DE112013007412T5 - Bearing assembly comprising a sensor roller - Google Patents

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Andreas Clemens Van Der Ham
Nicolaas Simon Willem Den Haak
Sebastian ZIEGLER
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lagerbaugruppe umfassend einen Innenring (16), einen Außenring (14), eine Mehrzahl an Laufrollen (10), umfassend wenigstens eine Sensorrolle (10a), die in einem Käfig (18) zwischen dem Innenring (16) und dem Außenring (14) angeordnet ist, wobei die Sensorrolle (10a) mit einer Bohrung (24) ausgestattet ist, die eine Sensoreinheit (26) und wenigstens einen ersten Abschnitt einer Generatorbaugruppe (28) aufnimmt. Es ist vorgesehen, dass die Generatorbaugruppe (28) einen zweiten Abschnitt umfasst, der vom Käfig (18) bereitgestellt wird oder an diesem angeordnet ist, wobei wenigstens ein Magnetkreis der Generatorbaugruppe (28) wenigstens teilweise vom zweiten Abschnitt als Funktion einer relativen Rotation zwischen dem Käfig (18) und der Sensorrolle (10a) geöffnet und geschlossen wird, wobei der erste Abschnitt der Generatorbaugruppe (28) konfiguriert ist, um mit dem zweiten Abschnitt der Generatorbaugruppe in Wechselwirkung zu treten, um aus einer relativen Rotation zwischen dem Käfig (18) und der Sensorrolle (10a) Energie zu generieren.The invention relates to a bearing assembly comprising an inner ring (16), an outer ring (14), a plurality of rollers (10), comprising at least one sensor roller (10a) in a cage (18) between the inner ring (16) and the outer ring (14), wherein the sensor roller (10a) is provided with a bore (24) receiving a sensor unit (26) and at least a first portion of a generator assembly (28). It is contemplated that the generator assembly (28) includes a second portion provided by or disposed on the cage (18), wherein at least one magnetic circuit of the generator assembly (28) is at least partially spaced from the second portion as a function of relative rotation between the second assembly Cage (18) and the sensor roller (10a) is opened and closed, wherein the first portion of the generator assembly (28) is configured to interact with the second portion of the generator assembly to prevent relative rotation between the cage (18). and the sensor roll (10a) to generate energy.

Description

Technisches Gebiet Technical area

Die Erfindung betrifft eine Sensorrolle und eine eine solche Sensorrolle umfassende Lagerbaugruppe. The invention relates to a sensor roller and a bearing assembly comprising such a sensor roller.

Technischer Hintergrund Technical background

Das Ausstatten von Lagern mit verschiedenen Sensoren zur Lasterfassung und zum Messen von Temperatur, Rotationsgeschwindigkeit, Lärm etc. ist bekannt. In einigen Fällen werden Sensoren gemeinsam mit drahtlosen Sendern innerhalb von Rollen angeordnet und müssen mit Energie versorgt werden. Eine Lösung für dieses Problem ist die Verwendung einer Batterie. Es hat sich jedoch erwiesen, dass die Batterielebensdauer die Lagerlebensdauer bei wichtigen Anwendungsbereichen unterschreitet und Batteriewechsel umständlich sind. The provision of bearings with various sensors for load detection and for measuring temperature, rotation speed, noise, etc. is known. In some cases, sensors along with wireless transmitters are placed inside reels and need to be powered. One solution to this problem is the use of a battery. However, it has been found that the battery life falls below the bearing life in important applications and battery replacement is cumbersome.

Das Dokument EP 0637 734 A1 offenbart eine Vorrichtung für Lastmessung bei Rollenlagern, wobei die Messung mittels Sensoren durchgeführt wird, die angeordnet sind, um auf das Lager ausgeübte Kräfte zu messen. Die Sensoren kommunizieren mit Einrichtungen zum Aufzeichnen, Verarbeiten und Auswerten von von den Sensoren ausgesandten Signalen, die für die Lagerbelastung repräsentativ sind. Pro Laufrollenkörperreihe ist wenigstens ein Laufrollenkörper mit einer Bohrung versehen, in der wenigstens ein Sensor sowie Einrichtungen zum Verstärken und Übertragen von vom Sensor an einen Empfänger ausgesandten Signalen bereitgestellt werden. Der Empfänger wird am rotationsfreien Lagerring des Lagers bereitgestellt. Die vom Empfänger empfangenen Signale werden zur Signalverarbeitung an weitere externe Einrichtungen weitergeleitet. The document EP 0637 734 A1 discloses a device for load measurement in roller bearings wherein the measurement is performed by means of sensors arranged to measure forces applied to the bearing. The sensors communicate with means for recording, processing and evaluating signals emitted by the sensors which are representative of the bearing load. Per roller body row at least one roller body is provided with a bore in which at least one sensor and means for amplifying and transmitting signals sent by the sensor to a receiver are provided. The receiver is provided on the non-rotating bearing ring of the bearing. The signals received by the receiver are forwarded to further external devices for signal processing.

Die Energieversorgung der Übertragungs- und Verstärkungseinrichtungen wird mittels einer kleinen Spule erreicht, die in Verbindung mit dem Verstärker/Sender in der Bohrung der Laufrolle montiert ist und deren Ende außerhalb des Endes der Laufrolle herausragt. Die Spule ist in der Sensorrolle angeordnet, um mit einer großen stationären Spule zu kommunizieren, die am stationären Lagerring bereitgestellt wird. The power supply of the transmission and amplification means is achieved by means of a small coil which is mounted in connection with the amplifier / transmitter in the bore of the roller and whose end protrudes outside the end of the roller. The coil is disposed in the sensor roller to communicate with a large stationary coil provided on the stationary bearing ring.

