CN104380072A - 轴承组件的声发射测量 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种轴承组件，包括滚动元件轴承(110)和声发射单元(120)。所述滚动元件轴承(110)设置有至少一个轴承密封件(140、140')，其特征在于，所述声发射单元(120)布置在所述轴承密封件(140、140')上。本发明提供了一种用于测量轴承组件中的声发射的改进方法。

Description

轴承组件的声发射测量
技术领域
本发明涉及一种包括声发射单元的轴承组件。另外，本发明还涉及一种用于测量轴承组件的声发射的方法。
背景技术
在轴承组件比如滚动元件轴承中，经常有必要监测各部件的状态，以便确定各部件的状态并且可能预测未来的故障。监测状态对于轴承组件尤为重要，因为它们是在反过来又导致材料和部件被严重加载的极端操作条件下使用的。各种测量可以用于监测轴承组件中各部件的状态。
轴承组件中的一个特别重要的组成部分是润滑剂，例如油或润滑脂。润滑剂的主要目的是防止滚动元件、滚道及保持架之间的金属接触，从而防止轴承组件的磨损。润滑剂还用于冷却，以便保护轴承表面不受腐蚀。因此，很重要的是监测润滑剂的状态，以便确保轴承组件的可靠操作。也就是说，通过测量和监测润滑剂的状态，能够尽早检测是否存在不充分的润滑。
已经注意到的是，在某些情况下，轴承滚道表面和轴承滚动元件之间的金属接触即粗糙接触可以产生声发射(AE)。此外，声发射可能因润滑剂内的污染、其它金属噪声源、滚子倾斜或打滑而发生。声发射还可能产生于裂缝的出现及发展、滑动和位错运动、结对、或金属的相变。因此，产生于各种源的声发射被认为是轴承组件状态的一种显著可测量的指示。鉴于此，对轴承组件中声发射进行监测的需求不断增加。
作为示例，声发射测量可以通过将声发射拾取传感器直接安装到轴承组件的轴承外圈表面上来获得。传统上，这是通过将声发射拾取传感器连接在外圈径向平面上的预定槽或空间中来进行的。例如，AE拾取传感器的连接可以通过胶合或通过使用压力来完成，使得该传感器被牢固地保持在轴承圈表面上。
然而，由于轴承组件的结构，只有较少的剩余空间可用于轴承壳体中的其他部件。因此，将各种监测设备和传感器安装在轴承组件中同时保持测量结果的高水平精度和质量常常是有问题的。因此，需要一种用于监测轴承组件状态的替代解决方案，能够实现改进且精确的声发射测量。特别地，期望的是保持监测部件的尺寸和功能之间的平衡，使得测量可以在大量生产的轴承组件中进行。
发明内容
考虑到现有技术的上述及其他缺点，本发明的总体目的是提供一种包括声发射(AE)单元的改进的轴承组件，使得声发射测量能够可靠、简单且准确地进行。这些及其它目的通过在独立权利要求中所提供的主题而得到满足。优选的任选特征记载在相关的从属权利要求中。
根据本发明的第一方面，提供了一种包括滚动元件轴承和声发射单元的轴承组件。滚动元件轴承设置有至少一个轴承密封件。另外，所述声发射单元布置在该轴承密封件上。
本发明基于发明人这样的认识，通过将声发射单元布置在轴承密封件上的原理，声发射的改进测量是可能的。这样，将声发射单元布置在滚动元件轴承中较少受到与各部件比如轴承壳体物理接触的位置上,同时可以保持测量精度的高水平。
因此，通过本发明，可以测量声发射，有时也表示为声发射信号。已经发现，通过分析在轴承组件中所产生的声发射，例如一定声频率范围内的声压信号，可以监测、评估和量化轴承组件的状态，特别是润滑条件的状态。因此，在本上下文中，术语“声发射”是指在材料和应力中声音的产生。特别地，声发射是指由材料中应力的突然再分配所产生的瞬态弹性波。当结构或部件受到外部刺激时，例如压力、载荷或温度的变化，局部源触发能量以应力波的形式释放。应力波通常传播到结构或部件的表面，并且可以以具有不同设备和设置的各种方式进行测量。
