Untersuchungen zum Verhalten der Wälzlagerimpedanz in verschieden Betriebsbedingungen
Zur Untersuchung des Verhaltens der Wälzlagerimpedanz und der daraus ableitbaren Eignung für die Zustandsüberwachung wurden, in Kooperation mit HCP Sence, Versuche bei unterschiedlichen Drehzahlbetriebszuständen und bei Einbringung einer Beschädigung untersucht.
Als Versuchsobjekte wurden Wälzlager vom Typ 6005-2RSH der Firma SKF mit dem Schmiermittel Mobil SHC Grease 681 WT verwendet. Diese Versuchslager wurden auf einer, von der Umgebung elektrisch isolierten, Welle montiert. Als Antriebseinheit wurde ein Elektromotor der Fimra SEVA TEC Typ SEV-MX1-100L2-8 verwendet. Zum Erfassen der Impedanz wurde ein Messgerät der Firma HCP Sence verwendet.
Um die Drehzahlabhängigkeit der Impedanz zu untersuchen, wurden Stufenversuche als auch Dauerversuche durchgeführt. In den Stufenversuchen wurden in einem Zeitabschnitt von jeweils 10 Minuten verschiedenen Drehzahlenstufen vom Stillstand bis zur maximalen Motordrehzahl angefahren. Bei den niedrigeren Drehzahlen wurde eine kleinere Abstufung gewählt, um den Übergang von reiner Reibung hin zur Flüssigkeitsreibung mit aufzunehmen.
Aus den Ergebnissen ist gut zu erkennen, dass die Drehzahl einen Einfluss auf die Impedanz hat und eine Veränderung der Drehzahl auch zu einer proportionalen Impedanzantwort führt. Beim Einstellen einer Drehzahl trat ein Überschwingen bzw. ein Unterunterschwingen der Impedanz auf. Der Wert näherte sich jedoch über die Zeit auf einen stabilen Wert an.
Dieses Verhalten kann hauptsächlich durch die Änderung der Lagerbetriebstemperatur erklärt werden.
Der Einfluss der Temperatur wurde vor allem in den Dauerversuchen deutlich. In diesen wurde das Wälzlager bei konstanter Drehzahl überwacht. Es zeigte sich zu Beginn ein ähnliches Überschießen der Impedanz, welches sich mit der Zeit wieder auf einen stabilen Wert abschwächte. Es wird dadurch die Temperaturänderung des Lagers hin zu seiner Betriebstemperatur abgebildet.
Diese Zusammenhänge lassen sich gut zur Überwachung von Veränderungen der Ausgangssituation nutzen. Es müssen jedoch genauere Aussage ermöglicht werden, die es ermöglichen aus der gemessenen Impedanz oder deren Verlauf, Schlüsse auf die vorliegende Lagertemperatur oder die Lagerdrehzahl oder eventuelle andere Einflüsse wie Belastungsänderungen zu geben.
Zur Untersuchung des Impedanzverhaltens bei Beschädigung des Lagers wurden zwei Versuche durchgeführt. Im ersten Versuch sollte das Auftreten einer Beschädigung während des Betriebes analysiert werden. Hierzu wurde das Lager über 3 Stunden auf einer konstanten Drehzahl angefahren und nach 1,5 Stunden wurde das Lager nach kurzem Anhalten mit einer Beschädigung auf dem Außenring versehenen.
Die Untersuchung der Impedanz zeigte eine deutliche Veränderung des Signals nach der Einbringung der Beschädigung. Es bildete sich ein deutliches Signalrauschen aus. Die Vermutung für den Grund ist, dass durch die Beschädigung Partikel in das Schmiermittel eingebracht wurden und die Wälzkörper die beschädigte Stelle wiederholt überrollen. Hierdurch wird der Schmierfilm unterbrochen und sich das kapazitive Verhalten in ohm’sche Verhalten ändert und zu einem Absturz des Impedanzbetrags führt.
Der zweite Versuch sollte dazu dienen, ein bereits beschädigtes Lager nach dem Einbau zu erkennen. Hierzu wurde das bereits beschädigte Lager nach einer Abkühlphase erneut bei einer konstanten Drehzahl angefahren. Dabei trat das bereits im Vorversuch zu sehende Signalrauschen und das temperaturbedingte Absinken des Impedanzbetrags auf.
Durch diese Ergebnisse kann durch die Überwachung der Impedanz deutlich auf eine Beschädigung geschlossen werden. Für eine genauere Aussage über die Tauglichkeit und Vergleichbarkeit zu der verbreiteten Körperschallanalyse müssten weitere Versuche mit beschädigten Innenring und Wälzkörpern durchgeführt werden.