Die stationäre Spule stellt der in der Laufrolle angeordneten Spule Energie bereit, und die in der Bohrung angeordnete Spule sendet kontinuierliche Belastungsdaten in der Form von Dehnungswerten von den Sensoren. The stationary coil provides energy to the coil disposed in the roller, and the coil disposed in the bore sends continuous load data in the form of strain values from the sensors.

Die Lösung in EP 0637 734 A1 weist insofern Nachteile auf, als die Energiemenge, die der kleinen Spule bereitgestellt werden kann, insbesondere im Fall von niedrigen Rotationsgeschwindigkeiten des Lagers eingeschränkt sein kann.The solution in EP 0637 734 A1 has drawbacks in that the amount of energy that can be provided to the small coil may be limited particularly in the case of low rotational speeds of the bearing.

Das Dokument DE69828236 T2 lehrt eine Lagerbaugruppe mit einer Laufrolle mit einer Bohrung, wobei ein Generator und ein Getriebe innerhalb der Bohrung bereitgestellt werden. Das Getriebe ist über ein elastisches Kopplungselement mit einem Käfig des Lagers verbunden. The document DE69828236 T2 teaches a bearing assembly having a roller with a bore providing a generator and gear within the bore. The transmission is connected via an elastic coupling element with a cage of the bearing.

Die in DE69828236 T2 vorgeschlagene Lösung weist Nachteile im Sinne von Robustheit und Lebensdauer des elastischen Kopplungselements auf. Weiterhin gestattet die elastische Verbindung nicht, dass die internen Bauteile der Laufrolle im Fall von Stößen oder übermäßig hohen Rotationsgeschwindigkeiten durch Überdecken oder Schlupf gegen Schäden geschützt werden, und die elastischen Eigenschaften des elastischen Kopplungselements sind gegenüber Temperaturänderungen empfindlich und unterliegen Alterung. In the DE69828236 T2 proposed solution has disadvantages in terms of robustness and life of the elastic coupling element. Furthermore, the elastic connection does not allow the internal components of the roller to be protected against damage by covering or slipping in the event of shocks or excessively high rotational speeds, and the elastic properties of the elastic coupling element are sensitive to temperature changes and subject to aging.

Zusammenfassung der Erfindung Summary of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Sensorrolle mit integrierter Generatorbaugruppe mit verringerten Wartungskosten, langer Lebensdauer und Potential für Miniaturisierung bereitzustellen. The object of the invention is to provide a sensor roll with integrated generator assembly with reduced maintenance costs, long life and potential for miniaturization.

Die Erfindung beginnt mit einer Lagerbaugruppe umfassend einen Innenring, einen Außenring, eine Mehrzahl an Laufrollen, umfassend wenigstens eine Sensorrolle, die in einem Käfig zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnet ist, wobei die Sensorrolle mit einer Bohrung ausgestattet ist, die eine Sensoreinheit und wenigstens einen ersten Abschnitt einer Generatorbaugruppe aufnimmt. The invention begins with a bearing assembly comprising an inner ring, an outer ring, a plurality of rollers, comprising at least one sensor roller, which is arranged in a cage between the inner ring and the outer ring, wherein the sensor roller is provided with a bore having a sensor unit and at least receives a first portion of a generator assembly.

Es ist vorgesehen, dass die Generatorbaugruppe einen zweiten Abschnitt umfasst, der vom Käfig bereitgestellt wird oder an diesem angeordnet ist, wobei wenigstens ein Magnetkreis der Generatorbaugruppe wenigstens teilweise vom zweiten Abschnitt als Funktion einer relativen Rotation zwischen dem Käfig und der Sensorrolle geöffnet und geschlossen wird, wobei der erste Abschnitt der Generatorbaugruppe konfiguriert ist, um mit dem zweiten Abschnitt der Generatorbaugruppe in Wechselwirkung zu treten, um aus einer relativen Rotation zwischen dem Käfig und der Sensorrolle Energie zu generieren.It is contemplated that the generator assembly includes a second portion provided by or disposed on the cage, wherein at least one magnetic circuit of the generator assembly is at least partially opened and closed by the second portion as a function of relative rotation between the cage and the sensor roller; wherein the first portion of the generator assembly is configured to interact with the second portion of the generator assembly to generate energy from relative rotation between the cage and the sensor roller.

Die Verteilung der Generatorbaugruppe über die Sensorrolle und den Käfig eröffnet Miniaturisierungspotential derart, dass Generatoren selbst für Laufrollen mit kleinem Bohrungsvolumen bereitgestellt werden können. Das Bewegen von Elementen innerhalb der Bohrung kann vermieden werden, und folglich können die Robustheit und Lebenszeit der Baugruppe weiter verbessert werden. The distribution of the generator assembly via the sensor roller and the cage opens up the potential for miniaturization such that generators can be provided even for small bore rollers. Moving elements within the bore can be avoided, and thus the robustness and lifetime of the assembly can be further enhanced.

Die Verwendung einer Magnetkopplung anstelle eines elastischen Kopplungselements ermöglicht einen praktisch verschleißfreien Betrieb und lange Lebensdauer. Die magnetischen Eigenschaften sind gegenüber externen Einflüssen weniger anfällig als elastische Eigenschaften eines elastischen Kopplungselements. Weiterhin kann die magnetische Wechselwirkung einfach mit Permanentmagneten generiert werden und kann zu den vom Generator verwendeten Magnetflusskreisen beitragen. The use of a magnetic coupling instead of an elastic coupling element allows a practically wear-free operation and long life. The magnetic properties are less susceptible to external influences than elastic properties of an elastic coupling element. Furthermore, the magnetic interaction can be easily generated with permanent magnets and can contribute to the magnetic flux circuits used by the generator.

