用于轴承的自动润滑系统和操作该自动润滑系统的方法

摘要

本发明涉及一种自动在需求驱动下为轴承(2)填充润滑剂的自动润滑系统(1)，具有用于自动为轴承(2)施加润滑剂的自动润滑装置(3)以及用于检测轴承(2)的工作参数的检测装置(4)。该润滑系统(1)具有数据传输装置(5)，设计成可在检测装置(4)与自动润滑装置(3)之间传输数据。该自动润滑装置(3)被设计成可根据所述检测装置(4)检测到的工作参数来给所述轴承(2)施加润滑剂。

说明书

技术领域

本发明涉及一种自动在需求驱动下(bedarfsgesteuert)为轴承填充润滑剂的自动润滑系统，具有用于自动为轴承施加润滑剂的自动润滑装置以及用于检测轴承的工作参数的检测装置。此外，本发明还涉及一种操作自动润滑系统对轴承进行润滑的方法。

背景技术

为了降低通过摩擦——例如静摩擦或滑动摩擦——所导致的轴承内阻要使用润滑剂，例如轴承润滑油或润滑脂。对于(其中第一轴承部件可通过滚动体相对于第二轴承部件移动的)滚动轴承而言，需要润滑剂来降低特别是在滚动体以及用于滚动体的滚道面的区域中的内阻。因此，为了使润滑剂——特别是在工作期间——不会从滚动轴承漏出，在滚动轴承上设有相应的密封件。

润滑剂的使用寿命通常是很有限的，另外还可能是与滚动轴承的工作参数相关的，所述工作参数例如为转速、轴承压力以及环境介质(Umgebungs-medien)——例如氧气之类的气体、盐之类的固体、或者水之类的液体。此外，尽管轴承受到密封，但是润滑剂仍有可能从轴承漏出。因此，轴承的润滑剂的润滑效果随着轴承使用时间变长而有所降低。因此，轴承的内阻或内摩擦升高，并由此导致轴承的磨损也会升高。相应地，为了避免轴承的过度磨损并且保证轴承有尽可能低的内阻，要避免使用不足量的或不适当的润滑剂来润滑轴承。

为了确保为轴承提供足够的润滑剂，许多轴承都具有润滑剂泵的接头——例如润滑剂喷嘴(Schmiernippel)。通过此类润滑剂喷嘴可将新的润滑剂——例如经过润滑剂泵——压入轴承内部。可以设想的是，能够将旧的或使用过的润滑剂——其摩擦学(tribologisch)特性例如由于吸附有会造成磨损的颗粒(Abriebpartikel)而受到不利影响——从轴承置换出来。

特别是对于要承受高机械荷载的大型轴承而言，供应足够的润滑剂是特别重要的，这是因为此类轴承通常是(比如风力发电机之类的)大型设施的一个组成部分，而此类轴承的故障可能会导致很高的成本。例如风力发电机的停机会导致运营商要在停机期间付出相应的成本，这是因为风力发电机在停机期间不能产生电力。此外，此类轴承的更换也相应于高昂的花费，这是因为此类风力发电机的组件往往具有多吨的重量。因此，对轴承的拆卸和后续安装仅在使用专门设备的条件下才有可能实现，并因此成本非常高。出于这一原因，对于此类轴承而言，要避免润滑剂的供应不足(Unterversorgung)。

为了保证为轴承规律地供应润滑剂当前已知的方式是使用自动润滑装置，该自动润滑装置根据预先给定的维护计划来为轴承供应润滑剂。此类润滑装置的通病在于，其不能够识别实际的润滑剂需求而仅仅是基于经验值或计算结果来提供润滑剂。而这些润滑装置并不会考虑特别的工作情况——例如润滑剂泄漏、(比如由轴承组件的磨损所造成的)润滑剂污染、由于轴承的特定荷载状态或润滑剂的树脂化所造成的润滑剂需求提高。相应地，对于此类润滑剂装置而言，例如因为润滑剂的供应不足，会导致提高轴承的磨损。在最严重的情况下，会导致轴承的损坏。而对于轴承的润滑剂需求过高的预估(Prognose)也可能导致对轴承润滑剂的供应过量。而此种状态同样是不利的，原因在于会由此降低轴承的可操作性

发明内容

因此，本发明的任务在于，提出一种用于自动为轴承提供润滑剂的自动润滑系统，该自动润滑系统至少部分克服了上述缺点。本发明的任务更具体是提出了一种自动在需求驱动下为轴承填充润滑剂的自动润滑系统，该自动润滑系统至少基本上保证了根据轴承的实际润滑剂需求来为轴承供应润滑剂。

