CN104641129A - 用于测定轴承的负载区的轴承布置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轴承布置(10)，具有用于相对于固定部件(22)支承能移动的部件(20)的轴承(12)和用于测定轴承(12)的负载区的检测装置(30)，负载区通过轴承(12)的区域形成，在能移动的部件(20)运动时，在该区域中出现与邻接区域相比更高的在轴承(12)中的机械负载，其中，轴承布置(10)包括至少两个用于相应地检测温度的温度传感器(24)并且检测装置(30)设计用于，依据检测到的温度测定轴承(12)的负载区。

Description

用于测定轴承的负载区的轴承布置和方法

技术领域

本发明涉及一种轴承布置。此外，本发明还涉及一种用于测定轴承的负载区的方法。最后，本发明还涉及一种用于运行机器和/或设备的方法。

背景技术

在设计机器或设备时，轴承的负载区是重要的元素。在此，负载区描述了轴承的以下区域，在运行轴承时，在该区域中出现增高的机械负载。负载区的位置错误或过小的轴承负载可能在运行中导致故障并且甚至导致轴承和设备组件受损。由于测量技术很昂贵并且该方法耗费很大且易受干扰，典型地不固定地应用用于确定轴承的负载区的方法。

当安装有附加的距离传感器时，例如能够使用所谓的轨道测量法以用于以测量技术检测轴承的负载区。由于通常仅确定负载区的尺寸或者说设计负载区，而非以测量技术进行检测，因此在测量机器振动时可能出现错误。振动传感器应设置在轴承的负载区的周围环境中。但是当轴承的负载区位于与所期望的不同的其他区域中时，在振动测量时则出现系统性错误。特别是当仅一个振动传感器代替两个相互正交布置的振动传感器定位于负载区的附近时，情况尤其如此。

如今通常也不监控轴承中的热致应力。在此，轴承中的剧烈的局部升温能够导致在材料中的机械应力并因而由于不同的材料延展而导致形状误差，形状误差则干扰了轴承的预期运转。此外，由于热致应力不仅能够在轴承容纳部中而且也能够在轴承自身中形成裂缝。

在发动机中通常应用带传动装置。在这里，错误的带张力通常在运行工作时导致问题。典型地，不固定地执行对带张力的监控，而是对于指定的服务间隔才执行。因此，带张力在服务间隔的中间时段中的变化是无法检测的。此外，负载区的位置也能够取决于轴承在机器内部的、例如发动机内部的预应力。在此，通过测力计或类似方法的外部测量仅有限地有效于确定负载区。

发明内容

因此，本发明的目的在于，更简单且更可靠地确定轴承的负载区。

该目的通过具有权利要求1所述特征的轴承布置和通过具有权利要求9所述特征的方法来实现。该目的以相同的方式通过具有权利要求11所述特征的方法实现。本发明的有利的改进方案在从属权利要求中说明。

根据本发明的轴承布置包括用于相对于固定部件支承能移动的部件的轴承和用于测定轴承的负载区的检测装置，该负载区通过轴承的以下区域形成，在能移动的部件运动时，在该区域中出现与邻接区域相比更高的在轴承中的机械负载，其中，轴承布置包括至少两个用于相应地检测温度的温度传感器，并且检测装置设计用于，依据检测到的温度测定轴承的负载区。

轴承例如能够构造为滚动轴承，利用滚动轴承使轴能够可旋转地布置。负载区描述了轴承的以下区域，在该区域中将更高的机械负载、例如将压力施加到轴承的滚动体上。本发明基于以下认识，即在负载区中典型地出现在轴承中的局部升温。升温的原因是负载区中的局部摩擦。由于轴承通常由金属制成，在局部产生的热量能够特别良好地传递到轴承的周围环境中。根据轴承的工作条件、即根据轴承中的转速、负载和摩擦，能够出现从一个轴承侧到另一轴承侧的几开尔文的温度差异。该温度差异明显不同于在轴承正常运行时出现的轴承的升温。通过与轴承有所定义的距离地布置温度传感器，能够直接地定位负载区的位置。在这种情况下，重要的不是精确地确定绝对温度，而是比较利用各个的温度传感器所检测到的温度。

此时，能够利用检测装置形成一个或若干特征值，该特征值在热学上和位置上表征了负载区。例如能够形成矢量，其方向表征了位置并且其长度表征了与温度传感器感应区域中最冷点相比的温度差异。在此也能够设想，利用温度传感器所检测的温度按顺序或利用附加的地点或位置说明来测定并且提供给检测装置。由此能够提供一种非常简单的且成本低廉的测量技术，利用该测量技术能够检测轴承的负载区。