分析和量化声发射是一种广泛使用的技术，用于监测各种安全关键和生产关键的系统的状态。然而，公知的润滑状态参数的一个示例是特定的膜厚度。在另一实施例中，用于指示润滑状态的润滑状态参数是粘度比κ。该粘度比是润滑剂的实际粘度与润滑剂必须维持在其正常工作温度下以便形成足够油膜的最小额定粘度的比率。这两个润滑参数都表示轴承的滚动接触面之间的表面分离的程度，并且同样表示粗糙接触的程度。因此，通过测量润滑剂的声发射，可以确定本领域技术人员所指定的各种润滑状态参数。
通过将AE单元布置在密封件上的设置，不仅可以从轴承密封件收集声发射测量，而且还可以从各个相邻的轴承结构，如下所述，例如润滑剂、滚道表面和轴承滚动元件之间的粗糙接触、密封件的金属支撑结构、密封件的其他金属部件收集声发射测量。
这不同于以前的现有技术解决方案，那些方案利用安装在滚动元件轴承的外圈上的AE传感器，并且直接简单地收集从轴承外圈表面的AE测量。如从分析常规的轴承组件的结构可以清楚的是，安装在外圈上的AE传感器是有问题的，因为外圈的表面有时会意外地与轴承壳体接触。另外，由于外圈的轴承表面不平坦，所以通常要求AE传感器定位在外圈的凹部中。因此，即使AE传感器被安装在外圈的凹部中或在其表面上，很可能需要对现有的轴承壳体或轴承组件进行修改，以确保AE传感器在轴承组件的使用过程中不受损坏。因此，通过本发明，滚动元件轴承的所需修改更少。特别地，对于轴承支撑结构即轴承壳体，没有必要进行任何修改和/或更换。因此，通过将AE单元布置在轴承密封件上的设置，可以在无需使AE传感器直接安装在滚动元件轴承的外圈上的情况下进行改进和精确的AE测量。这样，没有必要在AE测量的精度和轴承组件内的可用空间之间进行折衷，从而允许在各行业中方便地应用本发明。
优选地，所述声发射单元配置成测量滚动元件轴承的声发射。AE信号可以在轴承组件内产生，并且通过滚动元件轴承的润滑被发送到轴承密封件上和/或通过外圈与轴承密封件之间的机械接口被发送。由此，声发射单元优选地配置成测量润滑剂的声发射。因此，在本发明的上下文中，所述声发射单元可被具体地用来检测轴承组件中的润滑问题。因此，AE单元配置成在轴承组件被损坏之前检测潜在问题的迹象。为此，在各种示例性实施例中，轴承密封件可以保持润滑剂。除了轴承密封件将润滑剂保持在轴承腔内之外；它们还被设计成防止污染物的进入。润滑剂可以是润滑油，其用于润滑一个或多个滚动元件。在另一示例中，润滑剂可以是润滑脂。
此外，通过本发明，可以将警告时间延长到故障，并且在轴承组件损坏之前纠正润滑问题。早期检测到的润滑问题在故障之前增加警告时间，使得能够早期干预和问题整改。应该指出的是，声发射信号本身通常是带通滤波的、整流的以及包络的。如上所述，然后通过使用标准状态监测工具进行分析。
可以通过使用各种传感器来获取声发射信号。因此，声发射单元有利地以传感器的形式被提供，用于测量频率。在一示例中，AE单元可以以压电晶体传感器(其可以从Ferroperm获得)的形式被提供。然而，AE传感器在本领域中是已知的，选择合适的AE传感器最终取决于要进行的所需测量以及轴承组件的尺寸和应用。因此，各种类型、形状和大小的AE单元是可以想到的，并且AE单元的性质和设计对于本领域技术人员来说将是显而易见的。声发射信号优选地通过使用接口卡被处理和包络。对于本领域技术人员来说，接口卡可通过商业获得。接口卡可以包含在信号处理单元中。
声发射涵盖了广泛的带宽，总体上频率从零赫兹高达数兆赫兹。通常细分成0Hz至约20Hz的次声、约20Hz至20kHz的声音以及从20kHz以上高达数兆Hz的超声。因此，优选地，声发射单元配置成测量100kHz至1MHz之间的频率。仍然优选地，声发射单元配置成测量150kHz至450kHz之间的频率，因为已经发现，在该范围内的频率意味着能量关于轴承组件缺陷和润滑问题的显著释放。此外，后者的范围特别与滚动元件轴承的粗糙接触相关，这意味着不想要的声发射被过滤掉。
因此，通过上述布置，可以提高对于精确的信号处理来说达到诊断并抑制在该范围之外的频率所必需的频率。
优选地，声发射单元布置在轴承密封件的外表面即轴承密封件的空气侧上。轴承密封件的空气侧通常是轴承密封件的面向润滑剂的表面的相反侧。
在各种示例性实施例中，轴承密封件可以由金属制成。由金属制成的轴承密封件确保声发射以甚至更加可靠精确的方式通过材料被转化。轴承组件优选地配置成用于支撑轴。
