CN106481657B - 具有传感器滚动体的轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有内圈和外圈的轴承(1)，在所述内圈与外圈之间设置有滚动体，这些滚动体容纳在轴承保持架(4)中，至少一个滚动体被设计为传感器滚动体(2)，而轴承保持架(4)被设计为具有多个支柱构件(6)的支柱保持架，这些支柱构件(6)至少部分保持滚动体和至少一个传感器滚动体(2)，并且本发明还涉及一种用于上述类型的轴承(1)的传感器滚动体(2)。

Description

具有传感器滚动体的轴承
技术领域
本发明涉及一种轴承(bearing arrangement)，具有内圈、外圈以及设置在内圈和外圈之间的滚动体，这些滚动体容纳在轴承保持架内，其中至少一个滚动体被设计为传感器滚动体。所述轴承具有用于该类轴承的传感器滚动体。
背景技术
由现有技术已知，为了测量作用在滚动轴承上的影响因素——例如旋转速度或者温度——要给滚动轴承配备传感器。在这种情况下，传感器例如被设置在滚动体中，这些传感器还可包括用于将测得的数据传输到外部接收装置的天线。
然而，可由现有技术得知此类具有传感器滚动体的轴承的缺点在于，传感器滚动体的维护非常复杂，并因此成本非常高。为了取出传感器滚动体，通常必须要将整个滚动轴承拆开。
发明内容
因此，要通过本发明解决的问题在于要提出一种轴承，该轴承允许对传感器滚动体的维护进行简化和改善。
该问题通过如本发明所述的轴承来解决，并且通过如本发明所述的、用于上述类型轴承的传感器滚动体来解决。
在下文中展示了一种具有内圈和外圈的轴承，在所述内圈和外圈之间设置有滚动体，这些滚动体容纳在轴承保持架中。在这种情况下，至少一个滚动体被设计为传感器滚动体。借助于该传感器滚动体，能够对作用在轴承上的影响因素——例如旋转速度、压力或温度——进行测量并且将其传输至外部接收装置以进行数据评估。
为了实现对传感器滚动体维护的改善而提出的是，使用支柱保持架(pin cage)而不是现有技术已知的兜孔保持架(pocket cage)。此类轴承保持架包括多个支柱构件，这些支柱构件至少部分保持滚动体和至少一个传感器滚动体。由于使用了该支柱保持架，有可能根据需要直接取出传感器滚动体，而无需整个拆开所述滚动轴承。滚动体在典型情况下具有用于容纳支柱构件的轴向中心通孔。然而，因为要将至少一个传感器模块(该传感器模块将在下文中全面描述)设置在传感器滚动体中，支柱构件无法通过现有技术中已知的中心通孔被方便地容纳在传感器滚动体中。因此，本发明的另一方面涉及支柱构件和/或传感器模块的优选实施方式。
因此，根据一个优选的实施方式，传感器滚动体被设计为具有套辊内部空间(sleeve interior)的套辊(sleeve)。在这种情况下，将至少一个传感器模块容纳在套辊内部空间中，所述传感器模块用于检测至少一个轴承变量——例如温度、振动、应力等等。
为了将至少一个传感器模块容纳在传感器滚动体中，根据另一个优选示例性实施方式提出，支柱构件能够被设计为两个彼此有间隔的保持构件(holding element)，所述保持构件之间的区域用于保持滚动体。在这种情况下，保持构件适配进入传感器滚动体相应设计出的凹陷部中。保持构件以如下方式有利地设计，即在具有套辊的传感器滚动体的情况下，所述保持构件直接啮合到套辊中，并且部分沿着传感器滚动体的旋转轴延伸，并因此彼此有间隔，所述保持构件与套筒在它们中间形成了能够容纳至少一个传感器模块的空间。在这种情况下，至少一个保持构件还能够与轴承保持架的侧面构件(side element)一体成型。作为一种替代方案，当然也可将至少一个保持构件形成为单独的构件。