优选地，至少两个温度传感器布置在固定部件的外面处。轴承通常嵌入到固定部件的空隙中。基于例如由金属制成的轴承和固定部件之间的良好的热传递，足以检测在固定部件的外面处的不同位置处的温度。在此，各个温度传感器优选地布置在电路板上。该电路板能够构造成环形，其中电路板具有圆形的空隙，空隙直径等于轴承的外直径。空隙的直径也能够大于轴承的外直径。温度传感器能够如下地布置在电路板上，即全部温度传感器均具有相等的到轴承的距离。在此，温度传感器能够直接布置在固定部件的外面处。替代于此地，能够在能移动的部件和相应的温度传感器之间布置具有导热能力的元件。温度传感器也能够布置在轴承的轴承盖中。由此能够特别简单地加装温度传感器。

在一种实施方式中，轴承布置包括至少一个用于检测轴承的振动的振动传感器。ISO 10816-3标准例如规定了将振动传感器直接安装在负载区中。如果未使用振动传感器，则测量是不符合标准的。此外，通过评估至少一个振动传感器的信号能够监控轴承的运行状态。

在一种设计方案中，检测装置设计用于，根据至少两个温度传感器所检测到的温度对至少一个振动传感器的传感器信号加权和/或测试可信度。依据利用至少两个温度传感器检测到的温度能够测定轴承的负载区。负载区的位置例如能够用于对利用振动传感器的测量的加权。如果负载区远离应处在负载区附近的振动传感器，由于对于声波而言的距离更大，则振动传感器的信号小于预期。因此能够相应地对振动传感器的传感器信号进行加权或者说增强。此外，负载区的所检测到的位置还能够作为用于振动传感器的传感器信号的可信度标准来引用。由此，借助在此说明的轴承布置能够确保，满足上述标准而不必安装附加的昂贵的振动传感器和测量链。

优选地，轴承布置包括用于光学地显示负载区的显示装置。用于测定负载区的检测装置例如能够提供相应的输出信号，利用该输出信号能够操控光学显示装置。在此也能够设想，利用显示装置显示轴承的转速和/或旋转方向。因此，不需要附加地评估检测装置的传感器信号并且能够以简单的方式显示负载区的位置。

在另一种实施方式中，显示装置包括多个发光二极管。发光二极管的优势在于，其寿命很长且稳定。此外还能够获得不同颜色的发光二极管。由此能够特别简单地提供显示装置。

在一种优选的实施方式中，显示装置的发光二极管形成检测装置的至少两个温度传感器。发光二极管的应用是特别有利的，因为除了用作显示元件外，发光二极管也能用于温度测量。为此使发光二极管在导通方向上运行。由导通电压的随温度升高的降低得出发光二极管与温度的相关性。在运行发光二极管时能够测定二级管电压。由此发光二极管能够用于同时检测负载区和显示负载区。

在另一种设计方案中，显示装置包括控制单元，该控制单元设计用于为发光二极管供应相同的电功率。控制装置特别地能够通过多路转换器来形成。由于发光二极管在运行时变热并且也由此老化，所有能够利用控制单元如下地操控各个发光二极管，即形成相应的发光图案。优选地，所有发光二极管时间长度相同地且以相同的电流强度变热。由此能够例如提供朝负载区延伸的发光图案或者说延伸光。

此外，根据本发明提供一种用于测定轴承的负载区的方法，该方法通过在轴承的和/或固定部件的外面处的至少两个位置处相应地检测温度并依据检测到的温度测定轴承的负载区来实现，其中，能移动的部件相对于固定部件利用轴承来支承，并且其中，负载区通过轴承的以下区域来形成，在能移动的部件运动时，在该区域中出现相比于邻接区域更高的在轴承中的机械负载。

优选地，依据检测到的温度附加地测定轴承的运行状态。因此能够例如依据对沿轴承的温度分布的认知来识别和定位热致机械应力。例如在最热点和最冷点之间的温度差异和位置距离给出了有关温度落差的信息并由此给出了有关机械地出现的应力以及材料变形的信息。在此还能够设想，将这些数据用于有限元模拟(FEM-Simulation)中，以便能够更精确地表征或者说模拟表现。

如果沿轴承出现温度的不均匀分布，那么于此的原因则能够在于轴承的不均匀运转。这种运转例如在滚动面中或者轴承套中有损伤时产生。这种故障状态能够通过分析沿轴承的温度变化曲线而确定。

此外，本方法还适用于诊断轴承中的超温。当轴承例如在设计状态之外运行时，所谓的轴承间隙缩小。这造成了轴承中的摩擦增大，由此温度能够额外地增高。此外，负载区的位置或者宽度也发生变化。此外，轴承中的润滑剂的粘性将随着温度的上升而降低。当轴承以超温来运行时，能够出现所谓的轴承咬住(Lagerfresser)。通过本方法能够监控轴承的温度并且由此相应地诊断运行状态。