根据示例性实施例，滚动元件轴承具有内圈、外圈以及设置在它们之间的一组滚动元件。
优选地，轴承密封件布置成覆盖内圈和外圈之间的空间S。这样，从滚动元件的润滑剂泄漏得到防止。应该指出的是，在本发明的范围之内，可以设想轴承密封件的各种替代性布置，前提是只要轴承密封件能够防止润滑剂从滚动元件轴承泄漏。优选地，轴承密封件连接到至少外圈。另外，或可替代地，轴承密封件可以连接到内圈。同样地，轴承密封件可以连接到这两个圈。这样，轴承密封件从外圈延伸到内圈。可替代地，或另外，轴承密封件可以从外圈延伸至内圈的相邻部件。相邻部件的一个示例可以是磁脉冲环。磁脉冲环提供可变磁场的源，轴电(axletronics)传感器内所使用的传感器从其检测磁通量变化。通常，磁脉冲环由软铁氧体环材料制成，具有大量的不同正负极。随着位于轴电传感器组件内的磁拾取传感器通过磁脉冲环，该磁拾取传感器检测变化的磁场并且产生RPM波纹(waveworm)/信号。相邻部件的另一示例可以是垫圈。垫圈布置成将轴承组件的轴向位置固定到轴上。甚至可能的是，轴承密封件可以从外圈延伸到轴承壳体。
所述内圈、外圈以及成组的滚动元件通常保持在保持架中。外圈通常是静止的，即在轴承操作期间不转动。
根据示例性实施例，该组滚动元件可以形成围绕轴承组件的内圈延伸并沿轴向滚动的一排对齐的滚动元件。这样，所述内圈和该组滚动元件在操作期间围绕环形结构中的轴延伸。
根据各种示例性实施例，内圈设置有内轨道。类似地，外圈设置有外滚道。内圈通过保持架和/或额外的支撑结构优选地连接到外圈。保持架布置成相对于内圈支撑外圈。保持架可以有利地配置成控制相对于第一外圈的与该组滚动元件配合的外圈的位置，使得轴承组件允许不对准，但限制轴相对于内圈的轴向位移。此外，保持架提供了合适的支撑，用于在操作期间将所述内圈和外圈相对彼此和/或相对于轴承外壳可操作地联接。由此，轴承组件可以优选地包括轴承外壳。
根据各种示例性实施例，滚动元件轴承由径向滚动元件轴承、球面滚子推力轴承、圆锥滚子轴承、圆柱滚子推力轴承、推力球轴承、角接触球轴承、或这些轴承类型中的两个或更多个的组合形成。例如，轴承组件可以包括第一和第二滚动元件轴承装置，其中所述第一和第二滚动元件轴承可以由具有不同滚动元件和滚道设计(比如根据上面所述的任一个示例性轴承类型的特征)的不同轴承类型形成。
本发明特别适用于铁路轴承。因此，根据其第二方面，本发明涉及一种铁路轴承。在铁路轴承中，轴承密封件通常以金属密封罩的形式被提供。优选地，金属密封罩机械地连接到轴承外圈和轴承内圈。可替代地，金属密封罩可以与外圈或内圈间接物理接触。金属密封件通常被压入到轴承(外圈)中，并且与迷宫布置中的内圈相配合。一端(通常是内圈)必须能够自由旋转，以便确保轴承组件能够旋转。因此，该轴承组件可以包含在铁路轴承中。然而，轴承组件的应用并不限于铁路轴承；代替地，轴承组件可以包含在需要轴承组件的任何适当的工业环境中。
因此，本发明进一步有利的是，其允许将AE单元安装在现有市售的轴电壳体比如铁路轴承里程表内。轴电壳体使用铁路轴承的磁脉冲环来测量轴承的rpm。然后，可以将所收集的信息即测量的声发射无线地传输到列车系统或远程监测系统。在各种实施例中，铁路轴承可因此包括磁脉冲环。优选地，轴承密封件从外圈延伸到磁脉冲环。在这种情况下，磁脉冲环可以称作内圈的相邻部件，如上所述。
有利地，轴承组件可以包括信号处理单元。信号处理单元能够处理AE信号。如上所述，声发射信号优选地通过使用接口卡被处理和包络。这样，信号处理单元可以包括接口卡。优选地，信号处理单元适于根据所检测的频率的变化速率来确定润滑剂的泄漏速率。信号处理单元还可以适于在频率达到对应于允许的泄漏的最大级别的预定的阈值时发出警报信号。可替代地，或另外，信号处理单元可适于在所确定的泄漏速率超过预定的阈值时发出警报信号。
声发射单元还可以可操作地连接到信号处理单元，以便将信号或检测到的指示转换成适用于进一步处理的格式和范围。