Die Erfindung ist auf großformatige Rollenlager wie Lager für Windenergieanlagen, die überwacht werden müssen, anwendbar. Einschränkungen sind durch den maximalen Miniaturisierungsgrad für die in der Bohrung der Laufrolle unterzubringende Generatorbaugruppe sowie die Leistungsmenge, die bei einer gewissen Rotationsgeschwindigkeit zu generieren ist, gegeben. Die Lager können einreihige oder mehrreihige Rollenlager sein und können mit einer oder mehreren Sensorrollen pro Reihe ausgestattet sein.The invention is applicable to large sized roller bearings, such as bearings for wind turbines, which must be monitored. Restrictions are given by the maximum degree of miniaturization for the generator assembly to be accommodated in the bore of the roller and the amount of power to be generated at a certain rotational speed. The bearings can be single-row or multi-row roller bearings and can be equipped with one or more sensor rollers per row.

Die Sensoreinheit kann Dehnungssensoren, Temperatursensoren, Schwingungssensoren oder sonstige gewünschte Sensoren umfassen. The sensor unit may include strain sensors, temperature sensors, vibration sensors or other desired sensors.

Es ist weiterhin vorgesehen, dass der zweite Abschnitt der Generatorbaugruppe wenigstens eine Spule umfasst, die einen Magnetfluss des Magnetkreises enthält. Die in der Spule induzierte Wechselspannung kann zum Generieren von Energie verwendet werden. It is further contemplated that the second portion of the generator assembly comprises at least one coil containing a magnetic flux of the magnetic circuit. The AC voltage induced in the coil can be used to generate energy.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Generatorbaugruppe einen bürstenlosen Gleichstromgenerator, wobei der erste Abschnitt der Generatorbaugruppe der Statorabschnitt des bürstenlosen Gleichstromgenerators und der zweite Abschnitt der Generatorbaugruppe der Rotorabschnitt des bürstenlosen Gleichstromgenerators ist. In one embodiment of the invention, the generator assembly includes a brushless DC generator, wherein the first portion of the generator assembly is the stator portion of the brushless DC generator and the second portion of the generator assembly is the rotor portion of the brushless DC generator.

Vorzugsweise umfasst der zweite Abschnitt der Generatorbaugruppe wenigstens zwei Permanentmagnete, die in zu einer Rotationsachse der Sensorrolle symmetrischen Positionen angeordnet sind und durch eine Metallplatte mit hoher magnetischer Durchlässigkeit verbunden sind. Preferably, the second portion of the generator assembly includes at least two permanent magnets disposed in positions symmetric about an axis of rotation of the sensor roller and connected by a high magnetic permeability metal plate.

In diesem Fall ist es bevorzugt, dass der erste Abschnitt der Generatorbaugruppe wenigstens einen U-förmigen Magnetkern, der mit wenigstens einer Spule versehen ist, umfasst. In this case, it is preferable that the first portion of the generator assembly comprises at least one U-shaped magnetic core provided with at least one coil.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die Generatorbaugruppe einen Reluktanzgenerator, wobei der erste Abschnitt der Generatorbaugruppe der Statorabschnitt des Reluktanzgenerators ist und der zweite Abschnitt der Generatorbaugruppe der Rotorabschnitt des Reluktanzgenerators ist. In another embodiment of the invention, the generator assembly includes a reluctance generator, wherein the first portion of the generator assembly is the stator portion of the reluctance generator and the second portion of the generator assembly is the rotor portion of the reluctance generator.

In diesem Fall ist es bevorzugt, dass der erste Abschnitt der Generatorbaugruppe wenigstens zwei Permanentmagnete umfasst, die in zu einer Rotationsachse der Sensorrolle symmetrischen Positionen angeordnet sind und mit einem Magnetkern verbunden sind. In this case, it is preferable that the first portion of the generator assembly comprises at least two permanent magnets arranged in positions symmetrical to a rotation axis of the sensor roller and connected to a magnetic core.

Bei der weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es bevorzugt, dass der zweite Abschnitt der Generatorbaugruppe wenigstens eine Metallplatte mit hoher magnetischer Durchlässigkeit umfasst, die angeordnet ist, um einer axialen Stirnfläche eines Körpers der Sensorrolle mit einem Luftspalt zugewandt zu sein. In the further embodiment of the invention, it is preferable that the second portion of the generator assembly comprises at least one high magnetic permeability metal plate arranged to face an axial end surface of a body of the sensor roller having an air gap.

Das Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler- und Energiespeichermodul kann ein einfacher Gleichrichter mit Spannungsausgangsregler (Abwärts/Aufwärts) oder ein Spannungsvervielfacherkreis und ein Spannungsregler oder ein Batterieladekreis sein. Fachleute werden die Art der Speicherzelle abhängig vom beabsichtigen Nutzungsprofil in Kombination mit dem Rollengeschwindigkeitsprofil wählen. So ist beispielsweise für die Erkennung von Lagerdefekten eine Messung nur sinnvoll, wenn sich das Lager bewegt. Bei statischen Messungen wie Temperatur, Dehnung, Winkel etc. ist es notwendig, sich auf die Energiespeicherkapazität des Moduls zu verlassen. The AC-to-DC converter and energy storage module may be a simple voltage output regulator (buck / boost) rectifier or a voltage multiplier circuit and a voltage regulator or battery charge circuit. Those skilled in the art will select the type of memory cell depending on the intended usage profile in combination with the roll speed profile. For example, for the detection of bearing defects, a measurement only makes sense when the bearing is moving. For static measurements such as temperature, strain, angle, etc., it is necessary to rely on the energy storage capacity of the module.

