CN101675343A - 带有传感器的轴承单元 - Google Patents

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Abstract

在轴承单元(10)中，至少一个传感器装置(20，21)被锁定在凹槽(16，17)中，该凹槽(16，17)形成在座圈(11，12)之一的表面区域中。固定座圈(11)部分地覆盖有电绝缘材料(30)。未被覆盖的表面区域(32)设置用于将固定座圈(11)电连接到位于所述轴承单元外部的供电电源。

Description

带有传感器的轴承单元
技术领域
本发明涉及一种表明在权利要求1前序部分中的类型的带有传感器的轴承单元。
背景技术
已知一些轴承单元装备有传感器，诸如转动传感器、载荷传感器、温度传感器等，以便在监测轴承的运作时检测若干重要的物理参数。通常，这些传感器安装在轴承单元的一侧处，并需要电连接器来为传感器供电并将由这些传感器检测到的数据传送给远处的仪器设备。在某些情况下，传感器被配设于侧向封闭轴承座圈之间的环形间隙的密封装置之一中。然而，电连接件从轴承单元侧向伸出，使得在没有什么空间可供利用的应用场合造成尺寸方面的问题。比如，参见EP 0464403A1和EP 0498298A1。
US 6948856B2披露了一些轴承单元，其中各传感器位于形成在轴承座圈中的槽沟之中并埋置于树脂中，以使这些传感器不会伸出到轴承之外。
发明内容
本发明一般目的是提供一种带有传感器的轴承单元，该轴承单元尺寸紧凑、能够准确、可靠地检测表明轴承单元运作状态的物理参数。本发明的具体目的是消除从轴承单元侧向伸出的电连接件。
在下面将会更好地理解的这些和其他一些目的和优点，根据本发明是通过具有在所附各项权利要求之中限定的特征的轴承单元予以实现的。
附图说明
现在将参照附图描述根据本发明的轴承单元的一些优选但非限制性的实施例的结构和操作特征，其中：
图1是根据本发明的轴承单元的第一实施侧的透视图；
图2是图1的轴承单元的轴向横截面视图，各箭头指示由各电信号遵循的路径；
图3是沿图2中箭头III方向上看到的放大视图；
图4和5是本发明的另两个实施例的与图2的类似的轴向横截面视图。
具体实施方式
首先参照图1和2，整体以10表示的是轴承，该轴承具有固定的外座圈11和转动的内座圈12，二者分别形成一组双向滚动件的滚道11a、12a，在该例子中所述滚动件为滚珠13，布置在座圈11、12之间并且通过隔离环14周向等间距地间隔开。为了保持通常充满座圈11与12之间的环形间隙15的润滑脂，密封装置(未示出)可安装在轴承的两侧处。附图中所示的轴承单元是所谓的第一代类型的角接触轴承单元单元，具有轴向非附称的座圈而不带有径向凸缘。然而，谈及该可能的应用领域无论如何都不应被解释为限制本专利的范围。本发明同样能够应用于比如带凸缘的轴承。
轴承单元10装有一个或多个传感装置，在此实例中为两个传感装置20、21，它们分别集成在外座圈11和内座圈12之中，以便检测可用于监测轴承单元运作状况的物理参数。传感装置20、21可包括温度传感器(比如热敏电阻)、和/或振动传感器(加速度计)、和/或载荷传感器(比如小型测力传感器或小型压力传感器或压电传感器)、以及/或者转动传感器，比如当滚珠或滚柱经过时能够检测磁场变化或压力变化的磁性传感器(magnetic sensor)或压力传感器。
传感装置20、21优选地装放在通过在轴承单元的径向横截面的表面或周边位置进行机加工而在座圈11、12中获得的相应径向凹槽16，17之中，以及优选地远离滚道11a、12a。传感装置都埋置在相应的树脂或塑料块体22、23之中，以便稳固地保持在相应座圈上。每一传感装置在24、25处电连接于相应座圈，并具有用于连接于外部接收器(未示出)的输出电接头26和用于接合于中心轴(未图示)的输出电接头27，内座圈12可转动地锁定于此中心轴。