优选地，声发射单元可以连接到状态监测单元。状态监测单元的功能是提供有关轴承的状态的诊断。另外，或可替代地，状态监测单元可以配置成预测和检测故障。作为示例，可以指导状态监测单元检测因磨损所产生的嘶嘶、噼啪和隆隆的声音。
每个信号处理条件可具有相应的警报信号。因此，声发射单元、信号处理单元和状态监测单元可以可操作地连接到警报生成单元。优选地，警报生成单元配置成通过显示器来显示每个诊断的值。优选地，警报生成单元可以配置成在所检测频率的变化速率超过一个或多个预定极限时发出警告或警报。
在各种示例性实施例中，信号处理单元可以是轴承组件的组成部分。然而，信号处理单元可以布置成远离AE单元。此外，状态监测单元、警报生成单元和显示器可以是信号处理单元的组成部分。然而，状态监测单元、警报生成单元和显示器还可以是轴承组件内的单独部分。
在一个示例性实施例中，声发射单元可以以无线、无源传感器的形式被提供。无线传感器具有许多优点，例如该传感器可以嵌入在载体材料(例如橡胶密封唇)内。这样，传感器的元件不必设置有额外的密封。此外，不需要电池或电源，因为从询问信号中获得用于共振输入换能器的能量。
根据本发明的第三个方面，提供了一种用于测量轴承组件中的声发射的方法。在本上下文中，所述轴承组件包括具有轴承密封件的滚动元件轴承、以及声发射单元。如上所述，声发射单元布置在轴承密封件上。所述方法包括以下步骤：通过所述声发射单元来测量来自滚动元件轴承的声发射。
优选地，所述方法还包括以下步骤：通过信号处理单元来提取并分析所测量的声发射。
优选地，所述方法还包括以下步骤：通过所述信号处理单元，基于所测量的声发射来确定所述滚动元件轴承和/或润滑剂的状态。
优选地，所述方法还包括以下步骤：通过状态监测单元来产生所述滚动元件轴承和/或润滑剂的状态的诊断。
采用所提出方法的一个优点确切地在于其能够实现轴承组件的声发射的改进和精确的测量。
通过研究所附权利要求及以下描述，本发明的进一步特征以及所具有的优点将变得显而易见。本领域技术人员要认识到的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对本发明的不同特征进行组合来产生与下文中所述的不相同的实施例。
附图说明
根据下面的详细描述和附图，本发明的各个方面(包括其具体特征和优点)将得到很容易地理解，其中：
图1示意性地示出了根据本发明的轴承组件的一部分的示例的正视图，该轴承组件包括声发射单元；
图2示意性地示出了根据本发明的轴承组件的示例的剖视图，该轴承组件包括声发射单元；
图3示意性地示出了根据本发明的轴承组件的第二示例的剖视图，该轴承组件包括声发射单元；
图4示意性地示出了根据本发明的方法的示例的流程图；
图5示意性地示出了用于测量根据现有技术的轴承组件的声发射的方法的示例。
具体实施方式
下面参照附图对本发明进行更加充分地描述，附图中示出了本发明的当前优选实施例。然而，本发明可以体现为许多不同形式，不应被解释为限于这里所阐述的实施例；相反，这些实施例用于彻底性和完整性，并且向本领域技术人员完全传达本发明的范围。各附图中相同的附图标记指代相同的元件。
要指出的是，以下说明书中的各方向用于便于理解图中各部件之间的位置关系。因此，轴承组件的安装方向、使用模式等从而未指定。这同样适用于下述的其它实施例。
下面参照附图特别是图1和2，示出了根据示例性实施例的轴承组件的一部分的示例。该轴承组件包括滚动元件轴承110和声发射单元120。此外，这里的滚动元件轴承110设置有内圈112、外圈114以及设置在它们之间的一组滚动元件116。内圈112、外圈114以及该组滚动元件116通常保持在保持架或保持器118中。根据各个示例性实施例，保持架118可通过内圈112或外圈114被引导并保持在滚动元件轴承110中的预期位置110。保持架118还可被引导在围绕轴122布置的分开的引导环(未示出)上。另外，或可替代地，分开的引导环可以布置在轴承外壳150中，如下面进一步说明。此外，保持架118还可以通过该组滚动元件116被引导。例如，保持架118可以由金属和/或聚合物材料制成。保持架118还可以布置成将该组滚动元件116和内圈或外圈112、114中的至少一个形成自包含单元，其由保持架118保持在一起作为一个单元。