Die Art der Energiespeicherungseinrichtung ist vom Nutzungsprofil (Messung und Übertragung) in Kombination mit dem Rotationsgeschwindigkeitsprofil abhängig. Es können Strategien entwickelt werden, um Messungen und Übertragung nur vorzunehmen, wenn ausreichend Leistung vom Generator zur Verfügung steht, und dass die Daten unter Bedingungen, bei denen die Leistung unzureichend ist, in nichtflüchtigen Speichern gesichert werden. In diesem Fall kann eine kleine Speicherzelle, zum Beispiel ein Kondensator, verwendet werden, um den Energiebedarf während der Datensicherung abzudecken.The type of energy storage device depends on the usage profile (measurement and transmission) in combination with the rotational speed profile. Strategies can be developed to perform measurements and transmission only when sufficient power is available from the generator, and to save the data in non-volatile memory under conditions where performance is insufficient. In this case, a small memory cell, for example a capacitor, can be used to cover the energy needs during data backup.

Weiterhin ist es vorgesehen, dass die Sensoreinheit eine drahtlose Übertragungseinheit umfasst, um Sensorsignale an eine Empfängereinheit zu übertragen.Furthermore, it is provided that the sensor unit comprises a wireless transmission unit in order to transmit sensor signals to a receiver unit.

Obwohl die Erfindung auf andere Arten von Laufrollen wie beispielsweise Toroidalrollenlager oder Kegelrollenlager anwendbar ist, sind die breitesten Anwendungsmöglichkeiten bei Zylinderrollen gegeben. Although the invention is applicable to other types of rollers such as toroidal roller bearings or tapered roller bearings, the widest possible applications are in cylindrical rollers.

Vorzugsweise sind die Sensoreinheit und der in der Bohrung aufgenommene Abschnitt der Generatorbaugruppe vorzugsweise unter Verwendung einer PUR-Vergussmasse eingekapselt, um Korrosion durch aggressive Inhaltsstoffe von für die Laufrolle verwendeten Schmierstoffen zu verhindern. Preferably, the sensor unit and the portion of the generator assembly received in the bore are preferably using encapsulated in a PUR potting compound to prevent corrosion by aggressive ingredients of lubricants used for the caster.

Vorzugsweise beträgt die Breite des Luftspalts im Magnetkreis, der den ersten und den zweiten Abschnitt der Generatorbaugruppe trennt, höchstens 1 mm. Breitere Spalten führen zu einem unzureichenden Wirkungsgrad der Generatorbaugruppe.Preferably, the width of the air gap in the magnetic circuit separating the first and second sections of the generator assembly is at most 1 mm. Wider columns lead to insufficient efficiency of the generator assembly.

Die obenstehende Beschreibung der Erfindung sowie die angehängten Ansprüche, Figuren und die nachstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen zeigen mehrere kennzeichnende Merkmale der Erfindung in spezifischen Kombinationen. Fachleuten wird es leicht fallen, weitere Kombinationen oder Unterkombinationen dieser Merkmale in Betracht zu ziehen, um die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen definiert ist, an ihre spezifischen Anforderungen anzupassen. The above description of the invention as well as the appended claims, figures and the following description of preferred embodiments show several distinctive features of the invention in specific combinations. It will be readily apparent to those skilled in the art to contemplate other combinations or subcombinations of these features to adapt the invention as defined in the claims to its specific requirements.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings

1 ist eine schematische Darstellung eines Rollenlagers umfassend eine Sensorrolle gemäß der Erfindung. 1 is a schematic representation of a roller bearing comprising a sensor roller according to the invention.

2 ist eine schematische Schnittansicht der Sensorrolle des Lagers aus 1. 2 is a schematic sectional view of the sensor roller of the bearing 1 ,

3 ist eine schematische Schnittansicht der Sensorrolle eines Lagers gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. 3 is a schematic sectional view of the sensor roller of a bearing according to a second embodiment of the invention.

4a4c zeigen verschiedene Konfigurationen einer Generatorbaugruppe des Lagers gemäß der Erfindung, die relativen Rotationspositionen der Sensorrolle und des Käfigs entsprechen. 4a - 4c show various configurations of a generator assembly of the bearing according to the invention, corresponding to the relative rotational positions of the sensor roller and the cage.

Ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen Detailed description of the embodiments

1 ist eine schematische Darstellung eines Rollenlagers umfassend eine Sensorrolle 10a gemäß der Erfindung. 1 is a schematic representation of a roller bearing comprising a sensor roller 10a according to the invention.

Das Lager ist ein einreihiges Rollenlager umfassend eine Sensorrolle 10a, die auf drahtlose Weise mit einer Fernempfängereinheit 12, die z.B. am stationären Ring 14 des Lagers oder an einem den stationären Ring 14 haltenden Gehäuse oder Holm befestigt ist. Die Empfängereinheit 12 kann über eine integrierte Datenverarbeitungseinrichtung oder eine Schnittstelle zum Weiterleiten der empfangenen Daten an eine weitere Regel- und Überwachungseinheit (nicht dargestellt), die die Sensordaten wie gewünscht verarbeitet, verfügen. The bearing is a single row roller bearing comprising a sensor roller 10a communicating wirelessly with a remote receiver unit 12 , for example, on the stationary ring 14 of the bearing or on a stationary ring 14 holding housing or spar is attached. The receiver unit 12 can have an integrated data processing device or an interface for forwarding the received data to another control and monitoring unit (not shown), which processes the sensor data as desired.

Das Lager umfasst einen Innenring 16, einen Außenring 14 und eine Mehrzahl an Zylinderrollen 10 umfassend die Sensorrolle 10a. Im Fall dieser Ausführungsform ist der Außenring 14 der stationäre Ring. The bearing includes an inner ring 16 , an outer ring 14 and a plurality of cylindrical rollers 10 comprising the sensor roll 10a , In the case of this embodiment, the outer ring 14 the stationary ring.

