分析軸承潤(rùn)滑劑的測(cè)量裝置和方法
【專利說(shuō)明】分析軸承潤(rùn)滑劑的測(cè)量裝置和方法
[0001]本專利申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?00880106177.2的中國(guó)專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)，原申請(qǐng)的申請(qǐng)日為2008年8月27日，發(fā)明創(chuàng)造名稱為分析軸承潤(rùn)滑劑的測(cè)量裝置和方法。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種用于分析軸承、尤其滾動(dòng)軸承或者滑動(dòng)軸承的潤(rùn)滑劑的測(cè)量裝置以及一種用于檢測(cè)并且監(jiān)控軸承尤其滾動(dòng)軸承或者滑動(dòng)軸承的潤(rùn)滑劑的狀態(tài)的方法。
【背景技術(shù)】
[0003]從實(shí)踐中已知了檢測(cè)并且監(jiān)控軸承、尤其滾動(dòng)軸承或者滑動(dòng)軸承的潤(rùn)滑劑的狀態(tài)，尤其是潤(rùn)滑劑的化學(xué)成分。潤(rùn)滑劑的化學(xué)狀態(tài)的改變指出了潤(rùn)滑劑中的老化過(guò)程并且顯示出何時(shí)必須更換或者補(bǔ)充潤(rùn)滑劑。
[0004]在此，在本申請(qǐng)文件的范圍內(nèi)，每種潤(rùn)滑材料都稱為‘潤(rùn)滑劑’，其在軸承中起到潤(rùn)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(hù)、用于緩沖振動(dòng)或者用作密封劑。
[0005]已知在潤(rùn)滑劑上進(jìn)行電容測(cè)量。在此，層厚對(duì)測(cè)量結(jié)果有較大的影響；此外，證明測(cè)量結(jié)果非常分散并且很難復(fù)制。電容測(cè)量也只是間接地指出了潤(rùn)滑劑的化學(xué)成分，例如通過(guò)位于潤(rùn)滑劑中的金屬導(dǎo)電顆粒會(huì)影響電容測(cè)量的測(cè)量結(jié)果。
[0006]另外已知從軸承中獲取潤(rùn)滑劑的樣本并且借助于電磁輻射進(jìn)行照射，從而接收樣本的頻譜并且進(jìn)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(shuō)近紅外線(MIR或者說(shuō)NIR)的頻譜范圍內(nèi)對(duì)潤(rùn)滑脂樣本進(jìn)行分析。該測(cè)量在軸承外部進(jìn)行，也就是說(shuō)沒(méi)有在軸承內(nèi)部的特殊的物理的或者化學(xué)的邊緣條件下進(jìn)行。此外，取樣是繁瑣的，尤其在很難接近軸承時(shí)和/或?yàn)榱巳颖仨毻Ｖ馆S承運(yùn)行時(shí)。此外，軸承內(nèi)部的取樣的位置對(duì)分光鏡的測(cè)量結(jié)果有影響，因?yàn)闈?rùn)滑劑是在軸承運(yùn)行時(shí)分布在軸承內(nèi)部空間內(nèi)的成分的混合物。證實(shí)也有問(wèn)題的是，在軸承內(nèi)部潤(rùn)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(yùn)行狀態(tài)的裝置。在此，如此求得軸承的潤(rùn)滑劑的當(dāng)前狀態(tài)，即在軸承附近設(shè)置接收器裝置，該接收器裝置接收并且分析從軸承中出來(lái)的潤(rùn)滑劑。該分析限制于包含在軸承潤(rùn)滑劑中的金屬顆粒的確定以及潤(rùn)滑劑的溫度的檢測(cè)。沒(méi)有提供關(guān)于軸承內(nèi)部潤(rùn)滑劑的化學(xué)成分的結(jié)論。
[0008]DE 93 11 938 Ul描述了一種用于從滾動(dòng)軸承中取得潤(rùn)滑劑、尤其潤(rùn)滑脂樣本的裝置。在此，將孔加入滾動(dòng)軸承的軸承環(huán)中，通過(guò)該孔可以相應(yīng)地獲取潤(rùn)滑脂樣本。在這里也不能馬上在出口處測(cè)量潤(rùn)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(kāi)頭所述類型的用于軸承的測(cè)量裝置，該裝置可獲得關(guān)于軸承中的潤(rùn)滑劑的狀態(tài)的當(dāng)前信息。
[0010]根據(jù)本發(fā)明，所述的目的通過(guò)一種用于分析軸承潤(rùn)滑劑的測(cè)量裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中，所述測(cè)量裝置包括電磁輻射的發(fā)送器、接收器和設(shè)置在所述發(fā)送器和所述接收器之間的探測(cè)區(qū)域，所述探測(cè)區(qū)域至少分段地設(shè)置在所述軸承的內(nèi)部，并且所述接收器提供了由探測(cè)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(guò)一種用于檢測(cè)和監(jiān)控軸承、尤其是滾動(dòng)軸承或滑動(dòng)軸承的潤(rùn)滑劑狀態(tài)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，包括用電磁輻射向潤(rùn)滑劑的樣本進(jìn)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(cè)C 一 H組合模式范圍內(nèi)的、被照射的樣本的頻譜。
[0012]因?yàn)樘綔y(cè)區(qū)域設(shè)置在軸承內(nèi)部，所以取消了浪費(fèi)時(shí)間的取樣過(guò)程，更確切地說(shuō)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(xué)的條件下測(cè)量潤(rùn)滑劑。由此取消了在取樣連同后面運(yùn)輸?shù)椒治鰡卧袝r(shí)對(duì)測(cè)量結(jié)果的扭曲。
[0013]在軸承運(yùn)行期間可以連續(xù)地監(jiān)控該軸承；該監(jiān)控可以自動(dòng)地發(fā)生，其中例如一旦檢測(cè)到的頻譜與預(yù)先給定的標(biāo)準(zhǔn)有偏差時(shí)，就觸發(fā)報(bào)警。