在图1和2所示的例子中，该组滚动元件116由圆柱形滚子元件形成。该组滚动元件116以环形圆周排围绕着轴122的轴线布置，并且介于内圈112和外圈114之间。通常，内圈112包括内滚道124。内滚道124通常具有硬化的表面层，以承受因与滚动元件116接触而带来的载荷，并确保轴承组件100具有长使用寿命。类似地，外圈114包括外滚道126。同样，外滚道126通常具有硬化的表面层，以承受因与滚动元件116接触而带来的载荷，并确保轴承组件100具有长使用寿命。内滚道124和外滚道126都与滚动元件116接触，从而布置成与滚动元件116进行合作。为此，滚动元件116相对于滚道并对着其滚动，以允许内圈112和外圈114之间的轴向和角位移。由此，在应用中的操作期间的载荷以相对于轴承轴线的一定角度从一个滚道传输到另一个滚道，使得能容纳并支撑轴向载荷以及径向载荷。
如图1和2所示，这里的轴承组件100包括轴承外壳150，其布置成包围并保护轴承组件100的其它部件。另外，这里的轴承外壳150布置成容纳并控制轴承组件100的外圈114的位置，并且将该组滚动元件116和内圈112集成为集成式轴承组件。
滚动元件轴承110还设置有至少一个轴承密封将140。在图1和2所示的例子中，这里的滚动元件轴承110设置有第一轴承密封件140和第二轴承密封件140'。在各个示例性实施例中，轴承密封件140、140'可以保持润滑剂128。也就是说，这里的滚动元件轴承包含润滑剂128。由此，声发射单元120配置成测量润滑剂128的声发射。除了轴承密封件140和140'将润滑剂128保持在轴承腔内之外；轴承密封件140和140'还被设计成防止污染物的进入。润滑剂128可以是润滑油，其用于润滑一个或多个滚动元件116。在另一示例中，润滑剂128可以是润滑脂。
轴承组件100可以任选地设置有电渗透泵(未示出)，其具有润滑脂贮存器和延伸进入轴承组件的腔中的润滑脂供给线。因此，该泵被操作成将少量的润滑脂直接输送至滚动接触区。在轴承操作期间，供给的润滑脂被过度碾压且原油被释放，这在滚动元件轴承110的滚动元件116和滚道124、126之间形成润滑膜。
如图1和2所示，轴承密封件140、140'布置成覆盖内圈112和外圈114之间的空间S。这样，防止润滑剂128从滚动元件116泄漏。要指出的是，在本发明的范围之内，可以设想轴承密封件140的各种替代性布置，前提是只要该轴承密封件140覆盖空间S以使得防止润滑剂泄漏。例如，在各种示例性实施例中，轴承密封件140和140'可以连接到至少内圈112。另外，或可替代地，轴承密封件140和140'可以连接到至少外圈114。同样地，轴承密封件可以连接到这两个圈112和114。这样，轴承密封件140从外圈114延伸到内圈112。还可能的是在本发明的范围之内，轴承密封件140和140'可以连接至轴承组件100的其他部分，比如轴承外壳150。然而，如图2所示，轴承密封件140优选地从外圈114延伸至内圈112的相邻部件130。在该示例中，此相邻部件以磁脉冲环的形式被提供，如由图2中的附图标记130所示。磁脉冲环通常安装到内圈112上。在本发明的上下文中，相邻部件130可以是轴承外壳150的一部分。然而，相邻部件的另一示例可以是垫圈，如由图2的附图标记136所示。这里的垫圈136是内圈112的相邻部件，并且布置成将轴承组件的轴向位置固定到轴122上。通常，相邻部件130与内圈112物理接触，同时还允许内圈可以转动。
第一轴承密封件140可任选地设置有小的开口，以允许具有小直径(例如0.5mm)的润滑脂供给线通过并出现在轴承腔中。在各个示例中，润滑脂供给线的排出口布置在保持架118的杆的正上方，以将润滑脂输送到滚动接触区。这样，轴承组件100配置成向滚动元件轴承110提供所需的主动润滑。充分的润滑对于滚动元件轴承的操作非常重要，如果失去太多的润滑油或润滑脂，则轴承将失效。这种失效可能反过来会对结合轴承的机器导致严重损坏。在这种情况下，有利的是能够检测泄漏，从而可以在损坏发生前更换轴承密封件。