Die Laufrollen 10 sind in einem Käfig 18 zwischen dem Innenring 16 und dem Außenring 14 angeordnet. An der Stelle der Sensorrolle 10a ist der Käfig 18 mit einer Metallplatte 42 versehen, an der zwei Magnete 30a, 30b (2) angebracht sind.The rollers 10 are in a cage 18 between the inner ring 16 and the outer ring 14 arranged. At the point of sensor roll 10a is the cage 18 with a metal plate 42 provided, at the two magnets 30a . 30b ( 2 ) are mounted.

2 ist eine schematische Schnittansicht der Sensorrolle 10a des Lagers aus 1. 2 is a schematic sectional view of the sensor roller 10a of the camp 1 ,

Die Sensorrolle 10a ist mit einer Bohrung 24 versehen, die eine Sensoreinheit 26 und wenigstens einen ersten Abschnitt 28a einer Generatorbaugruppe 28 aufnimmt. Der erste Abschnitt 28a der in die Sensorrolle 10a integrierten Generatorbaugruppe 28 ist konfiguriert, um mit dem Käfig 18 in Wechselwirkung zu treten, um aus einer relativen Rotation zwischen dem Käfig 18 und der Sensorrolle 10a Energie zu generieren.The sensor role 10a is with a hole 24 provided, which is a sensor unit 26 and at least a first section 28a a generator assembly 28 receives. The first paragraph 28a the in the sensor role 10a integrated generator module 28 is configured to work with the cage 18 to interact, resulting from a relative rotation between the cage 18 and the sensor role 10a Generate energy.

Die Generatorbaugruppe 28 umfasst einen zweiten Abschnitt 28b, der am Käfig 18 angeordnet ist, wobei wenigstens ein Magnetkreis der Generatorbaugruppe 28 wenigstens teilweise vom zweiten Abschnitt 28b als Funktion einer relativen Rotation zwischen dem Käfig 18 und der Sensorrolle 10a geöffnet und geschlossen wird. Dadurch schwankt die Reluktanz des Magnetkreises mit einer Frequenz, die zur Frequenz der relativen Rotation zwischen der Laufrolle 10a und dem Käfig 18 proportional ist. Vorzugsweise wird wenigstens ein Permanentmagnet im Magnetkreis angeordnet, um einen Magnetfluss zu generieren, der als Reaktion auf die Schwankungen der Reluktanz des Magnetkreises oszilliert. Der erste Abschnitt 28a umfasst ein Spulenpaar 44a, 44b, das um einen Magnetkern 46 gewunden ist, der den Magnetfluss leitet, und die in den Spulen 44a, 44b induzierte schwankende Spannung wird verwendet, um elektrische Energie zu generieren. Auf diese Weise ist der erste Abschnitt 28a der Generatorbaugruppe 28 in der Bohrung konfiguriert, um mit dem zweiten Abschnitt 28b der Generatorbaugruppe 28 am Käfig 18 in Wechselwirkung zu treten, um Energie aus einer relativen Rotation zwischen dem Käfig 18 und der Sensorrolle 10a zu generieren. The generator module 28 includes a second section 28b who is at the cage 18 is arranged, wherein at least one magnetic circuit of the generator assembly 28 at least partially from the second section 28b as a function of relative rotation between the cage 18 and the sensor role 10a opened and closed. As a result, the reluctance of the magnetic circuit varies at a frequency proportional to the frequency of relative rotation between the pulley 10a and the cage 18 is proportional. Preferably, at least one permanent magnet is disposed in the magnetic circuit to generate a magnetic flux that oscillates in response to the variations in the reluctance of the magnetic circuit. The first paragraph 28a includes a coil pair 44a . 44b that's about a magnetic core 46 is wound, which conducts the magnetic flux, and in the coils 44a . 44b induced fluctuating voltage is used to generate electrical energy. This is the first section 28a the generator module 28 configured in the hole to work with the second section 28b the generator module 28 on the cage 18 interact to release energy from a relative rotation between the cage 18 and the sensor role 10a to generate.

In der in 2 dargestellten Ausführungsform ist die Generatorbaugruppe 28 als bürstenloser Gleichstromgenerator gebildet. Der erste Abschnitt 28a der Generatorbaugruppe 28 spielt die Rolle des Statorabschnitts des bürstenlosen Gleichstromgenerators, und der zweite Abschnitt 28b der Generatorbaugruppe 28 spielt die Rolle des Rotorabschnitts des bürstenlosen Gleichstromgenerators, wobei die Ausdrücke „Stator“ und „Rotor“ sich auf eine statische Position und eine zu einem gemeinsam mit dem Körper der Sensorrolle 10a rotierenden Koordinatensystem relative Rotation beziehen. In the in 2 illustrated embodiment is the generator assembly 28 formed as a brushless DC generator. The first paragraph 28a the generator module 28 plays the role of the stator section of the brushless DC generator, and the second section 28b the generator module 28 plays the role of the rotor section of the brushless DC generator, with the terms "stator" and "rotor" moving to a static position and one common to the body of the sensor roller 10a refer to rotating coordinate system relative rotation.

Der zweite Abschnitt 28b der Generatorbaugruppe 28 umfasst zwei Permanentmagnete 30a, 30b, die in zu einer Rotationsachse der Sensorrolle symmetrischen Positionen angeordnet sind und durch die Metallplatte 42 mit hoher magnetischer Durchlässigkeit verbunden sind. Die Magnetisierungsrichtungen der Permanentmagnete 30a, 30b sind identisch und bezogen auf die Rotationsachse der Sensorrolle 10a axial ausgerichtet. The second section 28b the generator module 28 includes two permanent magnets 30a . 30b which are arranged in positions symmetrical to a rotation axis of the sensor roller and through the metal plate 42 associated with high magnetic permeability. The magnetization directions of the permanent magnets 30a . 30b are identical and related to the axis of rotation of the sensor roller 10a axially aligned.