[0014]從樣本出發(fā)的電磁輻射的頻譜的接收在較快的時(shí)間內(nèi)提供了關(guān)于潤(rùn)滑劑的化學(xué)狀態(tài)的信息。電磁輻射本身不影響也不改變潤(rùn)滑劑；與常規(guī)的取樣相比，也不會(huì)再出現(xiàn)潤(rùn)滑劑的有待補(bǔ)償?shù)膿p耗。頻譜本身提供了關(guān)于潤(rùn)滑劑成分的化學(xué)方面的信息，該信息在很大程度上不取決于包含在潤(rùn)滑劑中的異物例如顆粒。
[0015]優(yōu)選將探測(cè)區(qū)域設(shè)置在軸承的內(nèi)部上，尤其設(shè)置在軸承內(nèi)壁的加載機(jī)械應(yīng)力的、并且一定需要潤(rùn)滑作用的區(qū)段上，從而實(shí)現(xiàn)或者說(shuō)維持軸承的功能。在滾動(dòng)軸承中，探測(cè)區(qū)域例如有利地設(shè)置在滾動(dòng)體在兩個(gè)軸承環(huán)之一上的滾動(dòng)面中或者滾動(dòng)面附近，因?yàn)樵跐L動(dòng)體和軸承環(huán)之間的接觸區(qū)域中剛好需要潤(rùn)滑作用。探測(cè)區(qū)域的設(shè)置對(duì)于潤(rùn)滑劑的實(shí)際狀態(tài)的直接信息來(lái)說(shuō)是決定性的；也可以額外地識(shí)別不再存在潤(rùn)滑劑的情況，肯定在需要潤(rùn)滑劑的地方?jīng)]有或者不再有潤(rùn)滑劑了。
[0016]優(yōu)選在探測(cè)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(shí)的頻譜或者說(shuō)全反射時(shí)的頻譜提供了關(guān)于潤(rùn)滑劑的化學(xué)成分的信息。作為用于接收頻譜的測(cè)量原則的反射或者說(shuō)全反射具有對(duì)表面敏感的優(yōu)點(diǎn)，以及已經(jīng)能夠可靠地檢測(cè)很少量有待證實(shí)的潤(rùn)滑劑的優(yōu)點(diǎn)。此外，可以避免電磁輻射進(jìn)入軸承的內(nèi)部空間。在反射或者說(shuō)全反射中，還可以將發(fā)送器和接收器相互相鄰地進(jìn)行設(shè)置，從而將測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得很小。
[0017]優(yōu)選將發(fā)送器、接收器和探測(cè)區(qū)域組成一個(gè)結(jié)構(gòu)上的單元，并且探測(cè)區(qū)域包括朝向軸承內(nèi)部的邊界面，在該邊界面上會(huì)出現(xiàn)反射或者全反射。可以簡(jiǎn)單并且快速地安置該結(jié)構(gòu)上的單元或者說(shuō)在軸承上進(jìn)行更換；在結(jié)構(gòu)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(shuō)全反射的功能可以在其幾何形狀的構(gòu)造或者說(shuō)在邊界面的材料方面進(jìn)行優(yōu)化。
[0018]優(yōu)選提出，接收器檢測(cè)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(shè)計(jì)測(cè)量裝置。在此證明有利的是，尤其在NIR或者說(shuō)MIR范圍內(nèi)的IR輻射激發(fā)了潤(rùn)滑劑中的分子振動(dòng)，該分子振動(dòng)提供了關(guān)于潤(rùn)滑劑的獨(dú)特的IR活性組的化學(xué)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(rùn)滑劑的化學(xué)成分。此外有利的是，在IR范圍內(nèi)，尤其在NIR或者說(shuō)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(huì)出現(xiàn)全反射的入射角不會(huì)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(rùn)滑劑的滾動(dòng)軸承內(nèi)部會(huì)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(rùn)滑劑中，使得探測(cè)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(gòu)造的光密度大的介質(zhì)位于軸承內(nèi)部的外面。因?yàn)椴皇枪饷芏却蟮慕橘|(zhì)就是測(cè)量裝置的其它部分進(jìn)入軸承內(nèi)部，從而其不干擾運(yùn)行中的軸承，通過(guò)到達(dá)軸承內(nèi)部的漸消失區(qū)實(shí)現(xiàn)對(duì)軸承內(nèi)部的化學(xué)比例進(jìn)行測(cè)量、尤其對(duì)潤(rùn)滑劑的狀態(tài)進(jìn)行化學(xué)方面的分析。
[0019]特別優(yōu)選的是，接收器檢測(cè)并且分析在C 一 H振動(dòng)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(dòng)、尤其C 一 H拉伸振動(dòng)具有較高的吸收系數(shù)，使得已經(jīng)很少的量或者說(shuō)很薄的層在重要的波長(zhǎng)范圍內(nèi)會(huì)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(hào)了。在此，也特別省去了用于對(duì)頻譜進(jìn)行分析的頻譜的細(xì)節(jié)、例如各個(gè)吸收峰的位置和強(qiáng)度，使得信息基本上必須限制于作為所述細(xì)節(jié)的C 一 H鍵的證實(shí)。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(shí)別頻譜的細(xì)節(jié)，并且必要時(shí)可以從吸收的強(qiáng)度中推導(dǎo)出潤(rùn)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(dòng)。對(duì)于C 一 H拉伸振動(dòng)來(lái)說(shuō)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(dòng)。也可以分析C 一 H拉伸振動(dòng)的在大約1630到大約1800nm范圍內(nèi)的