在现有技术中，通过测量轴承组件的声发射来监测润滑剂的状态。图5表示相应的现有技术的实施例。在该图中以及在下文中，附图标记120表示声发射单元。如图5所示，现有技术的方法是通过将声发射传感器直接安装到轴承组件的轴承外圈表面114上来进行的。例如，可以通过胶合或使用压力来连接声发射传感器，使得传感器被牢固地保持在轴承圈表面上。然而，如从图5清楚地看出，在轴承壳体150和外圈114之间缺乏空间。因此，将声发射单元120正确地定位在外圈114上同时保持测量的高水平的质量是非常复杂的。即使声发射单元120被正确地布置在外圈114的表面上，仍很可能的是，其在操作期间意外地碰到轴承外壳150的内表面，从而损坏传感器。
本发明提供了将声发射单元120布置在滚动元件轴承110中较少受到与各部件比如轴承壳体150物理接触的位置上同时仍获得AE测量的高水平质量和精度的可能性。
为此，如图1和2所示，根据本发明的轴承组件包括布置在轴承密封件140上的声发射单元120。在本发明的上下文中，这里的声发射单元120配置成测量滚动元件轴承110的声发射。声发射单元120优选地布置在轴承密封件140的外侧或外表面上，如图1和2所示。所用的术语“轴承密封件的外侧”通常是指相比于轴承密封件140的润滑剂侧，为空气侧的轴承密封件140的那一侧。如图1和2所示，这里的声发射单元120直接连接至轴承密封件140的一部分。在本发明的上下文中，声发射单元120配置成捕获声波压力，然后将其转换成电信号。因此，电连接器或电连接线(未示出)可以连接到声发射单元120。然而，更常见和适合的是使用无线连接，从而声发射单元120和各电气单元可以在没有任何电线或缆线的情况下实施。此外，各单元比如发电、蓄电和无线数据传输可以完全自包含在轴承组件中。
声发射单元120通常以传感器的形式被提供，用于测量频率。在优选实施例中，声发射单元120通常包括的传感器是压电晶体传感器(其可从Ferroperm获得)的形式。声发射传感器可以优选地具有的频率范围为100kHz至1MHz。仍然优选地，声发射传感器的频率范围可以是150kHz至450kHz。
通过测量频率，声发射单元120能够测量轴承组件100的各种状态。例如，频率的初始变化可以指示轴承组件的某些缺陷。频率可以以规则的间隔(例如每隔15分钟)进行测量，以提供轴承组件100的当前状态的指示。
如图3示意性地示出，声发射单元120还可以可操作地连接到信号处理单元160，以便将信号或检测到的指示转换成适于进一步处理的格式和范围。信号处理单元160还可以包括放大单元。另外，或可替代地，信号处理单元160可以包括模拟-数字转换单元。另外，或可替代地，信号处理单元160可以包括过滤单元。要指出的是，所有的信号处理可以在模拟域内。然而，更常见的是，在数字域内进行尽可能多的处理，因此，期望将模拟-数字转换定位成接近模拟输出。还可以在模拟域和数字域的混合中进行信号处理。信号处理单元160通常通过导线被连接到AE单元120，以形成电连接。然而，信号处理单元160还可以无线连接到AE单元120。
如图3示意性地示出，声发射单元120还可以连接到状态监测单元180。状态监测单元180的功能是提供相关轴承的状态的诊断。另外，或可替代地，状态监测单元180可以配置成预测和检测故障。作为示例，可以让状态监测单元180检测例如由于磨损所产生的嘶嘶、噼啪和隆隆的声音。另外，或可替代地，可以让状态监测单元180检测与损坏量相关的声音的响度。另外，或可替代地，可以让状态监测单元180检测因金属对金属的接触所产生的刺耳声音。另外，或可替代地，可以让状态监测单元180检测故障是否与轴承组件相关联，和/或检测因轴承损坏而产生的滴答声。每个信号处理状态可能具有相应的警报信号。因此，声发射单元120、信号处理单元160、状态监测单元180可以可操作地连接到警报生成单元200。警报生成单元200可以配置成通过显示器210来显示各诊断的值。警报生成单元200可以配置成在所检测频率的变化速率超过一个或多个预定极限时发出警告或警报。