Der erste Abschnitt 28a der Generatorbaugruppe 28 umfasst wenigstens einen U-förmigen Magnetkern 46, der mit zwei Spulen 44a, 44b versehen ist, die um die sich axial erstreckenden Schenkel des Kerns 46 gewunden sind. In der Ruhelage mit minimaler Magnetfeldenergie sind die axialen Stirnflächen der Schenkel des Kerns 46 jeweils einem der Permanentmagnete 30a, 30b zugewandt, wobei zwischen den Permanentmagneten 30a, 30b und den Stirnflächen des Kerns 46 ein kleiner Luftspalt bereitgestellt wird. The first paragraph 28a the generator module 28 includes at least one U-shaped magnetic core 46 that with two coils 44a . 44b is provided around the axially extending legs of the core 46 are tortuous. In the rest position with minimal magnetic field energy, the axial end faces of the legs of the core 46 each one of the permanent magnets 30a . 30b facing, wherein between the permanent magnets 30a . 30b and the end faces of the core 46 a small air gap is provided.

Die Breite des Luftspalts und die Stärke der Magneten 30a, 30b werden derart gewählt, dass der Magnetfluss ausreichend stark ist, um die erforderliche Energiemenge zu generieren, wobei ein Schlüpfen der Laufrolle 10a aufgrund von übermäßigen Magnethaltekräften selbstverständlich verhindert werden sollte.The width of the air gap and the strength of the magnets 30a . 30b are chosen such that the magnetic flux is sufficiently strong to generate the required amount of energy, with slip of the roller 10a should of course be prevented due to excessive magnetic holding forces.

Die Generatorbaugruppe 28 umfasst weiterhin einen Wechselstrom-Gleichstrom- und Energiespeicherkreis 32 und einen drahtlosen Überwachungsknoten 34. Der drahtlose Überwachungsknoten 34 umfasst die Sensoreinheit 26 und eine drahtlose Übertragungseinheit 36 zum Übertragen der Sensorsignale auf drahtlose Weise an die Empfängereinheit 12. The generator module 28 further includes an AC-DC and energy storage circuit 32 and a wireless monitoring node 34 , The wireless monitoring node 34 includes the sensor unit 26 and a wireless transmission unit 36 for transmitting the sensor signals to the receiver unit in a wireless manner 12 ,

Der Wechselstrom-Gleichstrom- und Energiespeicherkreis 32 umfasst einen einfachen Gleichrichter 38 mit Spannungsausgangsregler (Abwärts/Aufwärts), und das Speichern von Energie wird mit einem einfachen Kondensator 40 erreicht, wobei kompliziertere Aufgaben kompliziertere Energiespeicherlösungen erfordern können.The AC-DC and energy storage circuits 32 includes a simple rectifier 38 with voltage output regulator (down / up), and storing energy is done with a simple capacitor 40 achieved, with more complicated tasks may require more complex energy storage solutions.

Der drahtlose Überwachungsknoten 34 umfassend die Sensoreinheit 26 sowie der erste Abschnitt 28a der Generatorbaugruppe 28 in der Bohrung 24 sind unter Verwendung einer Polyurethan-(PUR-)Vergussmasse eingekapselt, um Korrosion durch aggressive Inhaltsstoffe von für die Laufrolle verwendeten Schmierstoffen zu vermeiden. The wireless monitoring node 34 comprising the sensor unit 26 as well as the first section 28a the generator module 28 in the hole 24 are encapsulated using a polyurethane (PUR) potting compound to prevent corrosion by aggressive ingredients from lubricants used for the caster.

3 zeigt eine weitere mögliche Ausführungsform der Erfindung. Um Wiederholungen zu vermeiden, konzentriert sich die nachstehende Beschreibung auf Unterschiede zur Ausführungsform der 1 und 2, und der Leser wird für Merkmale, die ähnlich oder identisch sind, auf die Beschreibung der 1 und 2 verwiesen. Um gemeinsame Funktionen oder Konzepte zu verdeutlichen, werden für Merkmale mit identischen oder sehr ähnlichen Funktionen gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet. 3 shows a further possible embodiment of the invention. In order to avoid repetition, the following description focuses on differences from the embodiment of FIG 1 and 2 , and the reader will look for characteristics that are similar or identical to the description of 1 and 2 directed. To clarify common functions or concepts, the same or similar reference numerals are used for features having identical or very similar functions.

Bei der Ausführungsform in 3 umfasst die Generatorbaugruppe 28 einen Reluktanzgenerator, wobei der erste Abschnitt 28a der Generatorbaugruppe 28 der Statorabschnitt des Reluktanzgenerators ist und der zweite Abschnitt 28b der Generatorbaugruppe der Rotorabschnitt des Reluktanzgenerators ist. Wiederum gilt, dass die Ausdrücke „Stator“ und „Rotor“ sich auf eine statische Position und eine zu einem gemeinsam mit dem Körper der Sensorrolle 10a rotierenden Koordinatensystem relative Rotation beziehen. In the embodiment in 3 includes the generator assembly 28 a reluctance generator, wherein the first section 28a the generator module 28 the stator section of the reluctance generator is and the second section 28b the generator assembly is the rotor portion of the reluctance generator. Again, the terms "stator" and "rotor" refer to a static position and one to a common with the body of the sensor roll 10a refer to rotating coordinate system relative rotation.

