CN103097755B - 带有附加部件的轴承套圈以及制作这样的轴承套圈的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种由弯曲成环形形状的直型钢（2）制作的轴承套圈（1），其中，在闪光对焊过程中接合轴承套圈（1），并且，轴承套圈（1）还包括封闭在轴承套圈材料内的附加部件（8）。本发明还涉及一种用于由直型钢（2）制作这样的轴承套圈（1）的方法。本发明的优点是以简单经济的方法获得带有完全封闭的附加部件（8）的轴承套圈（1）。

Description

带有附加部件的轴承套圈以及制作这样的轴承套圈的方法

技术领域

本发明涉及一种滚子轴承套圈，其包括封闭在套圈材料中的附加部件。本发明还涉及一种用于以经济划算的方式制作带有封闭的附加部件的轴承套圈的方法。

背景技术

轴承通常用于支撑且保持粘接至非旋转构件的旋转构件。例如，这可以是车辆的轮子、风轮机的桨叶或者洗衣机的滚筒。使用时，轴承经受不同的载荷，有静态的，也有动态的。静态载荷主要是由机器的重力引起的，而动态载荷则是由机器的工作条件引起的。

为了监测施加在轴承上的载荷和应力，可采用位移传感器。用于这种类型测量的一种位移传感器是应变仪。将一个以上的应变仪粘接至外轴承套圈或内轴承套圈，从而检测施加在轴承上的载荷。在某些情况下，还可采用一个以上的传感器检测施加在轴承上的载荷，其中传感器安装在轴承所安装的壳体上或者安装在由轴承支承的轴上。

也可将传感器安装在轴承套圈里的孔中，以便监测施加在轴承上的载荷。最好将这样的安装用在较大的轴承上，其中钻孔不影响轴承套圈的强度。不过，以这样的方式安装的传感器要求若干个待执行的操作。传感器还受到环境影响，这在某些情况下可能是非常严重的。也可能需要包括在轴承套圈中的其它部件。这样的部件可以是磁性材料，其与设置在轴承外面的霍尔传感器或诸如RFID标签的识别装置配合。这些部件也会受到环境影响。

因此，对于在轴承套圈中安装传感器等的方法有改进的空间。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种包括封闭的附加部件的轴承套圈。本发明的另一目的是提供一种用于将附加部件安装在轴承套圈中的方法。

根据本发明的该问题的解决方案描述在关于轴承套圈的权利要求1的特征部分中以及在关于制作方法的权利要求11中。其它的权利要求包含优选实施例和根据本发明的轴承套圈及方法进一步发展。

由于由弯曲成环形形状的直型钢制作的轴承套圈，并且其中在闪光对焊过程中接合轴承套圈，实现本发明的目的在于轴承套圈还包括封闭在轴承套圈材料内的附加部件。

根据本发明的轴承套圈的第一实施例，提供了轴承套圈，其中附加部件完全封闭在轴承套圈材料中。本发明保护这样的附加部件不受任何环境影响，否则的话，这些环境影响对附加部件是有害的。此外，所述附加部件是完全防伪造的。通过采用识别装置作为附加部件，因此可在轴承套圈的整个寿命上检测特定轴承套圈的身份。这另一优点是可证明包括该轴承套圈的轴承是由规定制造商生产的原始轴承，这将有助于防伪的目的。

在根据本发明的轴承套圈的有利的进一步发展中，将附加部件置于封闭在轴承套圈材料内的腔中。当附加部件为传感器等时，优选的是采用腔，因为接合轴承套圈时更容易保护附加部件。腔也使得能够以稍微有弹性的方式安装传感器，这可进一步保护传感器。可在接合轴承套圈之前用盖密闭腔的内部。这会在接合轴承套圈时进一步保护附加部件。

在根据本发明的轴承套圈的有利的进一步发展中，附加部件是与轴承套圈材料具有不同成分的材料的件。这是有利的，因为附加部件可以是坚固的，并且对用于接合轴承套圈的闪光对焊的温度和压力相对不敏感。因此，这会有利于轴承套圈的接合。

在根据本发明的轴承套圈的有利的进一步发展中，附加部件是适于识别特定轴承套圈的识别装置。这样的附加部件可以是不同种类的，并且在一示例中可包括不同的材料，可从轴承套圈的外部检测这些材料。在另一示例中，识别装置是电子部件，其包括诸如RFID标签等的识别号码，为了读取识别号码而采用电磁辐射。

