CN104662314B - 用于轴承、尤其是滚动或滑动轴承的轴承圈 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轴承圈，尤其是滚动轴承的或滑动轴承的轴承圈，该轴承圈包括由磁致伸缩的材料构成的主体，该主体包括第一轴承轨道(2)和轴向间隔开的第二轴承轨道(2’)，并且该轴承圈还包括在轴承轨道(2、2’)之间压印到主体的材料中的永久的磁化部(3)，该永久的磁化部环绕主体的转动轴线(9)。轴承圈根据本发明解决了在结构上对将转矩传感器整合到轴承中进行改进的任务，该转矩传感器在充分利用逆磁致伸缩效应的情况下产生依赖于转矩的磁场。

Description

用于轴承、尤其是滚动或滑动轴承的轴承圈

技术领域

本发明涉及一种具有两个轴向间隔开的轴承轨道的轴承圈，尤其是用于滚动轴承或滑动轴承的轴承圈，以及一种轴承。

背景技术

从实践中公知的是，转动的部件(尤其是轴)借助至少一个轴承(尤其是滚动轴承或滑动轴承)相对于联接结构(尤其是相对于轴承壳体)以能转动的方式支承。在此，在很多情况下，转动的部件、尤其是轴传递转矩，该转矩至少部分地也传递到轴承上，从而产生如下要求，即，检测在轴承的区域内的，尤其是在滚动或滑动轴承的其中一个轴承圈的区域内的转矩。

在现有技术中基本上公知了用于检测轴中的转矩的磁致伸缩的测量原理，其中，在充分利用逆磁致伸缩效应的情况下，通过引入轴中的转矩产生的机械应力在轴的磁致伸缩的材料中产生磁场，该磁场是针对机械应力的并且因此是针对转矩的度量。

DE 101 36 438 A1参照图13描述了一种单列的滚动轴承的，也就是单列的球轴承的外轴承圈，其中，外轴承圈具有圆的磁化部，从而在从外部径向作用于外轴承圈的力的作用下产生了附加的轴向磁化，其磁场通过滚动轴承的两个轴承圈之间的静磁传感器元件进行检测，从而可以测量处作用于滚动轴承的径向力。在这里尚未解决的是，如何能够测量到在单列球轴承内以能转动的方式支承的轴的转矩。

DE 697 32 183 T2描述了一种双列的圆锥滚子轴承，其包括共同的第一轴承圈和分成两部分的第二轴承圈，其中，在第二轴承圈的两个部分之间布置有间隔环，在该间隔环上固定有齿轮，该齿轮作为用于检测转速的信号发送器。

DE 10 2010 047 928 A1描述了一种滚动轴承的，尤其是圆锥滚子轴承的双列的轴承圈，其中，居中地在轴承圈的两个滚道之间，在指向另外的轴承圈的周侧面上布置有传感器、例如应变片或压电陶瓷式力传感器。

JP 2001033322 AA(摘要)描述了一种单列的球轴承的轴承圈，其中，在朝着球轴承的另外的轴承圈指向的周侧面上施加有磁弹性材料的结构化的涂层，以便作为用于转矩传感器的信号发送器起作用，该转矩传感器检测两个轴承圈之间的结构化的涂层的依赖于转矩的磁场。结构化的涂层布置在相对球形滚动体的滚道的侧轴向延长的区段上。

US 8,079,275B2描述了一种用于构造为单列的球轴承的滚动轴承的内轴承圈，其中，在轴承圈的外部，轴向在内圈的端面附近，由磁致伸缩的材料构成的圈体固定在轴上，并且其中，磁传感器与另外的轴承圈固定，其中，该传感器要么布置在外轴承圈的轴向延长部上，要么布置在与外轴承圈固定的保持套管上，从而使磁传感器径向对置于磁致伸缩的圈体。

DE 10 2006 054 179 A1描述了一种轴装置，其包括轴向分成输入轴和输出轴的轴、与输入轴和输出轴转矩锁合(drehmomentschlüssig)地连接的扭转元件，其中，扭转元件在无转矩的状态下具有环绕轴的转动轴线的永久的磁化部，并且具有构造为磁传感器的转矩传感器，该转矩传感器在扭转元件的负载转矩的状态下检测到在扭转元件外部出现的磁场。对输入轴或输出轴的支承通过由扭转元件在结构上分隔开的、未详细描述的轴承实现，从而扭转元件必须被设置为额外为轴承设置的构件。