例如，可以通过键盘输入来设置警报生成单元200的值或极限。另外，或可替代地，警报生成单元200可以具有预先设定的值。另外，或可替代地，警报级别可以是二进制型的或多级型的。二进制型的警报仅有两个级别，例如开或关、好或坏。多级型的警报可以给出三个以上的级别，例如没有警报、警告警报、以及紧急警报。例如，在超过第一预定极限时，警报生成单元200可以指示轴承密封件140必须在一周之内进行更换。可以将第二预定极限设置成指示泄漏的灾难性速率。当达到或超过第二极限时，信号处理单元160适当地配置成触发机器关闭。要指出的是，可以通过由警报生成单元200所发出的警报信号来连通不同程度的紧急。
如可以从图3中发现，这里的信号处理单元160是轴承组件的组成部分。然而，可替代地，信号处理单元160可以布置成远离AE单元120。此外，状态监测单元180、警报生成单元200和显示器210可以是信号处理单元160的组成部分。然而，状态监测单元180、警报生成单元200和显示器210同样可以是轴承组件内的单独部分。
应当指出的是，图3是轴承组件100的简化示意图，比如电连接到轴承组件以及其内的各种结构和用于安装轴承组件的结构没有明确地表示。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，可以以许多不同的方式来提供这样的结构。
在本发明的所有实施例中，轴承组件能够实现滚动元件轴承110的改进且精确的AE测量。另外，轴承组件优选得能够实现润滑剂128的改进且精确的AE测量。特别地，这是通过将AE单元120布置在轴承密封件140上的设置来实现的。为此，不仅可以从轴承密封件140收集声发射测量，而且还可以从各个相邻的轴承结构例如润滑剂128、滚道表面和轴承滚动元件116之间的粗糙接触、轴承密封件的金属支撑结构、或密封件的其他金属部件。因此，通过将AE单元120布置在轴承密封件140上的设置，可以在无需使AE单元120直接安装在滚动元件轴承110的外圈114上的情况下进行改进和精确的AE测量。因此，没有必要在AE测量的精度和质量以及轴承组件内的可用空间之间进行折衷，从而允许在各行业中方便地应用本发明。
根据本发明的轴承组件并不限于以上实施例的特定结构。例如，声发射单元120可以以无线、无源传感器的形式被提供。在这种情况下，声发射单元120还可以包括连接到输入换能器的接收天线，由此通过电磁(射频)波发送询问信号。优选地，声发射单元120还可以包括连接到输出换能器的发送天线。类似地，还可以通过电磁(射频)波发送输出信号。本领域技术人员要理解的是，天线可以配置为用于接收和发射的单个闭环。无线传感器具有许多优点，例如该传感器可以嵌入在载体材料(例如橡胶密封唇)内。这样，传感器的元件不必设置有额外的密封。此外，不需要电池或电源，因为从询问信号中获得用于共振输入换能器的能量。
根据可选的实施例，轴122可以具有锥形或圆柱形孔。另外，每个圈112、114可以具有锥形或圆柱形孔。
本发明特别适用于铁路轴承。因此，在优选的实施例中，提供的铁路轴承包括根据上述示例性实施例中任一项所述的轴承组件100。
铁路轴承通常是直径至少为250毫米的大滚子轴承。大滚子轴承包括两个滚道元件，它们实施为外圈114和内圈112。实施为滚珠116的滚动元件设置在滚道元件124、126之间。在这两个滚道元件124、126的运动期间，滚珠116在滚道元件上发生滚动运动。大滚子轴承通常用于安装情况，其中发生外圈114相对于内圈112的连续盘旋转动，反之亦然。这可以是例如铁路中的情况。
图4示出了根据本发明的方法的流程图。在第一步骤410中，通过声发射单元来测量从滚动元件轴承的声发射。如上所述，声发射产生于滚动元件轴承的滚动接触表面之间的金属对金属的接触，并且通过使用声发射单元来进行测量，以提供所测量的信号。作为任选的第二步骤420，通过信号处理单元来提取并分析所测量的声发射。另外，作为任选的第三步骤430，通过信号处理单元，基于所测量的声发射来确定滚动元件轴承和/或润滑剂的状态。另外，作为任选的第四步骤440，通过状态监测单元来产生滚动元件轴承和/或润滑剂的状态的诊断。此外，该方法可以包括确定指示润滑状态的润滑参数的步骤。