该任务通过如本发明的权利要求1所述的、自动在需求驱动下为轴承填充润滑剂的自动润滑系统来解决。从属权利要求2至8涉及该自动润滑系统特别优选的设计方案。此外，该任务还通过如本发明的权利要求9所述的、操作该自动润滑系统对轴承进行润滑的方法来解决。从属权利要求10至12涉及操作该自动润滑系统的方法的、特别优选的设计方案。

相应地，本发明的任务通过一种自动在需求驱动下为轴承填充润滑剂的自动润滑系统来解决，该自动润滑系统具有用于自动为轴承施加润滑剂的自动润滑装置以及用于检测轴承的工作参数的检测装置。该润滑系统具有数据传输装置，该数据传输装置被设计用于在检测装置与润滑装置之间传输数据。该自动润滑装置被设计成可根据通过检测装置检测到的工作参数为轴承施加润滑剂。

自动润滑装置例如具有：润滑剂泵、润滑剂存储装置、润滑剂管路以及控制单元。控制单元被设计成可控制润滑剂泵，从而使得润滑剂从润滑剂存储装置出发通过润滑剂管路被输送至轴承中。

检测装置具有至少一个传感器，该传感器被设计成可对轴承的至少一个工作参数进行检测。轴承的工作参数例如是轴承转速、轴承温度、轴承振动或轴承压力。相应地，这些工作参数可在轴承工作时得到并且在可能的情况下与轴承的工作类型相关联。轴承振动例如与轴承的转速相关联，以及与轴承的润滑剂供应相关联。检测装置优选具有一个或多个传感器，用于检测轴承的多个工作参数。此外，检测装置被设计成可提供基于数据传输装置的工作参数的数据。这些数据例如能够是检测到的工作参数的原始数据、经过评估的工作参数数据、或者与润滑剂装置为轴承供应润滑剂有关的控制信号。

数据传输装置被设计用于将通过检测装置生成的数据传输给润滑装置。由此使得数据传输装置能够基于检测到的轴承工作参数来控制润滑装置。

通过轴承的工作参数可得到关于轴承当前的润滑剂供应的信息。例如借助于轴承特性曲线(Lagerkennfeldern)，能够将工作参数用来分析当前的润滑剂状态或润滑剂需求。自动润滑系统被优选设计成可借助于傅立叶变换来评估工作参数。通过例如声音传感器或加速度传感器或振动传感器的频谱能够给出与以下情况相关的信息，即在滚动体与滚道之间是否有在轴承内的、主要是金属的接触，或者此类接触是否能通过足够的润滑来避免。

相对于自动为轴承填充润滑剂的传统润滑系统而言，如本发明所述的润滑系统具有的优点在于，为轴承填充润滑剂不再仅仅按预定的时间间隔来进行，而是能够根据轴承实际的润滑剂需求来进行。因此，例如通过评估轴承的工作参数，有可能确定一临界润滑剂状态，即例如在没有及时补充润滑剂(Nachschmieren)时会发生轴承的润滑剂供应不足的情况。因此，为了避免此类临界润滑剂状态，可通过润滑剂系统及时为轴承自动补充润滑剂。一个其它的优点还在于，如果润滑剂的供应是根据需求而不是根据固定的润滑计划来实现的，则不会浪费润滑剂。当然，该润滑系统不但适用于根据固定的润滑计划也适用于根据(与轴承的工作参数紧密相关的)需求来确保轴承的润滑剂供应。

根据润滑系统的一个优选改进形式，检测装置与润滑装置彼此电隔离。这对于比如风力发电机之类的大型设施而言特别有利，原因在于润滑装置与检测装置——例如可能由于不同的电势或接地电流——发生相互干扰或破坏。通过将检测装置与润滑装置电隔离，将避免此类影响，并因此提高该润滑系统的工作可靠性。

数据传输装置优选被设计成可传输光信号。为此，数据传输装置例如具有用于发射光波的发送装置和用于接收光波的接收装置。为了传输光波，数据传输装置优选具有光导体，例如光波线缆(Glasfaserkabel)。光信号具有的优势在于，可传输数据，而无需在发送装置和接收装置之间建立电连接。

数据传输装置还优选具有用于传输电信号的继电器(Relais)。通过继电器，主电流回路上的电信号能够传输到从电流回路上，而无需在主电流回路和从电流回路中间建立电连接。主电流回路优选与检测装置相连接，以及与继电器的电磁体(Elektromagnet)相连接。从电流回路优选可通过继电器切断或接通，并且与润滑装置相连接。通过为主电流回路施加数据脉冲可操作所述继电器，使得该数据脉冲可通过所述继电器传输到从电流回路。因此，有可能以简单、成本低廉且可靠的方式来实现由检测装置到润滑装置的数据传输，而无需在检测装置与润滑装置之间有电连接。

