmoden für ein Lager zu bestimmten Zeiten, beispielsweise vor Inbetriebnahme des Lagers oder während des Betriebs des Lagers, fortwährend zu erfassen und spektral zu analysieren. Die Spektren bieten damit eine Zeitreihe, deren Verlauf der Alterung und Degradation des Schmiermittels entspricht. Veränderungen der chemischen Zusammensetzung des Schmiermittels spiegeln sich in der Zeitreihe wieder; beispielsweise kann vorgesehen sein, zeitlich aufeinander folgend aufgenommene Spektren zueinander in Beziehung zu setzen bzw. mit dem Spektrum, das vor der Inbetriebnahme des Lagers aufgenommen wurde, zu vergleichen. Das genannte Verfahren kann beispielsweise mit einer oben beschriebenen Messvorrichtung durchgeführt werden; es versteht sich aber, dass ebenfalls vorgesehen sein kann, dem Lager Proben des Schmiermittels zu entnehmen und diese ausserhalb des Lagers spektroskopisch zu untersuchen, sofern die Spektren im Bereich der C-H-Kombinationsmode erfasst und ausgewertet werden.
Vorzugsweise umfasst der Sender der Messvorrichtung eine Diode, insbesondere eine IR-Diode, die kleinbauend ausgebildet ist und keine wesentlichen Verluste durch Wärmeabgabe aufweist.
Die genannte Messvorrichtung lässt sich sowohl in einem Lager als auch in einer Dichtung für ein Lager anordnen. Ist das Lager beispielsweise als Wälzlager ausgebildet, kann die Messvorrichtung als bauliche Einheit in einer Bohrung in einem der Lagerringe des Wälzlagers aufgenommen sein.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie aus den abhängigen Ansprüchen.
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Messvorrichtung in einem Abschnitt eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemässen Lagers.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt eine Messvorrichtung zur Analyse der chemischen Zusammensetzung eines Schmiermittels 1 eines ausschnittsweise dargestellten Lagers, das als Wälzlager 2 ausgebildet ist. Das Wälzlager 2 umfasst einen abschnittsweise dargestellten Aussenring 3 sowie Wälzkörper 4, die in dem Innern 5 des Wälzlagers 2 angeordnet sind und an einer Laufbahn 6 an der Innenseite des Aussenrings 3 abrollen. Das Schmiermittel 1 befindet sich zumindest teilweise im Bereich der Laufbahn 6 der Wälzkörper 4.
Die Messvorrichtung umfasst einen Sender 7, der als IR-Dioden ausgebildet ist, sowie einen Probenbereich 8, an einem IR-durchlässigen Fenster 10, das eine Grenzfläche 9 mit dem Innern 5 des Wälzlagers 2 bildet. Im Bereich des Probenbereichs 8 liegt Schmiermittel 1 teilweise an der Grenzfläche 9 an. Die Grenzfläche 9 ist gekrümmt ausgebildet, wobei die Krümmung der Grenzfläche 9 derjenigen der Innenseite des Aussenrings 3 im Bereich der Laufbahn 6 entspricht. Die Grenzfläche 9 stellt einen Abschnitt einer inneren Wandung des Wälzlagers 2 dar. Der mit dem Schmiermittel 1 belegte, auf das Innere 5 des Wälzlagers 2 weisende Bereich der Grenzfläche 9 bildet den Probenbereich 8 aus, der von der IR-Strahlung durchsetzt wird. Die Wälzkörper 4 treten aus der Laufbahn 6 auf die Grenzfläche 9 und dann wieder auf die Laufbahn 6 über, wobei diese Schmiermittel 1 an der Grenzfläche 9 fördern. Das Schmiermittel 1 an der Grenzfläche 9 verhindert eine zu starke Reibung der Wälzkörper 4 an der Grenzfläche 9 und gleicht Unterschiede im Reibungskoeffizienten zwischen dem Bereich der Laufbahn 6 bzw. der Grenzfläche 9 aus.
An eine nach aussen weisende Seite 11 des Fensters 10 koppelt der Eingang der Sender 7, von denen zwei dargestellt sind. Die Sender 7 sind ringförmig um einen Empfänger 12 angeordnet. Weiter ist eine Einheit zur Signalaufbereitung 13 dargestellt, die dem Empfänger 12 nachgeschaltet ist. Die Signalaufbereitung kann insbesondere eine elektronische Korrektur der Temperaturen umfassen, unter denen verschiedene Spektren aufgenommen wurden, und hierzu das Signal einer nicht dargestellten Temperaturmesseinheit verarbeiten. Der Empfänger 12 ist so ausgelegt, dass dieser im Bereich des NIR und des MIR ansprechen kann und ein Spektrum des in dem Probenbereich 8 befindlichen Schmiermittels 9 liefern. Insbesondere schliesst der genannte Spektralbereich auch den Bereich der Kombinationsmoden von C-H-Schwingungen ein.