尽管这些数字可以表示特定顺序的方法步骤，但是这些步骤的顺序可以不同于所述的。此外，可以同时或者部分同时执行两个或更多个步骤。这种变化可能取决于实施方式的选择。所有这样的变化都在本发明的范围之内。
附图标记列表
110  滚动元件轴承
112  内圈
114  外圈
116  滚动元件
118  保持架
120  声发射单元
122  轴
124  内滚道
126  外滚道
128  润滑剂
130  内圈的相邻部件
140  轴承密封件
150  轴承外壳
160  信号处理单元
180  状态监测单元
200  警报生成单元
210  显示器

Claims (15)

1.一种轴承组件，其包括滚动元件轴承(110)和声发射单元(120)，所述滚动元件轴承(110)设置有至少一个轴承密封件(140、140')，其特征在于，所述声发射单元(120)布置在所述轴承密封件(140、140')上。
2.根据权利要求1所述的轴承组件，其中，所述声发射单元(120)配置成测量所述滚动元件轴承(110)的声发射。
3.根据前述权利要求中任一项所述的轴承组件，其中，所述轴承密封件(140)保持润滑剂(128)，所述声发射单元(120)配置成测量所述润滑剂(128)的声发射。
4.根据前述权利要求中任一项所述的轴承组件，其中，所述滚动元件轴承(110)包括内圈(112)、外圈(114)以及设置在它们之间的一组滚动元件(116)，所述轴承密封件(140)布置成覆盖所述内圈(112)和外圈(114)之间的空间(S)。
5.根据权利要求4所述的轴承组件，其中，所述轴承密封件(140)从所述外圈(114)延伸至所述内圈(112)。
6.根据权利要求4所述的轴承组件，其中，所述轴承密封件(140)从所述外圈(114)延伸至所述内圈(112)的相邻部件(130)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的轴承组件，其中，所述声发射单元(120)以传感器的形式被提供，用于测量频率。
8.根据权利要求7所述的轴承组件，其中，所述声发射传感器(120)配置成测量的频率优选在100kHz至1MHz之间，更优选的在150kHz至450kHz之间。
9.根据前述权利要求中任一项所述的轴承组件，其中，所述轴承组件还包括信号处理单元(160)，其中，所述信号处理单元(160)适于根据检测到的频率的变化速率来确定所述润滑剂(128)的泄漏的速率。
10.根据权利要求9所述的轴承组件，其中，所述信号处理单元(160)还适于在频率达到对应于所允许的泄漏的最大级别的预定的阈值时发出警报信号。
11.根据权利要求9所述的轴承组件，其中，所述信号处理单元(160)还适于在所确定的泄漏的速率超过预定的阈值时发出警报信号。
12.一种用于测量轴承组件中的声发射的方法，所述轴承组件包括具有轴承密封件(140)的滚动元件轴承(110)、以及声发射单元(120)，所述声发射单元(120)布置在所述轴承密封件(140)上，所述方法包括以下步骤：
-通过所述声发射单元来测量来自所述滚动元件轴承的声发射(410)。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括以下步骤：
-通过信号处理单元来提取并分析所测量的声发射(420)。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括以下步骤：
-通过所述信号处理单元，基于所测量的声发射来确定所述滚动元件轴承和/或润滑剂的状态(430)。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括以下步骤：
-通过状态监测单元(440)产生所述滚动元件轴承和/或润滑剂的状态的诊断。
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