发明内容

本发明的任务在于，对将转矩传感器在结构上整合到轴承中的整合方案进行改进，该转矩传感器在充分利用逆磁致伸缩效应的情况下产生依赖于转矩的磁场。

该任务根据本发明通过尤其是滚动轴承或滑动轴承的轴承圈来解决，该轴承圈包括由磁致伸缩的材料构成的主体，该主体具有第一轴承滚道和轴向间隔开的第二轴承滚道，并且该轴承圈还包括在轴承轨道之间压印到主体的材料中的、环绕主体的转动轴线的永久的磁化部。

在轴承圈的两个轴承轨道之间压印到轴承圈的由磁致伸缩的材料构成的主体中的、环绕主体的转动轴线的永久的磁化部提供了依赖于转矩的磁场，其中，轴承圈与输送转矩的轴转矩锁合地连接。永久的磁化部在两个轴承轨道之间的布置确保了当轴承构造为滚动轴承(其滚动体沿轴承轨道滚动)时，消除滚动体的影响，或者当轴承构造为滑动轴承，并且在轴承轨道的区域内出现了与滑动轴承的另一轴承圈的滑动接触时，消除另一轴承圈的影响。

但是如果在轴的无转矩的状态下，通过径向对置于永久的磁化部的磁传感器检测到不归于散射场的磁场，那么该磁场表明在永久的磁化部的区域内出现了轴承圈的相关的区段的塑性变形，并且因此轴承圈被负载以转矩，轴承圈并没有针对该转矩进行设计。

优选规定，永久的磁化部包括在第一环绕方向上环绕转动轴线的靠近表面的分磁化部和径向间隔开的且反向于靠近表面的分磁化地环绕转动轴线的远离表面的分磁化部。两个分磁化部互相协调，从而使得在轴或者轴承圈无转矩状态下，没有由转矩产生的磁场从轴承圈出来，从而配属于永久的磁化部的磁传感器最多能检测到磁干扰场，但是却检测不到能明确配属于转矩的磁场。

优选规定，永久的磁化部或者分磁化部具有在第一环绕方向上环绕转动轴线的第一磁化区段和轴向间隔开的且反向于第一环绕方向地环绕转动轴线的第二磁化区段。相反向的磁化部的或者分磁化部的轴向间隔能够实现对转矩的转向的确定，并且能够进一步实现对磁干扰场影响的抑制，这是因为例如仅检测两个磁化部的磁场的差。

优选规定，在主体的端部上或附近设置有联接区段。联接区段被设置为构造在轴承圈的主体的端部上、亦即在轴承圈的端面上的区段，或者说被设置为构造在轴承圈的主体的端部的附近、亦即在轴承圈的周侧面的邻接于端面的区段上的区段，其中，通过成形构造出如下结构，轴的区段可以转矩锁合地固定在该结构上。于是，轴通过轴承圈的两个滚道与另外的轴承圈一起相对于联接结构以能转动的方式支承。

优选地，针对联接区段规定，联接区段包括键，或构造为多齿连接部或者说多棱连接部。

优选规定，轴承轨道中的至少一个、尤其是两个轴承轨道相对于具有永久的磁化部的区段关于转动轴线径向错开地布置。在此，在轴承圈的具有永久的磁化部的区段内的材料厚度例如可以通过对标准轴承圈的材料剥除再加工如下这样地进行调整，即，使得在主体内出现提高的扭矩，从而即使很小的转矩也可以很容易地测到，而不会限制轴承圈作为支承部的轴承的部件的功能。

优选规定，主体一体式地构造，从而轴承圈由唯一的部件制成，该部件由磁致伸缩的材料构成，至少两个轴向间隔开的轴承轨道被加工到该材料中，并且该材料具有内孔。

优选规定，永久的磁化部在轴向上相对两个轴承轨道居中地布置。如果设置有两个轴向间隔开的磁化区段，那么这些磁化区段关于假想的、在轴向上居中的中间平面在两侧、尤其是镜像对称地布置，两个轴向间隔开的轴承轨道也关于该中间平面镜像对称地布置。