Die Sender 7, der Empfänger 12 und das Fenster 11 mit der Grenzfläche 9, die dem Probenbereich 8 im Innern 5 des Wälzlagers 2 benachbart ist, bilden eine bauliche Einheit 14, die im wesentlichen stabförmig ausgebildet ist und in einer Bohrung in der Wandfläche des Aussenrings 3 derart angeordnet ist, dass die Grenzfläche 9 mit der Innenseite des Aussenrings 3 im wesentlichen bündig abschliesst, so dass der Probenbereich 8 der Messvorrichtung, also der Bereich zwischen dem Sender 7 und dem Empfänger 12, der die zu analysierende Probe aufweist, in dem Innern 5 des Wälzlagers 2, speziell an einer inneren Wandung des Aussenrings 3 des Wälzlagers 2, angeordnet ist.
Die Erfindung funktioniert nun wie folgt:
Die Sender 7 senden elektromagnetische Strahlung, die auch eine Komponente im MIR und NIR aufweist. Der Ausgang der Sender 7 koppelt an die Innenseite 11 des Fensters 10 und wird zwischen der Innenseite 11 und der Grenzfläche 9 hin- und herreflektiert. Dabei ist das Material des Fensters 10 derart gewählt, dass der in dem Fenster 10 befindliche Strahl unter einem Winkel von ca. 45° auf die Grenzfläche 9 trifft, so dass Totalreflektion eintritt. Bei der Totalreflektion tritt der Strahl nicht in das Innere 5 des Wälzlagers 2 ein, sondern es bildet sich im Bereich des Schmiermittels ein evanescentes Feld aus, das mit zunehmenden Abstand von der Grenzfläche 9 exponentiell abklingt. Im Bereich des evanescenten Feldes, also in dem Teilabschnitt des Inneren 5 des Wälzlagers 2, der unmittelbar an die Grenzfläche 9 anschliesst, wird das evanescente Feld durch C-H-Bindungen des Schmiermittels 1 teilweise absorbiert. Insbesondere überstreicht das evanescente Feld den Probenbereich 8 im Innern 5 des Wälzlagers 2. Das von dem Empfänger 12 an der nach aussen weisenden Seite 11 des Fensters 10 empfangene Feld ist damit um den im Probenbereich 8 absorbierten Betrag geschwächt.
Der Empfänger 12 analysiert den Strahl spektroskopisch; hierbei tritt im Bereich der C-H-Streckschwingung eine nahezu vollständige Absorption auf, die keine spektralen Einzelheiten erkennen lässt. Im Bereich der C-H-Kombinationsmoden lassen sich einzelne Absorptionslinien erkennen, die Rückschlüsse auf die chemische Zusammensetzung des Schmiermittels 1 zulassen. Der Empfänger 12 ermittelt insbesondere ein Spektrum des den Probenbereich 8 durchsetzenden Strahls im Bereich der Kombinationsmoden, speziell der zweiten Oberschwingung der C-H-Streckschwingung, also bei Wellenlängen von ca. 1200 nm im Bereich des NIR (Wellenlängenbereich von 800 bis 2500 nm; wobei MIR ein Wellenlängenbereich von 2500 bis 50000 nm entspricht).