在润滑系统有利的设计方案中，数据传输装置具有用于传输无线电信号的至少一个无线电发送装置和至少一个无线电接收装置。无线电发送装置优选与检测装置相连接，而无线电接收装置优选与润滑装置相连接。因此，数据可由检测装置传输到润滑装置，而不需要在检测装置与润滑装置之间有电连接。此类数据传输装置具有其它的优点，即数据能够从检测装置并且在可能情况下还从润滑装置传输到远程控制单元。由此可简单且成本低廉地监控润滑系统的工作状态。

检测装置优选被设计用于检测加速度和/或速度。可检测的加速度例如是振动——特别是轴承在工作时所引起的振动。借助于适当的分析方法——例如傅立叶变换——根据检测到的加速度给出关于轴承的润滑剂状态的结论(Aussagen)。对所得加速度的频谱的评估特别是有可能可靠推断出轴承的摩擦学状态，并且在可能情况下还表示出了为轴承补充润滑剂的必要性。速度例如是轴承的转速。

作为特别优选的方式，检测装置被设计用于检测加速度和速度。因此，还可考虑轴承的振动与轴承的荷载的额外关联性。这种方式的优点在于，可额外确定，轴承的哪一部分振动是由轴承的润滑剂状态所导致的，而哪一部分振动则是由外部影响(例如轴承的当前荷载)所导致的。由此显著改善了该润滑系统的准确性和可靠性。在许多应用——尤其是在风力发电机中——轴承的当前荷载直接对应于轴承的当前转速。这例如可导致，对于同一被检测的工作振动(Betriebsschwingung)而言，在轴承的第一转速下的评估结果表明轴承具有足够的润滑剂，而在轴承较小的第二转速下的评估结果则表明轴承不具有足够的润滑剂。

作为特别优选的方式，所述润滑系统被设计用于对风力发电机的轴承进行润滑。风力发电机的轴承——特别是此类风力发电机转子的轴承——在工作时要承受很高的荷载，并因此需要通过所述润滑系统来保证最佳的润滑。此外，此类轴承的润滑系统同样要承受特别的荷载，从而使得(其中检测装置与润滑装置之间电隔离的)润滑系统特别适用于此类应用情况。

除此以外，本发明的任务还通过操作自动润滑系统对轴承进行润滑的方法来解决。所述方法具有以下步骤：

-检测轴承的至少一个工作振动；

-评估检测到的工作振动，以便确定轴承是否具有足够的润滑剂；以及

-如果轴承不具有足够的润滑剂，则自动润滑轴承。

轴承在工作时产生工作振动。该工作振动尤其是与轴承的润滑剂状态相关联。例如通过将工作振动与标称值(Sollwert)相比较可以得到轴承的实际润滑剂状态(IST-Schmiermittelzustand)。此处，如果在一个润滑剂状态下的工作振动显示出特别强的振动或者高的振幅，则在该润滑剂状态下需要为轴承补充润滑剂，而具有相对较低振幅的工作振动则表明还有足够的润滑剂。此外，振动的频谱特别是能够给出与轴承有何种摩擦学状态相关的信息。如果需要补充润滑剂，最好为轴承提供预定量的润滑剂。该预定量优选与所得的润滑剂状态相关，从而使得在检测到的润滑剂需求特别高的状态下要将相应大量的润滑剂提供给轴承。作为一种替代方案，预先定义该预定量润滑剂，从而使得在每次提供润滑剂时都将在轴承上提供相同量的润滑剂。

因此，如果得到一润滑剂状态而在该润滑剂状态下需要为轴承补充润滑剂，则轴承自动在需求驱动下进行润滑。该方法优选以如下方式实施，即仅当关于润滑剂状态的特征工作振动具有预定的持续时间(例如1分钟长)或者频率(例如2至10次)时才去检测此类润滑剂状态，从而避免例如因为一次性的强工作振动就主动进行润滑。

轴承的自动润滑以如下方式特别有利地实现，即在两个润滑过程之间存在至少一个预先定义的最小时间间隔。此类时间间隔最好在1至250小时之间，更优选是在5至50小时之间，而特别优选则是大约24小时。这种方式之所以有利是因为：被提供至轴承的润滑剂只需要分布在轴承中，并且在该时间段内可能出现越来越强烈的、轴承的工作振动。因此应当避免发生为轴承供应过量润滑剂的情况。因为能够节省润滑剂，所以这种方式也是有利的。

作为特别优选的方式，所述方法在如本发明所述的润滑剂系统上执行。如本发明所述的润滑剂系统特别适合执行此类方法。

在所述方法的有利设计方案中，对检测到的工作振动的评估是根据轴承的转速来实现的。轴承的工作振动——特别是工作振动的振幅——是与润滑剂状态和轴承转速相关联的。在考虑了测量到的工作振动的转速相关性的情况下，能够更准确地确定润滑剂状态。由此能够进一步优化所述方法。