在另一个优选的示例性实施方式中，支柱构件被设计为用于传感器滚动体的、不间断的支柱(continuous pin)。该不间断的支柱所提供的优势在于，传感器滚动体——以及其它的滚动体——能够在装配期间轻易地插入到支柱上，而无需任何其它的固定装置。因此，能够简单地制造滚动轴承。为了将支柱构件与轴承保持架的至少一个侧面构件固定连接，传感器滚动体的支柱构件，以及其余滚动体的支柱构件，能够借助于至少一个固定构件连接到轴承保持架。此外，为了在传感器滚动体中提供足够空间来容纳至少一个传感器模块，在使用不间断的支柱的情况下，将该不间断的支柱设计为哑铃(dumbbell)形，并且该不间断的支柱在套辊内部空间中的一个部分内具有减小的直径。
根据另一个示例性实施方式，(本身能够容纳在套辊中的)传感器模块以传感器滚动体的旋转轴为中心。作为一种有利的方案，该传感器模块径向延伸穿过整个内部空间。
可供选择地或者额外地，至少一个传感器模块能够沿圆周方向容纳在套辊内部空间中，并且在径向上与传感器滚动体的旋转轴有间隔。因此，不间断的支柱构件能够特别用于将传感器滚动体固定在轴承保持架上。
此外，还能够将多个传感器模块沿圆周方向容纳在套辊中，并且在径向上与传感器滚动体的旋转轴有间隔，这些传感器模块优选测量不同的轴承参量。此外，还可能设计具有圆环形状的传感器模块。传感器模块能够借助于材料粘合连接和/或形状配合连接和/或力配合连接的方式被可分离地或不可分离地固定在套辊的内表面上，并因此整个系统或者甚至是仅仅一个传感器模块都能够根据需要被轻易地更换。
根据另一个示例性实施方式，该轴承包括：至少一个电流供应元件和/或至少一个(优选无线的)数据传输元件(例如天线)和/或至少一个放大器。在这种情况下，至少一个电流供应元件和/或至少一个数据传输元件优选被设置在至少一个传感器模块上或者与传感器模块集成在一起，而放大器则优选设置在轴承保持架上并且/或者在轴承圈中的一个上。
借助(优选无线的)数据传输元件，测量数据能够(例如作为电磁波)被无线传输到接收装置——特别是传输到评估站(evaluation station)。在这种情况下，接收器优选位于滚动轴承以外。在轴承保持架中——例如在保持构件中的一个内——设置贯通开口，以便允许将信号无障碍地传输到接收装置。
在大型轴承的情况下，能够提供放大器，该放大器能够容纳在传感器滚动体上并且/或者在轴承保持架上并且/或者在轴承圈中的至少一个上，以便传输来自轴承内部区域的测量数据或者与位于远程位置的测量站相互通信。因此，有可能在传感器滚动体上布置低能量的数据传输元件，对于该低能量的数据传输元件而言只需要为其提供少量能量。
根据另一个优选的示例性实施方式，将电流供应元件设计为电池。额外地或可供选择地，电流供应元件还能够设计为感应发电装置(inductively operated generator)，这种设计所提供的优势在于，通过轴承固有的旋转运动来生成电流。因此，能够在滚动轴承整个使用期间始终给传感器模块提供能量。
在这种情况下，感应发电装置包括(具有至少一个线圈的)转子和(具有至少一个磁体的)定子，所述定子优选连接到轴承保持架或是连接到轴承圈中的一个，而所述转子优选连接到传感器滚动体。因此，电流能够通过传感器滚动体相对于轴承保持架或轴承圈的旋转运动来生成，所述电流能够通过转子的线圈在传感器模块中提供。在这种情况下，可优选将所述至少一个线圈和至少一个磁体定位成彼此靠近，以便实现特别有效的电流生成。