In diesem Fall ist es der erste Abschnitt 28a der Generatorbaugruppe, der zwei Permanentmagnete 30a, 30b umfasst, die in zu einer Rotationsachse der Sensorrolle 10a symmetrischen Positionen angeordnet sind und mit einem Magnetkern 46 verbunden sind. In this case it is the first section 28a the generator assembly, the two permanent magnets 30a . 30b includes, in to an axis of rotation of the sensor roller 10a symmetrical positions are arranged and with a magnetic core 46 are connected.

Bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung umfasst der zweite Abschnitt 28b der Generatorbaugruppe wenigstens eine Metallplatte 42 mit hoher magnetischer Durchlässigkeit, die angeordnet ist, um einer axialen Stirnfläche eines Körpers der Sensorrolle 10a mit einem Luftspalt zugewandt zu sein. Der durch Pfeile dargestellte Magnetfluss wird somit durch den Körper der Sensorrolle 10a über den Luftspalt zur Metallplatte 42 und radial einwärts zu den Permanentmagneten 30a, 30b geleitet, im mit einer einzelnen Spule 44 versehenen Magnetkern 46 gebündelt und zurück in den Körper der Sensorrolle 10a geleitet. Der Fluss erreicht sein Maximum, wenn die Magnete 30a, 30b der Metallplatte 42 wie in 4a dargestellt zugewandt sind und ist minimal, wenn die längliche Metallplatte 42 wie in 4c dargestellt senkrecht zur Symmetrieachse der Permanentmagnetanordnung ausgerichtet ist. Eine Zwischenkonfiguration ist in 4b dargestellt. Selbstverständlich kann dieses Prinzip bei Bedarf leicht für sternförmige Magnetanordnungen und Metallplatten verallgemeinert werden. In the second embodiment of the invention, the second section comprises 28b the generator assembly at least one metal plate 42 with high magnetic permeability, which is arranged around an axial end face of a body of the sensor roller 10a to be facing with an air gap. The magnetic flux represented by arrows is thus through the body of the sensor roller 10a over the air gap to the metal plate 42 and radially inward of the permanent magnets 30a . 30b headed, im with a single coil 44 provided magnetic core 46 bundled and back into the body of the sensor roll 10a directed. The river reaches its maximum when the magnets 30a . 30b the metal plate 42 as in 4a are shown facing and is minimal when the elongated metal plate 42 as in 4c is aligned perpendicular to the axis of symmetry of the permanent magnet assembly. An intermediate configuration is in 4b shown. Of course, this principle can be easily generalized as needed for star-shaped magnet arrangements and metal plates.

Bei alternativen Ausführungsformen der Erfindung können der Käfig 18 selbst oder Teile davon aus ausreichend magnetisierbarem Material hergestellt sein, so dass auf die Metallplatte 42 verzichtet werden könnte. In alternative embodiments of the invention, the cage 18 itself or parts thereof may be made of sufficiently magnetizable material, so that on the metal plate 42 could be waived.

Die Erfindung gemäß der beiden Ausführungsformen gestattet es, auf eine externe Leistungsquelle zu verzichten, und während der gesamten Lebensdauer des Lagers kann die Leistung intern generiert werden. Verglichen mit einer Lösung vom Typ eingebettete exzentrische Masse/Pendel kann wesentlich mehr Leistung generiert werden, da die Kraft, die über die magnetische Wechselwirkung zwischen dem Käfig 18 und der Generatorwelle 42 übertragen werden kann, im Vergleich zu der von der exzentrischen Masse generierten Kraft höher ist. The invention according to the two embodiments makes it possible to dispense with an external power source, and during the entire life of the bearing, the power can be generated internally. Compared with an embedded eccentric mass / pendulum type solution, significantly more power can be generated because of the force exerted by the magnetic interaction between the cage 18 and the generator shaft 42 is higher compared to the force generated by the eccentric mass.

Claims (12)