座圈11、12的外表面与其他和轴承单元10相关的机械构件(外壳、中心轴，等等)之间的直接电接触是通过绝缘材料层30、31予以防止的，外座圈11各外表面之一上的未覆盖的供电区域32除外。覆盖层30、31可以比如由市面上有售的、商标名称为
Figure G2007800521577D00031
的材料制成，其包含氧化铝(AL2O3)并具有大约100微米的厚度。
供电区域32适合于电连接于供电装置(比如探针，未图示)，该供电装置通过外座圈11的主体将电流供给到外传感装置20，以及通过外座圈11、各滚动件13以及内座圈12的主体将电流供给到内传感装置21。为此，至少滚动件之一是导电的。作为代换，如果比如各滚动件13全都进行涂敷或完全由非导电材料(一般是陶瓷材料)制成，则环形间隙15之内的油脂必须是导电的，比如称为KluberelcetricB42-72的一类材料，以便围绕各滚动件13形成导电薄膜。
在所述轴承单元包括一些用于将润滑剂保持在轴承单元内部并防止水和污物透入单元内部的接触密封件的情况下，则有利的是这些密封件能够适于将固定的轴承座圈电连接于能够转动的轴承座圈。
与示于图1之中的其中供电区域32描述为一点的情形不同，此区域的形状和大小可以按照需求而显著地变化。比如，它可以成形为未覆盖的带，围绕外轴承座圈连续地周向延伸。
由传感装置20、21生成并表示(温度、振动、转动、等等的)检测数据的信号调制到达未覆盖供电区域32的馈送电压。电压变化由连接于电源的外部仪器设备(未图示)予以检测，以便容易地获取由各传感器检测到的数据。可替换地或另外地，可对信号电流进行调制。电流调制应当很好地减少信号杂波。
传感装置20、21可配设诸如用于处理由各个传感器生成的数据的微处理器等电子部件。这些传感装置中的任何一个也可以联接于或配设有发射器，用于将检测到的以及可能经过处理的数据无线发射给位于轴承单元外面的接收器。
为了避免电流流经的轴承的那些部分的电腐蚀，优选地供电强度和频率较低；如果采用导电的油脂，这一点就不要求了。
电绝缘层30、31用以确保馈送电流有效地抵达各传感装置并因而避免电流旁通过各传感装置，直接消散在外壳中或中心轴中。
在示于图2之中的实例中，所表明的是绝缘层也覆盖座圈11、12的部分侧表面。该结构可避免流经各轴承座圈的供给电流经由位于轴承单元10侧部处的其他构件或主体，比如间隔圈和/或缺少如图2那样的电气绝缘层的其他传统轴承单元，泄露出去。
示于图4的是本发明的另一项实施例，其没有配设在转动座圈12中的传感装置。
示于图5之中的改型没有设置配设在固定座圈11中的传感装置。固定于转动座圈12中的传感装置21经由座圈11和12以及各滚珠13或者导电油脂予以馈电。
将会理解到，按照本发明，经由各轴承座圈的电流供给提供了带有传感器的轴承单元，其外部轮廓基本上等同于传统的不带有传感器的轴承单元。由于不存在在轴承侧部处伸出的传统电连接器，允许安装根据本发明的轴承，而不存在轴向尺寸造成的问题。比如在机床中，示于各图中的这种类型的轴承单元将能够代替相同尺寸的传统的不带有传感器的轴承单元，而不需对机床的其他固定或运动部件的结构作任何修改。
此外，将会理解，本发明允许将提高检测数据精度的各种类型的传感装置刚性地固定于轴承单元的座圈，尤其是振动传感器和温度传感器。尤其是，对于高精度轴承，外座圈与内座圈之间的温差在监测运作状况方面是首要的参数。本发明允许直接检测两个座圈的温度。无论传感器的类型如何，刚性的锁定可保证传感器随时正确定位，并因此可保证检测数据的可靠性。已经表明这对装在承受冲击的部件上的轴承单元来说特别有用，比如轴承用于车辆轮毂的情形。
本发明不限于在此所述和图示的各项实施例，它们应当看作是轴承单元的各个实例。而是，本发明可以在另部件的形状和位置、结构和运作细节等方面予以修改，这对于本技术领域中的熟练人员来说将是显而易见的。比如，若干凹槽可以制成在同一座圈上用于容放若干传感器。再者，本发明可以实施为轴承单元的传感器被安装在轴承各座圈的外表面上的而不是如各优选实施例之中所示那样埋置在各凹槽之中。