在根据本发明的轴承套圈的有利的进一步发展中，附加部件是传感器或包括电子部件的传感器模块。传感器的示例是载荷传感器、温度传感器或加速度传感器。来自传感器的信号要么实际上可以直接发送，要么可在其发送之前在传感器模块中处理。这些信号可通过延伸穿过轴承套圈材料的连接而被发送，其又连接至控制单元。还可通过无线通信装置发送这些信号，例如采用电磁辐射。

在根据本发明的轴承套圈的有利的进一步发展中，附加部件包括适于给传感器、传感器模块和/或通信装置供电的发电装置。这是有利的，因为可在轴承套圈的整个寿命上向这些部件供电。

在根据本发明的轴承套圈的有利的进一步发展中，环形构件包括闪光对焊在一起的多个环段。环形构件可包括在一端焊接在一起的两个半圆环段从而形成环形构件，或者包括也焊接在一起的多个环段从而形成环形构件。也可同时将两个以上的环段焊接在一起，从而直接形成轴承套圈。这是有利的，因为型钢段越短，越容易处理且形成例如弯曲成圆形形状。

在用于制作包括封闭在轴承套圈中的附加部件的轴承套圈的本发明方法中，包括这些步骤：将直型钢弯曲成或形成环形构件或环段、将附加部件置于环形构件的两个端部表面之间或者环段的两个端部表面之间、以及通过闪光对焊将环形构件或环段的两个端部区域焊接在一起。

通过根据本发明的方法的第一实施例，提供了一种方法，其中附加部件完全封闭在轴承套圈材料中。该方法的优点是可以以这样的方式将附加部件安装在轴承套圈中，也就是轴承套圈既是完全密封又是完全防伪的。

在用于制作包括封闭在轴承套圈中的附加部件的轴承套圈的本发明方法的另一实施例中，包括如下步骤：在直型钢的至少一个端部区域中形成腔、将直型钢弯曲成环形构件、将附加部件置于环形构件的腔中以及通过闪光对焊将环形构件的两个端部区域焊接在一起。

附图说明

下面，参照在附图中示出的实施例，更加详细地描述本发明，其中

图1示出了在接合根据本发明的轴承套圈之前形成为环的型钢，

图2示出了在接合根据本发明的轴承套圈时的型钢，

图3示出了根据本发明的带有附加封闭部件的轴承套圈的剖面图，

图4示出了根据本发明的带有在腔中的附加封闭部件的轴承套圈的剖面图，以及

图5示出了本发明方法的流程图。

具体实施方式

带有在下面描述的进一步发展的本发明的实施例仅被看作为示例，且决不会限制由本专利权利要求提供的保护范围。

图1和2示出了接合轴承套圈的示例。在所示的示例中，将内轴承套圈的两个端部区域接合在一起。以相同的方式制作外轴承套圈。轴承套圈1由直型钢2形成，将直型钢2弯曲成环形构件，其具有彼此邻接的带有第一端部表面5的第一端部区域3和带有第二端部表面6的第二端部区域4。在所示的示例中，腔7设置在第一端部表面里。附加部件8设置在腔中。附加部件可以是若干不同类型中的一个，比如传感器、传感器模块、识别标签、由与该轴承套圈的材料不同的特定材料制成的件、磁体或其它。所述附加部件将在下面描述。将该轴承套圈置于具有第一夹紧工具9和第二夹紧工具10的闪光对焊机中。将这些夹紧工具连接至会提供电流用于闪光对焊的焊接变压器的次级线圈11。焊接前，通过这些夹紧工具，使所述两个端部区域相互挤压。焊接时，向夹具施加电能，并且所述端部区域因电能而会迅速加热。同时，这些夹具被进一步挤压在一起，从而在焊接区域12中产生的接合将轴承套圈接合起来。闪光对焊时，端部表面会被加热，并且一些多余的材料会通过这些夹紧工具施加的压力而被挤出到所述焊接区域的侧面。多余的材料会包括因此被挤出所述焊接区的杂质和氧化材料，留下的接合具有的特征与轴承套圈的其余部分基本相同。多余的材料在后面的操作中被加工掉，留下的轴承套圈在整个圆周上具有相同的横截面。因为没有采用填充材料，所以就整个轴承套圈来说，材料的成分将是一样的。通过对所述轴承套圈进行热处理，整个材料的机械性能也将是均匀的，从而获得的轴承套圈由均质材料组成，而没有任何较弱化的区域。