Lagerbaugruppe umfassend einen Innenring (16), einen Außenring (14), eine Mehrzahl an Laufrollen (10), umfassend wenigstens eine in einem Käfig (18) zwischen dem Innenring (16) und dem Außenring (14) angeordnete Sensorrolle (10a), wobei die Sensorrolle (10a) mit einer Bohrung (24) versehen ist, die eine Sensoreinheit (26) und wenigstens einen ersten Abschnitt einer Generatorbaugruppe (28) aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass die Generatorbaugruppe (28) einen zweiten Abschnitt (28b) umfasst, der vom Käfig (18) bereitgestellt wird oder an diesem angeordnet ist, wobei wenigstens ein Magnetkreis der Generatorbaugruppe (28) wenigstens teilweise vom zweiten Abschnitt als Funktion einer relativen Rotation zwischen dem Käfig (18) und der Sensorrolle (10a) geöffnet und geschlossen wird, wobei der erste Abschnitt (28a) der Generatorbaugruppe (28) konfiguriert ist, um mit dem zweiten Abschnitt (28b) der Generatorbaugruppe in Wechselwirkung zu treten, um aus einer relativen Rotation zwischen dem Käfig (18) und der Sensorrolle (10a) Energie zu generieren. Bearing assembly comprising an inner ring ( 16 ), an outer ring ( 14 ), a plurality of rollers ( 10 ) comprising at least one in a cage ( 18 ) between the inner ring ( 16 ) and the outer ring ( 14 ) sensor roll ( 10a ), whereby the sensor roll ( 10a ) with a bore ( 24 ), which is a sensor unit ( 26 ) and at least a first portion of a generator assembly ( 28 ), characterized in that the generator assembly ( 28 ) a second section ( 28b ) received from the cage ( 18 ) is arranged, or arranged thereon, wherein at least one magnetic circuit of the generator assembly ( 28 ) at least partially from the second section as a function of relative rotation between the cage ( 18 ) and the sensor role ( 10a ) is opened and closed, the first section ( 28a ) of the generator assembly ( 28 ) is configured to communicate with the second section ( 28b ) of the generator assembly to interact to allow relative rotation between the cage (FIG. 18 ) and the sensor role ( 10a ) To generate energy. Lagerbaugruppe nach Anspruch 1, wobei der zweite Abschnitt (28b) der Generatorbaugruppe (28) wenigstens eine Spule (44, 44a, 44b) umfasst, die einen Magnetfluss des Magnetkreises enthält.Bearing assembly according to claim 1, wherein the second section ( 28b ) of the generator assembly ( 28 ) at least one coil ( 44 . 44a . 44b ), which contains a magnetic flux of the magnetic circuit. Lagerbaugruppe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Generatorbaugruppe (28) einen bürstenlosen Gleichstromgenerator umfasst, wobei der erste Abschnitt (28a) der Generatorbaugruppe (28) der Statorabschnitt des bürstenlosen Gleichstromgenerators ist und der zweite Abschnitt (28b) der Generatorbaugruppe (28) der Rotorabschnitt des bürstenlosen Gleichstromgenerators ist. Bearing assembly according to one of the preceding claims, wherein the generator assembly ( 28 ) comprises a brushless DC generator, the first section ( 28a ) of the generator assembly ( 28 ) is the stator section of the brushless DC generator and the second section ( 28b ) of the generator assembly ( 28 ) is the rotor portion of the brushless DC generator. Lagerbaugruppe nach Anspruch 3, wobei der zweite Abschnitt (28b) der Generatorbaugruppe (28) wenigstens zwei Permanentmagnete (30a, 30b) umfasst, die in zu einer Rotationsachse der Sensorrolle (10a) symmetrischen Positionen angeordnet sind und durch eine Metallplatte (42) mit hoher magnetischer Durchlässigkeit verbunden sind. Bearing assembly according to claim 3, wherein the second section ( 28b ) of the generator assembly ( 28 ) at least two permanent magnets ( 30a . 30b ), which in towards an axis of rotation of the sensor roller ( 10a ) symmetrical positions are arranged and by a metal plate ( 42 ) are associated with high magnetic permeability. Lagerbaugruppe nach Anspruch 3 oder 4, wobei der erste Abschnitt (28a) der Generatorbaugruppe wenigstens einen Uförmigen Magnetkern (46) umfasst, der mit wenigstens einer Spule versehen ist.Bearing assembly according to claim 3 or 4, wherein the first section ( 28a ) of the generator assembly at least one U-shaped magnetic core ( 46 ) provided with at least one coil. Lagerbaugruppe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Generatorbaugruppe (28) einen Reluktanzgenerator umfasst, wobei der erste Abschnitt der Generatorbaugruppe (28) der Statorabschnitt des Reluktanzgenerators und der zweite Abschnitt der Generatorbaugruppe (28) der Rotorabschnitt des Reluktanzgenerators ist. Bearing assembly according to one of the preceding claims, wherein the generator assembly ( 28 ) comprises a reluctance generator, wherein the first portion of the generator assembly ( 28 ) the stator section of the reluctance generator and the second section of the generator module ( 28 ) is the rotor portion of the reluctance generator. Lagerbaugruppe nach Anspruch 6, wobei der erste Abschnitt (28a) der Generatorbaugruppe wenigstens zwei Permanentmagnete (30a, 30b) umfasst, die in zu einer Rotationsachse der Sensorrolle (10a) symmetrischen Positionen angeordnet sind und mit einem Magnetkern (46) verbunden sind. Bearing assembly according to claim 6, wherein the first section ( 28a ) of the generator assembly at least two permanent magnets ( 30a . 30b ), which in towards an axis of rotation of the sensor roller ( 10a ) symmetrical positions are arranged and with a magnetic core ( 46 ) are connected. Lagerbaugruppe nach Anspruch 7, wobei der zweite Abschnitt (28b) der Generatorbaugruppe wenigstens eine Metallplatte (42) mit hoher magnetischer Durchlässigkeit umfasst, die angeordnet ist, um einer axialen Stirnfläche eines Körpers der Sensorrolle (10a) mit einem dazwischen liegenden Luftspalt zugewandt zu sein. Bearing assembly according to claim 7, wherein the second section ( 28b ) of the generator assembly at least one metal plate ( 42 ) is provided with high magnetic permeability, which is arranged to an axial end face of a body of the sensor roller ( 10a ) with an air gap in between. Lagerbaugruppe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Generatorbaugruppe (28) einen Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler- und Energiespeicherkreis (32) umfasst. Bearing assembly according to one of the preceding claims, wherein the generator assembly ( 28 ) an AC to DC converter and energy storage circuit ( 32 ). Lagerbaugruppe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Sensoreinheit (26) eine drahtlose Übertragungseinheit (36) zum Übertragen von Sensorsignalen an eine Empfängereinheit (12) umfasst. Bearing assembly according to one of the preceding claims, wherein the sensor unit ( 26 ) a wireless transmission unit ( 36 ) for transmitting sensor signals to a receiver unit ( 12 ). Lagerbaugruppe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Sensorrolle (10a) eine Zylinderrolle ist. Bearing assembly according to one of the preceding claims, wherein the sensor roller ( 10a ) is a cylindrical roller. Lagerbaugruppe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Sensoreinheit (26) und der erste Abschnitt der Generatorbaugruppe (28) in der Bohrung (24) eingekapselt sind. Bearing assembly according to one of the preceding claims, wherein the sensor unit ( 26 ) and the first section of the generator assembly ( 28 ) in the hole ( 24 ) are encapsulated.
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