Claims (14)

1.一种轴承单元(10)，包括固定座圈(11)和转动座圈(12)，该固定座圈(11)和转动座圈(12)形成有用于设置在所述座圈(11，12)之间的各滚动件(13)的相应滚道(11a，12a)；以及固定到至少一个座圈(11，12)的至少第一传感装置(20，21)，
其特征在于，
固定座圈(11)部分地覆盖有电绝缘材料(30)，以及
所述轴承单元(10)还包括第一电连接装置(32)，用于将所述固定座圈(11)电连接于位于轴承单元(10)外部的供电电源。
2.如权利要求1所述的轴承单元，其特征在于，所述传感装置(20，21)被锁定在至少一个凹槽(16，17)中，该至少一个凹槽(16，17)形成在至少一个座圈(11，12)的表面区域中。
3.如权利要求1所述的轴承单元，其特征在于，还包括第二电连接装置(24，25)，用于将传感装置(20，21)电连接于所述传感装置固定其上的座圈(11，12)。
4.如权利要求1所述的轴承单元，其特征在于，还包括第三电连接装置(26，27)，用于将传感装置(20，21)电连接于轴承单元(10)外部的物体或装置。
5.如权利要求2所述的轴承单元，其特征在于，第一传感装置(20)被锁定在凹槽(16)中，该凹槽(16)形成在固定外座圈(11)的表面区域中。
6.如权利要求2所述的轴承单元，其特征在于，第一传感装置(21)被锁定在凹槽(17)中，该凹槽(17)形成在转动内座圈(12)的表面区域中，
内座圈(12)借助于各滚动件(13)和/或包含在外座圈(11)与内座圈(12)之间限定的环形间隙(15)中的导电油脂电连接于固定外座圈(11)，以及
转动内座圈(12)部分地涂敷有电绝缘材料层(31)。
7.如权利要求4所述的轴承单元，其特征在于，包括至少两个传感装置(20，21)，其中的一个传感装置(20)被锁定在所述外座圈的凹槽(16)中，而另一传感装置(21)被锁定在内座圈(12)的凹槽(17)中，
外座圈(11)和内座圈(12)二者都部分地涂敷有相应的电绝缘材料层(30，31)，以及
两个传感装置(20，21)中的每一个都连接于相应的第二电连接装置(24，25)，第二电连接装置用于将每一个传感装置(20，21)电连接于该传感装置固定其上的座圈(11，12)，以及连接于第三电连接装置(26，27)，第三电连接装置用于将每一传感装置(20，21)电连接到轴承单元(10)外部的物体或装置。
8.如前述权利要求中任一项所述的轴承单元，其特征在于，凹槽(16，17)形成在座圈(20，21)中远离滚道(11a，12a)的区域中。
9.如权利要求2所述的轴承单元，其特征在于，传感装置(20，21)埋置在对应凹槽(16，17)之内的由树脂或塑料制成的相应块体(22，23)之中。
10.如前述权利要求中任一项所述的轴承单元，其特征在于，传感装置(20，21)包含至少以下之一：
温度传感器、振动传感器、载荷传感器、测力传感器、压力传感器、磁性转动传感器。
11.如权利要求1所述的轴承单元，其特征在于，所述第一电连接装置包含固定座圈(11)的、未被电绝缘材料(30)覆盖的表面区域(32)。
12.如权利要求11所述的轴承单元，其特征在于，未被覆盖的供电区域(32)是点状的。
13.如权利要求11所述的轴承单元，其特征在于，未被覆盖的供电区域(32)成形为沿着固定座圈(11)周向延伸的带。
14.如权利要求4所述的轴承单元，其特征在于，所述第一(32)和第三(26，27)电连接装置位于与所述轴承单元的转动中心轴共轴的轴承单元(10)的圆柱表面上。
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