根据另一个优选的示例性实施方式，轴承保持架至少包括一个第一轴承保持架分段和一个第二轴承保持架分段。在这种情况下，两个轴承保持架分段能够借助于材料粘合连接和/或形状配合连接和/或力配合连接的方式来彼此连接和/或切断彼此的连接，或者两个轴承保持架分段能够彼此不连接。如果这些轴承保持架彼此连接——例如因为它们作用为固定的单元——则这些轴承保持架能够吸收较大的荷载。然而，如果这些保持架分段彼此不连接，则它们特别便于拆卸和/或更换。将轴承保持架分成多段，这种方式提供的优势在于，可制造较小的独立部件，并且简化了轴承保持架与滚动轴承这两者的装配。与此同时，还简化了传感器滚动体的维护，原因就在于根据需要仅仅取出具有传感器滚动体的轴承保持架分段即可。优选为每个轴承保持架分段提供一个传感器滚动体。然而，还有可能的是在所述轴承保持架分段上布置若干个传感器滚动体或者不布置传感器滚动体。
本发明的另一个方面涉及一种用于具有支柱保持架的轴承的传感器滚动体，该轴承具有至少一个上述特征。
在所附权利要求、说明书和附图中描述了其它的优势和有利实施方式。在这种情况下，在说明书和附图中的特征的组合仅仅是通过举例说明的方式来显示，而对于本领域中的技术人员很明显的是这些特征没必要按照所示方式来组合。相反，这些特征还能够以独立方式存在或按照彼此不同组合的方式存在，而不会超出本发明的保护范围。
在下文中，参考通过附图显示的示例性实施方式以更多细节描述本发明的原理。这些示例性实施方式仅仅是示例性的，而无意于限定本发明的保护范围。特别是对于以组合方式显示的特征而言，这些特征也能够被实现为在本发明保护范围内的独立特征。本申请的保护范围仅仅通过所附权利要求来限定。
附图说明
在附图中显示的是：
图1为如本发明所述轴承的第一示例性实施方式的纵截面示意图；
图2为如本发明所述轴承的第二示例性实施方式的纵截面示意图；以及
图3为如本发明所述轴承的第三示例性实施方式的纵截面示意图。
相同的或功能相同的元件在下文中用相同的附图标记来标识。
附图标记列表
1 轴承
2 传感器滚动体
4 轴承保持架
6 支柱构件
8 传感器模块
10 套辊
12 套辊内部空间
14、16 保持构件
18、20 部分
22 空间
24 部分
23、25 固定构件
26 内表面
28 电流供应元件
30 转子
32 定子
34 数据传输元件
36 通孔
38 放大器
D 旋转轴
dB 小的支柱半径
具体实施方式
附图1至3中的每一个都显示了滚动轴承的轴承1的纵截面示意图，该轴承1具有容纳在轴承保持架4中的传感器滚动体2。如通常一样，轴承保持架4被设置在轴承内圈与轴承外圈(未显示)之间，并且被设计用于分隔和引导滚动体。在这种情况下，作用在滚动轴承上的影响因素——例如旋转速度、温度或压力——能够借助于传感器滚动体2测量并传输至外部接收装置(未显示)。
附图1至3还显示了轴承保持架4，该轴承保持架4被设计成支柱保持架，并且包括容纳在滚动体中孔内的支柱构件。然而，由于传感器滚动体2包括至少一个传感器模块8(该传感器模块8被设计用于检测至少一个轴承变量)，因此无法使用常规的支柱构件。然而，为了发挥支柱保持架的优势，根据本发明的支柱保持架包括位于传感器滚动体2的一个区域中的支柱构件6，所述支柱构件被设计成专门用于保持传感器滚动体2。附图1和2显示了支柱构件6和传感器滚动体2的第一种实施方式，而图3显示了支柱构件6和传感器滚动体2的第二种可能的实施方式。然而，在这两个实施方式中，传感器滚动体2包括具有套辊内部空间12的套辊10，其中套辊内部空间12被设计用于容纳至少一个传感器模块8，该传感器模块8被固定在套辊10的内表面26上。