Wird zu verschiedenen Zeiten ein Spektrum durch den Empfänger 12 aufgenommen, lässt sich die Alterung des Schmiermittels 1 spektroskopisch verfolgen und der Zustand des Schmiermittels 1 in dem Innern 5 des Wälzlagers 2 überwachen. Anhand der Intensität der charakteristischen Absorptionslinien der C-H-Schwingungen, auch von deren Kombinationsmoden, lässt sich ermitteln, ob hinreichend Schmiermittel 1 vorhanden ist, sowie weiter, wie die chemische Zusammensetzung des Schmiermittels 1 ist. Durch Vergleich der Spektren, beispielsweise durch Abgleich mit Normspektren, lassen sich Änderungen in den Spektren ermitteln, die eine Angabe über den Zeitpunkt ermöglichen, wann das Schmiermittel 1 verbraucht bzw. in seiner chemischen Zusammensetzung verändert ist und spätestens ausgetauscht werden muss.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel war die Grenzfläche 9 des Fensters 10 gekrümmt ausgebildet, während die nach aussen weisende Seite 11 des Fensters 10 eben ausgebildet war. Es versteht sich, dass die Grenzfläche 9 ebenfalls eben ausgebildet und parallel zu der nach aussen weisenden Seite 11 des Fensters 10 sein kann, so dass die Reflexion des IR-Strahls in dem Fenster 10 zwischen zwei planparallelen Flächen 9, 11 stattfindet. Eine derartige Anordnung der Flächen 9, 11 entspricht einer typischen ATR-Geometrie. Dabei bedeutet ,ATR' (attenuated total reflection) ein auf frustrierter Totalreflexion beruhendes Messprinzip mit einem Probenaufbau, bei dem in ein optisch dichteres Material ein Strahl eingekoppelt wird, der in dem optisch dichteteren Material zwischen Grenzflächen zu einem optisch dünneren Material totalreflektiert wird, wobei bei jeder Totalreflexion eine Probe, die sich im Bereich des optisch dünneren Materials an der Grenzfläche befindet, gemessen wird. Das Fenster 10 mit den beiden planparallelen Flächen 9, 11 kann dabei in der Laufbahn der Wälzkörper 4 oder seitlich neben der Laufbahn der Wälzkörper 4 angeordnet sein, wobei letztere Anordnung den Vorteil bietet, dass die Wälzkörper 4 das Fenster 10 mechanisch nicht belasten, gleichzeitig aber durch das seitlich auf das Fenster 10 weggedrückte Schmiermittel die Möglichkeit bieten, das Schmiermittel chemisch zu analysieren.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel schloss die gekrümmte Grenzfläche 9 im wesentlichen mit der anliegenden Innenfläche des Aussenrings 3 ab. Es versteht sich, dass die Grenzfläche einen Abstand zu der angrenzenden Fläche des Aussen- oder Innenrings aufweisen kann, so dass eine Vertiefung entsteht, in der sich Schmiermittel sammeln kann, und das in der Vertiefung befindliche Schmiermittel an dem Fenster 10, das dann eine ebene Grenzfläche 9 aufweist, chemisch analysiert werden kann. Die Vertiefung kann in der Laufbahn der Wälzkörper 4 oder – bevorzugt – seitlich neben der Laufbahn der Wälzkörper 4 angeordnet sein, wobei die Wälzkörper 4 Schmiermittel ständig in die Vertiefung fördern. Der Probenbereich 8 liegt dann in der Vertiefung, also im Innern 5 des Wälzlagers 2.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel war die aus dem Sender 7, dem Empfänger 12 und dem Fenster 10 mit der Grenzfläche 9 gebildete bauliche Einheit 14 in einer Bohrung in dem Korpus des Aussenrings 3 feststehend angeordnet. Es versteht sich, dass die bauliche Einheit 14 bzw. nur das Fenster 10 mit der Grenzfläche 9 auch in der Bohrung verschieblich angeordnet sein kann, beispielsweise derart, dass jedes Überrollen der Einheit 14 bzw. des Fensters 10 durch einen Wälzkörper 4 dieses in der Bohrung weg von dem Innern 5 des Lagers 2 drückt, während die Einheit 14 beispielsweise durch ein Federmittel in Richtung auf das Innere 5 des Lagers 2 vorgespannt ist.
Der vorstehend beschriebene Aufbau lässt nicht nur ATR-Messungen zu, sondern ebenfalls diffuse Reflexionsmessungen. Dabei bestrahlen die Sender 7 durch das Fenster 10 hindurch den Probenbereich 8, in dem eine Absorption in dem Schmierfett bei diffuser Reflexion stattfindet. Die reflektierte Strahlung wird in dem Empfänger 12 gesammelt, und zwar wird insbesondere der Bereich des Probenraums 8 ausgewertet, der dem Empfänger 12 unmittelbar gegenüberliegt. In dem Empfänger 12 kann eine Optik vorhanden sein, die die reflektierte Strahlung sammelt und auf eine Auswerteeinheit fokussiert.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand einer in das Wälzlager 2 baulich integrierten Messvorrichtung erläutert. Es versteht sich, dass die Messvorrichtung ebenfalls für ein Gleitlager oder ein Gelenklager vorgesehen sein kann.
Es versteht sich ebenfalls, dass die Messvorrichtung auch in eine Dichtung eines Lagers eingebaut sein kann.