在能移动的部件的转矩或者转速改变时，轴承的负载区典型地在位置上略微地移动。利用在此说明的、用于测定负载区的方法能够直接地对此进行监控。由此能够识别出不期望的运行状态，例如混合摩擦区中的滑动轴承运行。由此能够表征运行状态或者摩擦状态。

另一个重要的方面是轴承的预应力。在此应注意的是，轴承在所定义的预应力下运行，该预应力在轴向和径向上根据轴承型号而能够各不相同，以便防止其受损。当不存在这种预应力时，则也不形成轴承的所定义的负载区，确切地说，负载区随时间移动且随转速而周期性地改变。在这种情况下，在轴承处没有设定定义好的局部升温点。依据温度传感器的温度最大值的以及最大温差的位置的变化能够检测并示出该故障运行。

在根据本发明的、用于运行机器和/或设备的方法中，根据轴承的所测定的负载区调整对机器的和/或设备的至少一个运行组件的设定，其中，机器和/或设备包括前述轴承布置。这种运行组件例如能够是机器的皮带。机器处的带张力引起了负载区在牵引方向上移动。如果带张力过小，则负载矢量典型地在其他方向上移动。由于除了带张力外，例如机器的重力加速度和轴承预应力也作为矢量力起作用，因此矢量力在设计状态中不能直接位于皮带的牵引方向上。因此，当局部升温位于皮带的牵引方向上且具有较高的值时，也能够识别出在该处的过高的带张力。

此前结合根据本发明的轴承布置所说明的优点和改进方案能够以相同的方式套用到根据本发明的、用于测定轴承的负载区的方法和用于运行机器和/或设备的方法上。

附图说明

现在依据附图详细地说明本发明。在此示出：

图1是轴承布置的示意图；

图2是轴承布置的轴承的示意图；

图3是第一实施方式中的轴承布置的检测装置；

图4是第二实施方式中的轴承布置的检测装置；和

图5是第三实施方案中的轴承布置的检测装置。

后面详细说明的实施例是本发明的优选的实施方式。

具体实施方式

图1示出整体用10标示的轴承布置。轴承布置10包括构造成滚动轴承的轴承12。轴承12包括外环14以及内环16。此外，轴承12还包括在此构造成球体的滚动体18。轴承12用于相对于不能移动的部件22支承能移动的部件20，能运动的部件例如通过轴来形成，不能移动的部件例如通过轴承壳体或者轴承容纳部来形成。

此外，轴承布置10还包括四个温度传感器24。作为温度传感器24能够使用Pt100传感器、Pt1000传感器、冷导体、二极管、发光二极管、砷化镓二极管或者所谓的单总线温度传感器(One-wire)。温度传感器24布置在电路板26上。电路板26具有环形的形状。四个温度传感器24均匀分散地布置在环形电路板26的周向上。在此，温度传感器24分别具有相等的到轴承12的距离。温度传感器24利用相应的导线28与轴承布置10的检测装置30相连。在此，温度传感器24与固定部件22的外面热耦合。温度传感器24也能够布置在轴承12的外环14处。

在运行轴承12时，在轴承12中形成负载区。负载区描述了轴承12的以下区域，即在该区域中出现了与邻接区域相比更高的在轴承12中的机械负载。由于机械负载增加，轴承12中摩擦增加，这又导致了在轴承12中的局部升温。轴承12中的升温通过热传导传递到固定部件22处并且能够在该处利用温度传感器24来检测。

检测装置30设计用于，依据利用温度传感器24检测到的温度形成相应的特征值，利用特征值能够在热学上和位置上表征负载区。这在图3中示出。依据温度传感器24的信号，检测装置能够检测其中存在局部升温的区域36。利用温度传感器24能够提供一种非常简单且稳定的测量技术。轴承12中的负载区能够以简单且可靠的方式来确定。通过对负载区的评估也能够检测轴承中的其它的故障状态。因此例如能够确定，负载区位于轴承的错误位置处。此外也能够检测错误的运行状态、例如滑动轴承中的混合摩擦。此外，还能够使轴承布置10检测到轴承12的过小的轴承负载、变换的负载位置或不平衡度。此外还能够调整其中应用了轴承布置10的机器和/或设备的相应的运行组件。因此例如能够在带传动装置中依据负载区来检测，皮带的张力是否过低或者过高。

图3示出轴承布置10的在第一实施方式中的检测装置30。该检测装置30包括多个布置在电路板26上或者在传感器板处的温度传感器24。温度传感器24与例如能够构造成微控制器的计算装置38相连接。此外，检测装置30还包括与网络40连接的数据总线32。该网络40能够根据以太网或Profinet标准来构造。除此之外，检测装置30还设计用于，对轴承布置10的其它的或者在轴承布置10外部的传感器的信号加权或测试可信度。