将轴承套圈焊接在一起时，采用填充材料的常规焊接不会给出令人满意的结果。填充材料将不可避免地产生具有不同特性的接合区域，这将构成轴承套圈的薄弱点。这样的轴承套圈可用于低成本及低性能的滚子轴承。采用闪光对焊的另一个优点是，由于将所述端部区域压在一起，并且材料会些许流动，所以端部表面在焊接前不必完全平行。因此，型钢的切割不必极其精确，并且具有不同直径的轴承套圈可采用相同的斜切割。

在对所述端部区域进行接合时，附加部件封闭在轴承套圈里。在焊接后，该附加部件将完全封闭在轴承材料里。由于轴承套圈的材料特性与用于接合的相同，所以如果需要的话，可隐藏附加部件的位置。根据附加部件的类型，因此看到附加部件封闭在轴承套圈里可以是不可能的。如果所述附加部件需要连接，则一个或多个连接点将是可见的。

带有封闭附加部件的本发明轴承套圈最好用于内径在0.5米以上及更大的区域的较大轴承套圈。其原因之一就在于由单块材料制作这样的大轴承套圈是昂贵的，因为必须由单块加工出完整的轴承套圈。另一原因在于与较大轴承套圈的横截面相比，附加部件是相对小的。这样，附加部件不会影响轴承套圈的强度至任何显著的程度。如果用于附加部件的腔是这样设计的，在闪光对焊后会有封闭的腔，那么该腔也不会显著地影响强度。

根据需要，可采用不同类型的附加部件。在本发明的轴承套圈的第一实施例中，附加部件是单一的传感器。例如它可以是陶瓷温度传感器，其可承受在焊接过程中它面临的温度。图3示出了带有以封闭传感器形式的附加部件8的轴承套圈的横切图，该传感器具有连接14，连接14穿过轴承套圈的侧壁而出来。在所示的示例中，可在接合环形构件之前将该传感器置于腔中。用于传感器及连接的腔是这样设计的，传感器及连接不随着多余的材料而被挤出轴承套圈。在本示例中，该腔在焊接时被熔化的钢填充，从而传感器被完全封闭在轴承套圈的材料中。该连接优选地也是由陶瓷材料制成或由其保护，从而它可承受焊接过程的温度和压力。这样，具有连接的封闭传感器以简单经济的方式集成在轴承套圈中。传感器将完全免受轴承安装环境的影响。

可封闭在轴承套圈中的另一附加部件是由与轴承套圈的材料不同的材料制成的件。这样的材料例如可以是磁性材料、具有不同密度的材料或具有不同磁特性的材料。可由安装在轴承套圈外面的传感器检测封闭在轴承套圈中的这样的材料。这样的附加部件例如可用作检测该附加部件的每次通过的转数计数器。件由材料制成，材料由于环境影响比如载荷或压力而改变其特性，通过将件封闭，可由安装在轴承套圈外面的传感器检测在封闭材料中的变化。

由与轴承套圈的材料不同的材料的件组成的附加部件的另一使用是通过封闭的附加部件识别不同类型的轴承套圈。这样，不同轴承套圈的防伪识别被获得。一个这样的应用可以是具有不同材料特性比如不同硬度的轴承套圈。于是，一种具有高硬度的类型会包括由第一材料制成的件，而具有较低硬度的另一类型会包括由第二材料制成的件。可通过外部传感器检测封闭的材料，并且轴承套圈的类型可被控制。这样，可调查特定的轴承类型是否已用在正确的位置以及用于正确的应用。

也可封闭将用作外部传感器的部件的附加部件。例如可创建一侧封闭在轴承套圈里面、一侧在轴承套圈外部的电容式传感器。而且磁传感器可与封闭的附加部件配合。

另一种类型的附加部件是电子无源部件，可从外面比如RFID部件等对其读取。这样的部件例如可包括识别号码，该识别号码可以以非接触的方式而被读取。识别号码可表示轴承的类型，生产日期或者是独特的个性识别号码。这样，可识别每个特有的轴承。所述识别号码是防仿造的，因为它完全封闭在轴承套圈材料中，并且在不留下痕迹的情况下不可去除和更换。这将有助于调查假冒伪劣产品。