另外，本发明还涉及一种包括两个轴承圈的轴承，其中，尤其设计为内圈的第一轴承圈根据本发明如上面所描述那样地构造。

其他优点和特征由从属权利要求以及由本发明的实施例的描述得出。

附图说明

下面参照附图对本发明进行详细描述和说明。其中：

图1示意性地示出根据本发明的轴承圈的实施例以及根据本发明的轴承的实施例的剖开的视图。

具体实施方式

图1示出了轴承圈1，该轴承圈构造为具有球形滚动体的双列的滚动轴承的内圈，其中，轴承圈1包括由磁致伸缩的材料构成的一体式的主体，该主体具有构造为滚动轨道2的第一轴承轨道和轴向间隔开的、同样构造为滚动轨道2’的第二轴承轨道，并且该轴承圈还包括在两个滚动轨道2、2’之间压印到轴承圈1的主体的材料内的、圆形环绕主体的转动轴线9的永久的磁化部3。

永久的磁化部3构造在主体的在两个滚动轨道2、2’之间的从转动轴线9离开地指向的外部的周侧面10附近，并且包括两个在滚动轨道2、2’之间构造的、轴向间隔开的磁化区段3a、3b，其中，在磁化部的靠近表面的部分的第一磁化区段3a的区域内在第一环绕方向上、亦即顺时针地环绕转动轴线9，而在第二磁化区段3b的区域内则反向于第一环绕方向、亦即逆时针地环绕转动轴线9。

在两个轴向间隔开的磁化区段3a、3b的每一个中，永久的磁化部3都具有在第一环绕方向上环绕转动轴线9的靠近表面的分磁化部和轴向间隔开的反向于靠近表面的分磁化部地环绕转动轴线9的远离表面的分磁化部。具体地，在第一磁化区段3a的区域内，永久的磁化部具有上述靠近表面的顺时针地环绕转动轴线9的分磁化部，并且附加地具有沿径向从靠近表面的分磁化部朝着转动轴线9间隔开的且反向地、也就是逆时针地环绕转动轴线9的远离表面的分磁化部。相应地，在第二磁化区段3b的区域内，除了上述的靠近表面的且逆时针地环绕转动轴线9的分磁化部之外，永久的磁化部3还具有沿径向与该分磁化部间隔开的且反向地、也就是顺时针环绕转动轴线9的分磁化部。

在轴承圈1的主体的两个端部的每一个上分别构造有联接区段8、8’，这些联接区段被设置成用于将转矩从转矩锁合地连接到联接区段8、8’上的轴转矩不变地传递到轴承圈1上。两个联接区段8、8’同类型地构造，通过相应的轴承轨道2、2’与永久的磁化部3分隔开，并且例如构造为在轴承圈1的主体的端面11上构造的或直接在轴承圈1的主体的周侧面10的邻接于端面11的区段12上构造的变形部或压印部，尤其是两个联接区段8、8’同类型地构造，并且设计为与图中未示出的相应的轴的形状锁合的(formschlüssig)、力锁合的(kraftschlüssig)或材料锁合的(stoffschlüssig)连接的部件，例如设计为键槽连接、多棱连接或多齿连接的部件。

另外，针对轴承圈1的主体规定，两个轴承轨道2、2’关于周侧面10的处于两个轴承轨道之间的具有永久的磁化部3的区段13径向地构造，也就是关于转动轴线9错开地，更确切地说是从转动轴线9离开地错开地构造。

轴承圈1的主体一体式地构成，尤其是在制造时，由磁致伸缩的材料的基本上是柱体形的块制成，其中，构造出轴承轨道2、2’并且例如以材料剥除的方式制造出径向朝着转动轴线9错开的中间的区段13，在该中间的区段中应当构造出永久的磁化部3；在此，同样构造出针对工件的两个端部的联接区段8、8’，例如同样以材料剥除的方式或通过压印法。尤其地，由双列的标准球轴承出发，可以将在标准球轴承的两个滚道之间的区段通过材料剥除构造为中间的区段13，在之后的方法步骤中，在该中间的区段中压印出永久的磁化部3。在中间的区段13中的材料厚度的减小提高了材料在外部施加转矩时的扭转，并且因此提高了系统的灵敏度。