在对检测到的工作振动进行评估时，更加优选的是还要考虑轴承温度和/或轴承压力，这是因为轴承的工作振动也可能与这些参数有相关性。

对检测到的工作振动进行评估优选借助于快速傅立叶变换来实现。已经被证实的是，此类算法特别适合用来对工作振动进行评估。

在本文中关于自动在需求驱动下为轴承填充润滑剂的自动润滑系统描述的特征，其相对关于操作所公开的自动润滑系统以便对轴承进行润滑的方法而言也是有效的，反之亦然，因此能够对这些特征进行相互引用。

附图说明

下面将根据附图来对本发明进行更加详细的描述。在附图中示意性显示的有：

图1显示了自动润滑系统的第一实施方式；

图2显示了与时间相关的工作振动的振动强度的示图；

图3显示了操作自动润滑系统对轴承进行润滑的方法的流程图。

附图标记列表

1润滑系统

2轴承

3润滑装置

4检测装置

5数据传输装置

6控制单元

7加速度传感器

8转速传感器

9光发送装置

10 光导体

11 光接收装置

12 润滑剂泵

13 润滑剂存储装置

14 润滑剂管路

100第一方法步骤

200第二方法步骤

300第三方法步骤

B工作振动

S_krit>

t₁>

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具体实施方式

在图1中示意性示出的自动润滑系统1的第一实施方式具有润滑装置3，所述自动润滑系统1自动在需求驱动下为轴承2填充润滑剂。作为一种选择，所述润滑装置3具有润滑剂存储装置13和润滑剂泵12。润滑装置3被设计用于为轴承2——例如风力发电机的转子轴承(Rotorlager)——供应比如润滑脂之类的润滑剂。润滑系统1具有检测装置4，用于检测轴承2的工作状态。作为一种选择，检测装置4例如可具有加速度传感器7，用于检测或测量轴承2的工作振动B(参看图2)。此外，作为一种选择，检测装置4可具有转速传感器8，用于检测或测量轴承2的轴承转速。转速传感器8例如是光学的转速传感器。作为一种选择，检测装置4可具有控制单元6，该控制单元6被设计用于对通过加速度传感器7和转速传感器8检测到的、轴承2的工作参数进行评估。控制单元6被进一步设计成可基于所评估的工作参数来生成用于控制润滑剂泵12的控制信号。借助于该控制信号，为了将润滑剂泵送到轴承2中时可启动润滑剂泵12，而为了中断润滑剂的泵送时可关停润滑剂泵12。

为了将控制信号由检测装置4传输至润滑装置3，润滑系统1具有数据传输装置5。该数据传输装置5例如可具有光发送装置9、光导体10以及光接收装置11。光发送装置9被设计成可与检测装置4连接在一起，并且用于将控制信号通过光导体10发送至光接收装置11。光接收装置11被设计成可与润滑装置3连接在一起，并且用于接收控制信号。由此使得润滑装置3和检测装置4彼此电隔离。

图2显示了与时间(以任何单位)相关的工作振动B的振动强度的示图。该图针对转速进行了修正(drehzahlbereinigt)，也就是说在所示的工作振动B曲线中已经对由轴承2的轴承转速所引起的工作振动B的振动强度的变化进行了补偿。在第一时间点t₁之前，工作振动B处于一正常区域中，在该正常区域中表明轴承2具有足够的润滑剂。从时间点t₁开始，工作振动B的振动强度上升到临界振动强度S_krit以上。正如能够从该示图看出的，工作振动B的振动强度也在时间点t₁之后上升到临界振动强度S_krit以上。由此能够推断出，存在对润滑剂的需求，从而使得润滑剂系统1将润滑剂输送给轴承2。在时间点t₂之后，工作振动B重新回到临界振动强度S_krit以下。这反映了通过润滑剂系统1将润滑剂提供给轴承2所起到的效果。

在图3中显示了操作自动润滑系统1对轴承2进行润滑的方法。在第一方法步骤100中，轴承2的至少一个工作振动B借助于振动传感器7检测，并且轴承2的轴承转速借助于转速传感器8检测。在第二方法步骤200中，根据与检测到的轴承转速相关的轴承2的特征来评估检测到的工作振动B。由此确定轴承2是否有足够的润滑剂。在第三方法步骤300中，如果确定了轴承2没有足够的润滑剂，将控制命令传送至润滑系统1的润滑装置3，由此对润滑装置3进行控制。该控制命令指示润滑装置3对轴承2进行润滑。