还可封闭更高级的附加部件，比如智能传感器、包括发射器的有源部件以及甚至适合于为集成电路而自产能量的部件。这样的部件对热和压力更加敏感，因此必须在闪光对焊过程中得到保护。保护附加部件不受接合点的熔化材料影响的一种方法是使用于附加部件的腔相对深一些，从而附加部件不与熔化的材料接触。在图4中，示出了安装在带有保护盖13的腔7中的附加部件8。该盖插在所述腔的内部的前面，并且在焊接时保护所述腔及附加部件。焊接时，腔的外部，也就是盖和焊接区域之间的部分可被熔化物填充。附加部件也可在会承受压力和温度的封闭体中受到保护。封闭体例如可由陶瓷材料制成，并且可包括具有双层壁的热水瓶功能，双层壁会增强保护。保护附加部件的另一方法是例如用液氮冷却附加部件至非常低的温度，然后将附加部件置于外壳中。由于闪光对焊的操作相对很快，所以在该示例中的附加部件在焊接过程中不会加热过度。可将外壳用于充分保护附加部件，尽管外壳自身损坏了。

还可将一些附加部件封闭在没有采用腔的轴承套圈的材料中。尤其是，焊接前，可将较小的部件或以不同于轴承套圈的材料的另一种材料的件的形式的附加部件置于环形构件的端部表面之间，并且可在闪光对焊时保持在该位置。当然，以这样的方式设计附加部件是重要的，不使附加部件随着多余的材料一起而被挤出接合点。

所述腔可略微细长，从而可采用略微细长的部件。细长附加部件的一示例是细长杆，其包括沿着杆布置的多个磁体，各个磁体之间有一定的距离。当将外部传感器封闭在轴承套圈中时，其可检测当轴承套圈旋转时而通过的磁体，这会给出轴承套圈的旋转速度的指示。细长附加部件也可包括由与轴承套圈的材料不同的材料制成的多个分隔件。这些件也可由用于相同目的的外部传感器检测，例如磁传感器。

以传感器模块的形式的细长附加部件也可包括细长线圈，其适合与位于轴承套圈外面的外部磁体配合。当线圈通过磁体时，感应出电流，其可用于给传感器模块和/或集成在传感器模块中的发射器/接收器提供电源。这样，传感器模块自身供电，这是有利的，因为更换电池是不可能的。给封闭的传感器模块提供电源的其它方法也是可能的，比如电容供电装置或者通过电磁辐射给传感器模块供电。

腔可延伸通过型钢的一部分。例如可通过钻、铣或电火花切割过程制作这样的腔。这能使得将附加部件以距离焊接点一定的距离插入腔中。这样，与当将附加部件置于环形构件的端部区域时相比，附加部件不会面临相同程度上的闪光对焊过程的温度和压力，。在该示例中，还可通过盖和/或保护性外壳保护附加部件。这将允许使用对高温更加敏感的部件。

在第二实施例中，环形构件包括两个以上的环段，这些环段闪光对焊在一起从而形成环形构件。在该实施例中，可将附加部件置于每个焊接区中，从而当轴承套圈由两个半圆段制成时，可将两个附加部件封闭在轴承套圈中。具有两个相对放置的附加部件的一个优点是，例如当附加部件用于旋转速度检测时，分辨率可更高。还可在不同的接合点封闭不同的附加部件。当然，轴承套圈也可由多于两个的段制成，比如三个120度的段或者四个90度的段。采用若干环段的一个原因是环段越小越容易生产，例如，将较短的段弯曲90度比将较长的段弯曲360度更容易。这也使得更容易提供轴承套圈的高精度，尤其是轴承套圈的圆度。可同时闪光对焊两个以上的环段从而直接形成轴承套圈，或者可一个接一个地连续焊接从而形成环形构件。

本发明方法的一个优点是，在对环形构件的两个端部区域进行接合时，可将附加部件完全封闭在轴承套圈材料中。在型钢弯曲成环形构件之前，更容易在直型钢上制作用于附加部件的腔，例如通过机械加工。因此，当型钢笔直时，可在一个或两个端部区域中制作腔，这简化了型钢的处理，并且对于工具来说，更易于接近端部表面。另一优点是加工型钢材料比加工现成的轴承套圈更加容易，因为型钢没有硬化。根据所需腔的类型，甚至可在单一的操作中在型钢的端部区域里按压或压印适当的腔。腔还可延伸穿过整个型钢。

另一优点是可将附加部件集成在轴承套圈中，而不会影响轴承套圈的强度。从外面安装在轴承套圈中的传感器等会要求在轴承套圈的外表面中有孔，这会影响轴承套圈的强度，至少在一定程度上。在本发明中，附加部件完全封闭在轴承套圈的内部材料中，这不会显著地影响强度。通过以对称的方式将用于附加部件的腔置于型钢的横截面的中间，腔对轴承套圈强度的影响将是微不足道的。

