分析軸承潤滑劑的測量裝置和方法
【專利說明】分析軸承潤滑劑的測量裝置和方法
[0001]本專利申請是申請?zhí)枮?00880106177.2的中國專利申請的分案申請，原申請的申請日為2008年8月27日，發(fā)明創(chuàng)造名稱為分析軸承潤滑劑的測量裝置和方法。
技術領域
[0002]本發(fā)明涉及一種用于分析軸承、尤其滾動軸承或者滑動軸承的潤滑劑的測量裝置以及一種用于檢測并且監(jiān)控軸承尤其滾動軸承或者滑動軸承的潤滑劑的狀態(tài)的方法。
【背景技術】
[0003]從實踐中已知了檢測并且監(jiān)控軸承、尤其滾動軸承或者滑動軸承的潤滑劑的狀態(tài)，尤其是潤滑劑的化學成分。潤滑劑的化學狀態(tài)的改變指出了潤滑劑中的老化過程并且顯示出何時必須更換或者補充潤滑劑。
[0004]在此，在本申請文件的范圍內(nèi)，每種潤滑材料都稱為‘潤滑劑’，其在軸承中起到潤滑的作用、減少摩擦和磨損并且也可以附加地滿足其它功能，例如用于在軸承組件之間傳遞力、冷卻軸承、用作防腐蝕保護、用于緩沖振動或者用作密封劑。
[0005]已知在潤滑劑上進行電容測量。在此，層厚對測量結果有較大的影響；此外，證明測量結果非常分散并且很難復制。電容測量也只是間接地指出了潤滑劑的化學成分，例如通過位于潤滑劑中的金屬導電顆粒會影響電容測量的測量結果。
[0006]另外已知從軸承中獲取潤滑劑的樣本并且借助于電磁輻射進行照射，從而接收樣本的頻譜并且進行分析。已知在軸承外部專門借助于IR分光鏡，在中紅外線或者說近紅外線(MIR或者說NIR)的頻譜范圍內(nèi)對潤滑脂樣本進行分析。該測量在軸承外部進行，也就是說沒有在軸承內(nèi)部的特殊的物理的或者化學的邊緣條件下進行。此外，取樣是繁瑣的，尤其在很難接近軸承時和/或為了取樣必須停止軸承運行時。此外，軸承內(nèi)部的取樣的位置對分光鏡的測量結果有影響，因為潤滑劑是在軸承運行時分布在軸承內(nèi)部空間內(nèi)的成分的混合物。證實也有問題的是，在軸承內(nèi)部潤滑劑在不同的位置上以不同的程度老化。
[0007]DE 35 10 408 Al描述了一種用于監(jiān)控軸承的運行狀態(tài)的裝置。在此，如此求得軸承的潤滑劑的當前狀態(tài)，即在軸承附近設置接收器裝置，該接收器裝置接收并且分析從軸承中出來的潤滑劑。該分析限制于包含在軸承潤滑劑中的金屬顆粒的確定以及潤滑劑的溫度的檢測。沒有提供關于軸承內(nèi)部潤滑劑的化學成分的結論。
[0008]DE 93 11 938 Ul描述了一種用于從滾動軸承中取得潤滑劑、尤其潤滑脂樣本的裝置。在此，將孔加入滾動軸承的軸承環(huán)中，通過該孔可以相應地獲取潤滑脂樣本。在這里也不能馬上在出口處測量潤滑劑的狀態(tài)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是提供一種開頭所述類型的用于軸承的測量裝置，該裝置可獲得關于軸承中的潤滑劑的狀態(tài)的當前信息。
[0010]根據(jù)本發(fā)明，所述的目的通過一種用于分析軸承潤滑劑的測量裝置來實現(xiàn)，其中，所述測量裝置包括電磁輻射的發(fā)送器、接收器和設置在所述發(fā)送器和所述接收器之間的探測區(qū)域，所述探測區(qū)域至少分段地設置在所述軸承的內(nèi)部，并且所述接收器提供了由探測區(qū)域捕獲的電磁輻射的頻譜。
[0011]根據(jù)本發(fā)明，所述目的通過一種用于檢測和監(jiān)控軸承、尤其是滾動軸承或滑動軸承的潤滑劑狀態(tài)的方法來實現(xiàn)，包括用電磁輻射向潤滑劑的樣本進行照射，并且在頻譜的近紅外線范圍或者中紅外線范圍內(nèi)檢測C 一 H組合模式范圍內(nèi)的、被照射的樣本的頻譜。
[0012]因為探測區(qū)域設置在軸承內(nèi)部，所以取消了浪費時間的取樣過程，更確切地說提供了這樣的方案，即在原處，也就是在軸承內(nèi)部的物理或者化學的條件下測量潤滑劑。由此取消了在取樣連同后面運輸?shù)椒治鰡卧袝r對測量結果的扭曲。
[0013]在軸承運行期間可以連續(xù)地監(jiān)控該軸承；該監(jiān)控可以自動地發(fā)生，其中例如一旦檢測到的頻譜與預先給定的標準有偏差時，就觸發(fā)報警。
[0014]從樣本出發(fā)的電磁輻射的頻譜的接收在較快的時間內(nèi)提供了關于潤滑劑的化學狀態(tài)的信息。電磁輻射本身不影響也不改變潤滑劑；與常規(guī)的取樣相比，也不會再出現(xiàn)潤滑劑的有待補償?shù)膿p耗。頻譜本身提供了關于潤滑劑成分的化學方面的信息，該信息在很大程度上不取決于包含在潤滑劑中的異物例如顆粒。