在本实施例中，布置在电路板26上的振动传感器42和另一个振动传感器44与计算装置38相连接。另一个振动传感器44能够布置在轴承布置10中或者布置在轴承布置10的外部。现在，利用检测装置30能够对振动传感器42和44的信号加权。因此，加权能够根据振动传感器42，44到负载区的距离来进行。此外，还能够测试振动传感器42，44的信号的可信度。当振动传感器42，44在负载区附近提供振动信号低于远离负载区时提供的振动信号时，那么这在正常情况下是不可能的或者说不符合期望的状态。由此能够推断振动传感器42，44有故障或者振动传感器42，44有安装错误。

图4示出轴承布置10的在另一种实施方式中的检测装置30。在此，其它的信息通过网络40输入给检测装置30。因此，信息和振动传感器42，44的传感器信号能够输入给检测装置30。这通过方框46来标示。此外，检测装置30能够通过网络40传输有关在能移动的部件20处的负载以及转矩的信息(方框48)。同样能够向检测装置传输轴承12的转速(方框50)。最后还能够向检测装置30传输有关外部温度的信息(方框52)。依据这些信息能够附加地从有关负载区的位置的信息中检测处轴承12的运行状态。

图5示出了另一种实施方式中的检测装置30。在本实例中，温度传感器24通过发光二极管来形成。发光二极管同时用于，光学地显示轴承12的负载区。温度传感器24分别与通过多路转换器形成的控制单元54连接。利用多路转换器54能够为温度传感器24供应相同的电功率。控制单元54通过数字信号导线58与测量系统60连接。通过数字信号导线58能够借助于测量系统控制多路转换器。此外，多路转换器还通过模拟导线56与测量系统60连接。通过模拟导线56能够将温度传感器24的测量值传输到测量系统60处。

附图标记说明

10 轴承布置

12 轴承

14 外环

16 内环

18 滚动体

20 部件

22 部件

24 温度传感器

26 电路板

28 导线

30 检测装置

32 数据总线

34 负载矢量

36 区域

38 计算装置

40 网络

42 振动传感器

44 振动传感器

46 方框

48 方框

50 方框

52 方框

54 控制单元

56 数据导线

58 数据导线

60 测量系统。

Claims (11)

1.一种轴承布置(10)，具有

-用于相对于固定部件(22)支承能移动的部件(20)的轴承(12)，和

-用于测定所述轴承(12)的负载区的检测装置(30)，所述负载区通过所述轴承(12)的区域来形成，在所述能移动的部件(20)移动时，在所述区域中出现与邻接区域相比更高的在所述轴承(12)中的机械负载，其特征在于，

-所述轴承布置(10)包括至少两个用于相应地检测温度的温度传感器(24)，并且

-所述检测装置(30)设计用于，依据检测到的所述温度测定所述轴承(12)的所述负载区。

2.根据权利要求1所述的轴承布置(10)，其特征在于，至少两个所述温度传感器(24)布置在所述固定部件(22)的外面处。

3.根据权利要求1或2所述的轴承布置(10)，其特征在于，所述轴承布置(10)包括至少一个振动传感器(42，44)，用于检测所述轴承(12)的振动。

4.根据权利要求3所述的轴承布置(10)，其特征在于，所述检测装置(30)设计用于，根据至少两个所述温度传感器(24)检测到的所述温度对至少一个所述振动传感器(42，44)的传感器信号加权并且/或者进行可信度测试。

5.根据前述权利要求中任一项所述的轴承布置(10)，其特征在于，所述轴承布置(10)包括用于光学地显示所述负载区的显示装置。

6.根据权利要求5所述的轴承布置(10)，其特征在于，所述显示装置包括多个发光二极管。

7.根据权利要求6所述的轴承布置(10)，其特征在于，所述显示装置的所述发光二极管形成所述检测装置(30)的至少两个所述温度传感器(24)。

8.根据权利要求6或7所述的轴承布置(10)，其特征在于，所述显示装置包括控制单元(54)，所述控制单元设计用于为所述发光二极管供应相同的电功率。

9.一种用于测定轴承(12)的负载区的方法，其中，能移动的部件(20)相对于固定部件(22)利用所述轴承(12)来支承，并且其中，所述负载区通过所述轴承(12)的区域来形成，在所述能移动的部件(20)运动时，在所述区域中出现与邻接区域相比更高的在所述轴承(12)中的机械负载，其特征在于，

-相应地检测在所述固定部件(22)的和/或所述轴承(12)的外面处的至少两个位置处的温度，并且

-依据检测到的所述温度测定所述轴承(12)的负载区。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，依据检测到的所述温度附加地测定所述轴承(12)的运行状态。

11.一种用于运行机器和/或设备的方法，其中，所述机器和/或所述设备包括根据权利要求1至8中任一项所述的轴承布置(10)，其特征在于，根据轴承(12)的所测定的负载区调整对所述机器和/所述设备的至少一个运行部件的设定。