通过本发明的方法，附加部件也会牢固地安装在轴承套圈内。没有附加部件掉出的风险，且没有附加部件被损坏或受到环境影响比如腐蚀性物质的风险。此外，简化了附加部件的安装，因为所需的操作数量减少了。

图5的流程图描述了用于生产轴承套圈的本发明方法的实施例，该轴承套圈包括在其中封闭的附加部件。在第一步骤100中，在弯曲直型钢之前，腔形成在直型钢的至少一个端部区域中。腔可延伸穿过型钢的整个长度或部分长度。如上所述，可以以不同的方式制造直型钢。如果不需要用于附加部件的腔，则省略该步骤。

在步骤110中，将直型钢弯曲成环形构件，其基本上与接合两个端部区域后轴承套圈具有的形状相同。在已开始接合之前，环形构件要么可以这样弯曲，对端部表面预加负载从而互相抵靠着，要么可以这样，在它们之间具有的距离很小。环形构件也可包括两个以上的环段，将这些环段焊接在一起从而形成环形构件。

在步骤120中，将附加部件置于环形构件的端部表面之间或腔中。根据附加部件的类型，也可在弯曲环形构件之前将附加部件插入腔中。一些附加部件可能无法承受弯曲，因此在弯曲后将其插入。尤其是对于细长的附加部件来说，最好在弯曲之前将它们插入。

在步骤130中，通过闪光对焊过程将环形构件的两个端部区域彼此焊接。

也可省去用于附加部件的腔，闪光对焊时，将附加部件保持在两个端部表面之间的适当位置。轴承套圈也可包括多个环段。

不应将本发明视为限于上述的实施例，在接下来的专利权利要求书的范围之内，可进行许多另外的变化和修改。

附图标记说明

1：轴承套圈

2：型钢

3：第一端部区域

4：第二端部区域

5：第一端部表面

6：第二端部表面

7：腔

8：附加部件

9：第一夹紧工具

10：第二加紧工具

11：线圈

12：焊接区

13：盖

14：连接

Claims (14)

1.一种由弯曲成环形构件的直型钢(2)制作的轴承套圈(1)，其中在闪光对焊过程中接合该轴承套圈，其特征在于，该轴承套圈还包括封闭在该轴承套圈材料内的附加部件(8)，

其中，将附加部件(8)置于焊接区(12)中或在其附近。

2.根据权利要求1所述的轴承套圈，其特征在于，将附加部件(8)置于封闭在该轴承套圈材料内的腔(7)中，并且其中，该腔从至少一个端部表面(5、6)延伸。

3.根据权利要求2所述的轴承套圈，其特征在于，用盖(13)密闭腔(7)的内部。

4.根据权利要求1所述的轴承套圈，其特征在于，该附加部件是带有与该轴承套圈材料不同成分的材料的件。

5.根据权利要求1所述的轴承套圈，其特征在于，该附加部件包括适于识别特定轴承套圈的识别装置。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的轴承套圈，其特征在于，该附加部件是传感器。

7.根据权利要求6所述的轴承套圈，其特征在于，该传感器包括在传感器模块中。

8.根据权利要求7所述的轴承套圈，其特征在于，该传感器或该传感器模块包括延伸穿过该轴承套圈材料的连接件(14)。

9.根据权利要求7所述的轴承套圈，其特征在于，该传感器或该传感器模块包括无线通信装置。

10.根据权利要求9所述的轴承套圈，其特征在于，该传感器或该传感器模块包括发电装置，其适于给该传感器、该传感器模块和/或该无线通信装置供电。

11.根据权利要求1所述的轴承套圈，其特征在于，该环形构件包括闪光对焊在一起的多个环段。

12.一种滚动轴承，其包括至少一个根据前述权利要求中任一项所述的轴承套圈。

13.一种制作轴承套圈的方法，该轴承套圈包括在其中封闭的附加部件，该方法包括如下步骤：

-将直型钢弯曲成环形构件或环段，

-将该附加部件置于该环形构件的两个端部表面之间或这些环段的两个端部表面之间，

-通过闪光对焊将该环形构件或这些环段的两个端部区域焊接在一起。

14.根据权利要求13所述的方法，其包括的步骤是在该直型钢的至少一个端部区域中形成腔，并且在将该直型钢弯曲成环形构件之前将该附加部件置于该腔中。