[0015]優(yōu)選將探測區(qū)域設置在軸承的內(nèi)部上，尤其設置在軸承內(nèi)壁的加載機械應力的、并且一定需要潤滑作用的區(qū)段上，從而實現(xiàn)或者說維持軸承的功能。在滾動軸承中，探測區(qū)域例如有利地設置在滾動體在兩個軸承環(huán)之一上的滾動面中或者滾動面附近，因為在滾動體和軸承環(huán)之間的接觸區(qū)域中剛好需要潤滑作用。探測區(qū)域的設置對于潤滑劑的實際狀態(tài)的直接信息來說是決定性的；也可以額外地識別不再存在潤滑劑的情況，肯定在需要潤滑劑的地方?jīng)]有或者不再有潤滑劑了。
[0016]優(yōu)選在探測區(qū)域中發(fā)生反射，尤其是從發(fā)送器發(fā)出的電磁輻射的全反射。在這種情況下，反射頻譜、例如漫反射時的頻譜或者說全反射時的頻譜提供了關于潤滑劑的化學成分的信息。作為用于接收頻譜的測量原則的反射或者說全反射具有對表面敏感的優(yōu)點，以及已經(jīng)能夠可靠地檢測很少量有待證實的潤滑劑的優(yōu)點。此外，可以避免電磁輻射進入軸承的內(nèi)部空間。在反射或者說全反射中，還可以將發(fā)送器和接收器相互相鄰地進行設置，從而將測量裝置的結構設計得很小。
[0017]優(yōu)選將發(fā)送器、接收器和探測區(qū)域組成一個結構上的單元，并且探測區(qū)域包括朝向軸承內(nèi)部的邊界面，在該邊界面上會出現(xiàn)反射或者全反射?？梢院唵尾⑶铱焖俚匕仓迷摻Y構上的單元或者說在軸承上進行更換；在結構上的單元之間的接觸面僅僅由邊界面形成，該邊界面考慮到其用于電磁輻射的反射或者說全反射的功能可以在其幾何形狀的構造或者說在邊界面的材料方面進行優(yōu)化。
[0018]優(yōu)選提出，接收器檢測并且在頻譜方面分析在紅外線范圍內(nèi)的電磁輻射，尤其在近紅外線或者中紅外線范圍內(nèi)的電磁輻射。由此，根據(jù)IR頻譜儀的種類設計測量裝置。在此證明有利的是，尤其在NIR或者說MIR范圍內(nèi)的IR輻射激發(fā)了潤滑劑中的分子振動，該分子振動提供了關于潤滑劑的獨特的IR活性組的化學特征的精確的信息；另一方面，不同于UV射線或者倫琴射線，IR射線不影響潤滑劑的化學成分。此外有利的是，在IR范圍內(nèi)，尤其在NIR或者說MIR的范圍內(nèi)，許多可由IR穿透的物質(zhì)具有明顯大于I的折射率，使得在邊界面上會出現(xiàn)全反射的入射角不會非常高。尤其可以將IR射線接到光密度大的介質(zhì)中，從而在朝向光密度小的介質(zhì)的邊界面上、例如在具有潤滑劑的滾動軸承內(nèi)部會出現(xiàn)全反射，其中漸消失區(qū)從光密度大的介質(zhì)到光密度小的介質(zhì)中并且由此到潤滑劑中，使得探測空間位于軸承內(nèi)部并且光密度大的介質(zhì)、尤其根據(jù)窗口的種類構造的光密度大的介質(zhì)位于軸承內(nèi)部的外面。因為不是光密度大的介質(zhì)就是測量裝置的其它部分進入軸承內(nèi)部，從而其不干擾運行中的軸承，通過到達軸承內(nèi)部的漸消失區(qū)實現(xiàn)對軸承內(nèi)部的化學比例進行測量、尤其對潤滑劑的狀態(tài)進行化學方面的分析。
[0019]特別優(yōu)選的是，接收器檢測并且分析在C 一 H振動的組合模式范圍內(nèi)的電磁輻射。在此，考慮這樣的情況，即C 一 H振動、尤其C 一 H拉伸振動具有較高的吸收系數(shù)，使得已經(jīng)很少的量或者說很薄的層在重要的波長范圍內(nèi)會引起幾乎完全的吸收，由此連接在后面的接收器不能再獲得可使用的信號了。在此，也特別省去了用于對頻譜進行分析的頻譜的細節(jié)、例如各個吸收峰的位置和強度，使得信息基本上必須限制于作為所述細節(jié)的C 一 H鍵的證實。在C 一 H組合模式的范圍內(nèi)，吸收系數(shù)明顯更小；在這里可以識別頻譜的細節(jié)，并且必要時可以從吸收的強度中推導出潤滑材料的層厚。在此，‘組合模式’理解為狹義中的組合模式以及諧振動。對于C 一 H拉伸振動來說例如提出了，分析在大約2000到大約2450nm范圍內(nèi)的組合模式或者組合模式的在大約1350到大約1450nm范圍內(nèi)的第一諧波振動。也可以分析C 一 H拉伸振動的在大約1630到大約1800nm范圍內(nèi)的