另外，针对轴承圈1的主体规定，永久的磁化部3轴向地、也就是在转动轴线9的方向上居中地布置在两个轴承轨道2、2’之间。尤其地，永久的磁化部3的两个磁化的区域3a、3b在假想的中间平面14的两侧布置，两个轴承轨道2、2’相对该中间平面具有相同的距离。两个轴承轨道2、2’以及磁化的区域3a、3b关于该中间平面14镜像对称地构造，其中，磁化的区域3a、3b相对中间平面14仅具有很小的距离，并且直接邻接于中间平面14，从而永久的磁化部3总体上轴向居中地布置在两个轴承轨道2、2’之间。

构造为内圈的轴承圈1是如下轴承的部分，除了内圈1之外，该轴承还包括至少一个另外的轴承圈，亦即两个轴向间隔开的外圈4、4a，这些外圈的相应的滚动轨道与内圈1的滚道2、2’相对置，从而滚动体15能够实现轴承圈1相对于至少一个另外的轴承圈4、4a能转动的支承。在两个轴向间隔开的外圈4、4a之间布置有作为载体的柱体形的套管5，在该套管上布置有两对磁传感器7、7a，并且与在内圈1的主体上的磁化部3的磁化区段3a、3b径向对置地固定。两个评估单元6、6a与磁传感器7、7a电连接并且同样固定在套管5上，这两个评估单元分别检测、处理和评估所配属的关于转动轴线9成对地彼此对置的磁传感器7、7a的测量信号。

另外，轴承还包括图中未示出的其他传感器，例如温度传感器或者用于检测正在转动的内圈1的转速或转动方向的传感器，其中，其他传感器的测量值输送给评估单元6、6a，并在那里进行处理。

本发明现在如下这样工作：

加载转矩的第一输入轴抗相对转动地(drehfest)，尤其是转矩锁合地例如以如下方式布置在联接区段8’上，即，输入轴的端部与轴承圈1的区段12形状锁合、力锁合或摩擦锁合地(reibschlüssig)连接。在另一联接区段8上固定有作为输出轴的待传动的第二轴。两个轴、即输入轴和输出轴相对于未示出的位置固定的壳体以能绕轴线9转动的方式支承轴承圈1以及外圈4、4a。因此，轴承的轴承圈1与加载转矩的部件、也就是由轴承圈1以能转动的方式支承的轴抗相对转动地连接。

如果在输入轴中不存在转矩，那么磁传感器7、7a检测不到磁场，除了可能由未完全屏蔽的地磁场的残余导致的干扰场之外。永久的磁化部3的轴向间隔开的区域3a、3b的相应的靠近表面或远离表面的分磁化部在数值、方向和深度上相互协调，从而使得当在输入轴内不存在转矩并且因此也没有转矩传递到轴承圈1的主体上时，由永久的磁化部3导致的在轴承圈的主体外部出现的磁场消失，并且最多能检测到干扰场。

如果转矩经由输入轴经过轴承圈1的主体传递到输出轴上，也就是说尤其是转矩由输入轴导入到与输送转矩的部件、亦即输入轴抗相对转动地连接的轴承圈1的主体中，那么基于轴承圈1的主体的材料的磁致伸缩的特性，通过逆磁致伸缩效应在第一磁化区段3a的区域内出现了第一净磁场，并且在第二磁化区段3b的区域内出现了第二净磁场，其中，两个净磁场的在轴承圈1的主体外部的相应的轴向的、也就是平行于转动轴线9定向的部分通过磁传感器7、7a来检测。两个磁化区域3a、3b的相应的分磁化部彼此协调使得轴向的分量具有不同的方向，但具有相同的数值，从而评估单元6、6a通过求差的方式对排除了外部干扰场的数值的信号进行检测和处理，该信号相应于在轴承圈1的主体内的转矩。

如果在轴承圈1的主体内没有导入转矩，但尽管如此两个磁传感器7、7a中的至少一个还是检测到了在轴承圈1的主体外部的不归于干扰场的净磁场，那么该磁传感器可以指示出永久的磁化部3由于过高的转矩而受到损坏，因此磁传感器7、7a也可以被设置为过载指示器。轴承圈1的主体的材料厚度可以相应地如下这样来设计，即，在针对转矩的允许范围之内不出现材料的永久变形。另外，在联接区段8’上设置有离合器、特别是打滑离合器，在该联接区段上外部的转矩被导入轴承圈1中，该离合器将导入轴承圈1的主体中的转矩限制到允许的最高值之下的值。