Weiter kann vorgesehen sein, dass ein Lichtleiter zwischen dem Probenraum 8 und dem Sender 7 angeordnet ist; der oder die Sender 7 können dann ausserhalb des Lagers vorgesehen sein. Ebenso kann ein Lichtleiter zwischen dem Probenraum 8 und dem Empfänger 12 vorgesehen sein. Der Probenraum 8 ist dann durch den Bereich des Innern 5 des Lagers gebildet, der zwischen dem Ausgang des dem Sender 7 zugeordneten Lichtleiter und dem Eingang des dem Empfänger 12 zugeordneten Lichtleiters vorgesehen ist.
Es versteht sich ferner, dass nicht ausschliesslich C-H-Schwingungen, sondern auch andere Moden, wie solche von Wasser oder allgemeiner von O-H-Gruppen oder funktioneller Gruppen von Additiven erfasst und analysiert werden können.
Insofern im vorhergehenden auf ,Kombinationsmoden' Bezug genommen wurde, versteht es sich, dass der Begriff ,Kombinationsmoden' neben Kombinationsmoden im direkten Sinn auch Obertonschwingungen, sei es von Grundschwingungen, sei es von Kombinationsmoden, umfassen soll.

1: Schmiermittel
2: Wälzlager
3: Aussenring
4: Wälzkörper
5: Inneres des Wälzlagers 2
6: Laufbahn
7: Sender
8: Probenbereich
9: Grenzfläche
10: Fenster
11: nach aussen weisende Seite von Fenster 10
12: Empfänger
13: Einheit zur Signalaufbereitung
14: bauliche Einheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 3510408 A1 [0006]
- DE 9311938 U1 [0007]

Claims

Messvorrichtung für die Analyse eines Schmiermittels (1) eines Lagers (2), wobei die Messvorrichtung einen Sender (7) von elektromagnetischer Strahlung, einen Empfänger (12) und einen zwischen dem Sender (7) und dem Empfänger (12) angeordneten Probenbereich (8) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Probenbereich (8) mindestens abschnittsweise im Innern (5) des Lagers (2) angeordnet ist, und dass der Empfänger (12) ein Spektrum der von dem Probenbereich (8) empfangenen elektromagnetischen Strahlung liefert.
Messvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Probenbereich (8) an einer inneren Wandung des Lagers (2) angeordnet ist.
Messvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in oder nahe dem Probenbereich (8) eine Reflexion, insbesondere eine Totalreflexion der von dem Sender (7) ausgestrahlen elektromagnetischen Strahlung stattfindet.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (7), der Empfänger (12) und eine Grenzfläche (9) zu dem Probenbereich (8) zu einer baulichen Einheit (14) zu sammengefasst sind, und dass der Probenbereich (8) die Grenzfläche (9) an dem Inneren (5) des Lagers umfasst, an der eine Reflexion oder Totalreflexion auftritt.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger (12) die elektromagnetische Strahlung im Bereich des Infraroten, insbesondere im Bereich des Nah- oder Mittleren Infrarot, erfasst und spektral analysiert.
Messvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger (12) die elektromagnetische Strahlung im Bereich der Kombinationsmoden der C-H-Schwingungen erfasst und analysiert.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (7) eine Diode ist.
Lager (2), insbesondere Wälz- oder Gleitlager, umfassend eine Messvorrichtung für die Analyse eines Schmiermittels des Lagers, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet ist.
Lager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager einen Lagerring (3) umfasst, und dass zumindest der Probenbereich (8) der Messvorrichtung an oder benachbart zu dem Lagerring (3) angeordnet ist.
Lager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (2) eine Lagerdichtung umfasst, und dass zumindest der Probenbereich (8) der Messvorrichtung in der Lagerdichtung angeordnet ist.
Dichtung für ein Lager, insbesondere für ein Wälz- oder Gleitlager, umfassend eine Messvorrichtung für die Analyse eines Schmiermittels des Lagers, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet ist.
Verfahren zum Erfassen und Überwachen des Zustandes eines Schmiermittels eines Lagers, insbesondere eines Wälz- oder Gleitlagers, gekennzeichnet durch die Schritte Bestrahlen einer Probe des Schmiermittels mit elektromagnetischer Strahlung, und Erfassen des Spektrums der bestrahlten Probe im Bereich der C-H-Kombinationsmode im Nahen oder Mittleren Infrarotbereich des Spektrums.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Spektrum der bestrahlten Probe vor Inbetriebnahme und/oder während des Betriebs des Lagers zu verschiedenen Zeiten erfasst wird, und eine Veränderung des Spektrums im Bereich der C-H-Kombinationsmode ermittelt wird.