在前面所描述的实施例中，轴承包括具有两个轴承轨道2、2’的共同的内圈、但是还包括两个轴向间隔开的、通过套管5在结构上分隔开的外圈4、4a。可以理解的是，可以设置有共同的外圈，其具有在外圈上的两个轴承轨道。

在前面所描述的实施例中，与输送转矩的部件、亦即输入轴抗相对转动地连接的轴承圈1构造为轴承的内圈，该内圈借助外圈4、4a相对于保持不动的壳体支承输入轴。在不同的实施例中可以规定，轴承的内圈固定不动而轴承的外圈转动地构造；在该情况下，永久的磁化部构造在外圈的主体上，这是因为外圈与输送转矩的部件、亦即输入轴抗相对转动地连接。

在前面所描述的实施例中，轴承轨道2、2’构造为具有尤其是球形的滚动体15的滚动轴承的滚动轨道。可以理解的是，两个轴承轨道中的至少一个、尤其是全部轴承轨道也可以构造为滑动轨道，并且设计为用于轴承的另一轴承圈的滑动配合的滑动面。

在前面所描述的实施例中，联接区段8、8’构造为多齿连接部或者说多棱连接部。可以理解的是，联接区段也可以包括螺纹，输入轴或者输出轴的配合螺纹通过拧入固定到螺纹内。如果转矩要在两个转动方向上传递，那么用于将轴的配合螺纹固定在联接区段的螺纹中的拧紧转矩就设计得高于最大要传递的转矩。作为对此的备选或补充，设置有锁定体、如球或栓，这些锁定体固定两个螺纹区段的连接。

附图标记列表

1 轴承圈

2、2’ 轴承滚道

3 磁化部

3a、3b 磁化区段

4、4a 外圈

5 套管

6、6a 评估单元

7、7a 磁传感器

8、8’ 联接区段

9 转动轴线

10 外部的周侧面

11 端面

12 区段

13 中间的区段

14 中间平面

15 滚动体

Claims (10)

1.一种轴承圈，所述轴承圈包括由磁致伸缩的材料构成的主体，所述主体具有第一轴承轨道(2)和轴向间隔开的第二轴承轨道(2’)，并且所述轴承圈还包括在轴承轨道(2、2’)之间压印到所述主体的材料中的永久的磁化部(3)，所述永久的磁化部环绕所述主体的转动轴线(9)。

2.根据权利要求1所述的轴承圈，其特征在于，所述永久的磁化部(3)具有第一磁化区段(3a)和轴向间隔开的第二磁化区段(3b)，所述第一磁化区段在第一环绕方向上环绕所述转动轴线(9)，所述第二磁化区段(3b)反向于所述第一环绕方向地环绕所述转动轴线(9)。

3.根据权利要求1或2所述的轴承圈，其特征在于，所述永久的磁化部(3)包括靠近磁化部(3)表面的分磁化部和径向间隔开的远离磁化部(3)表面的分磁化部，所述靠近磁化部(3)表面的分磁化部在第一环绕方向上环绕所述转动轴线(9)，所述远离磁化部(3)表面的分磁化部反向于所述靠近磁化部(3)表面的分磁化部地环绕所述转动轴线(9)。

4.根据权利要求1所述的轴承圈，其特征在于，在所述主体的端部上或附近设置有联接区段(8、8’)。

5.根据权利要求4所述的轴承圈，其特征在于，所述联接区段包括键，或构造为多齿连接部或者说多棱连接部。

6.根据权利要求4所述的轴承圈，其特征在于，所述联接区段包括螺纹。

7.根据权利要求1所述的轴承圈，其特征在于，所述轴承轨道(2、2’)中的至少一个轴承轨道相对于具有所述永久的磁化部(3)的区段(13)关于所述转动轴线(9)径向错开地布置。

8.根据权利要求1所述的轴承圈，其特征在于，所述主体一体式地构造。

9.根据权利要求1所述的轴承圈，其特征在于，所述永久的磁化部(3)相对两个轴承轨道(2、2’)轴向居中地布置。

10.一种包括两个轴承圈的轴承，其中，构造有设计为内圈的根据权利要求1至9中任一项所述的轴承圈(1)。