在如图1和2所示的特定实施方式中，支柱构件6被设计成两个彼此有间隔的保持构件14、16。在这种情况下，保持构件14、16啮合到传感器滚动体2的套辊内部空间12中。这两个保持构件14、16沿着传感器滚动体2的旋转轴D延伸到部分18、20中。然而，这两个保持构件14、16以如下方式彼此间隔开，即在它们之间要形成用于容纳传感器模块8的空间22。虽然保持构件14、16也能够被设计为可分离地连接在一起的构件，但是所述保持构件14、16本身可与轴承保持架4一体成形。
作为一种替代方案，如图3中所示，支柱构件6也能够被设计为不间断的支柱，该不间断的支柱在部分24中具有减小的直径dB。此外，提供固定构件23、25用于固定支柱构件6，通过所述固定构件将支柱构件6连接到轴承保持架4。当然，此处还有可能采用至少部分与轴承保持架4一体成形的设计。
如附图1和2所示，传感器模块8能够关于旋转轴D在中心位置处延伸穿过整个套辊内部空间12。可供选择地或额外地，如图3中所示，还有可能沿圆周方向布置传感器模块8，并且在径向上与传感器滚动体2的旋转轴D有间隔。在这种情况下，还可沿圆周方向将多个传感器模块8布置到套辊10中。作为一种替代方案，也可设计具有圆环形状的传感器模块8。
此外，如附图1至3中所示，在传感器滚动体2上形成至少一个(发电机形式的)电流供应元件28，该电流供应元件28具有(包括线圈的)转子30和(包括磁体的)定子32。在这种情况下，如附图1至3所示，转子30连接到传感器滚动体2，而定子32连接到轴承保持架4。因此，作为传感器滚动体2相对于轴承保持架4发生旋转运动的结果，能够生成电流，所述电流可通过转子30的线圈提供到传感器模块8中。在这种情况下，正如附图1至3所示，转子30和定子32彼此靠近，以便实现特别有效的电流生成。
正如还能够由附图1至3清楚看出的，(优选无线的)数据传输元件34(例如天线)被设置在传感器滚动体2上，所述天线将电磁波(特别是无线电波)无线传输至外部接收装置(未显示)。为了将信号有效传输至接收装置，如图1所示，在保持构件14、16中的一个内——优选在与数据传输元件34相对的保持构件16内——提供通孔36，该通孔使得有可能将信号无障碍地传输到轴承内部空间以外。
如果必须覆盖较大的距离，或者如果要使用低功率的数据传输元件34，则还可使用放大器38，如图2所示，该方法器38例如被设置在通孔36内。
总的来说，借助于如本发明所述的轴承，并且借助于相关的传感器滚动体，能够提供一种滚动轴承，在使用此类滚动轴承时能够轻易更换传感器滚动体。在这种情况下，滚动体和至少一个传感器滚动体被容纳在一个(优选分成多段的)支柱保持架中，该支柱保持架使得有可能方便地取出并更换传感器滚动体。为了在传感器滚动体中容纳支柱构件，支柱构件的形状，比方说，可以形成为哑铃形，或者可以包括两个分离的保持构件。这两个分离的保持构件彼此不连接，两者之间设置用于容纳至少一个传感器模块的空间。

Claims (8)

1.一种轴承(1)，具有内圈、外圈以及设置在所述内圈与外圈之间的滚动体，所述滚动体容纳在轴承保持架(4)中，
其中至少一个滚动体被设计为传感器滚动体(2)，所述传感器滚动体(2)被设计为具有套辊内部空间(12)的套辊(10)，所述套辊内部空间(12)中容纳有用于检测至少一个轴承变量的至少一个传感器模块(8)；和
数据传输元件被设置在所述套辊内部空间(12)中，所述数据传输元件被设置成与所述传感器模块(8)信号相通，
其中所述轴承保持架(4)被设计为具有多个支柱构件(6)的支柱保持架，所述支柱构件(6)被设计成两个彼此间隔的保持构件(14、16)，其中在所述传感器滚动体(2)的一端处，一个保持构件(14)与所述套辊内部空间(12)啮合，以及在所述传感器滚动体(2)的另一端处，另一个保持构件(16)与所述套辊内部空间(12)啮合且所述另一个保持构件(16)内提供通孔。
2.如权利要求1所述的轴承(1)，其特征在于，所述轴承保持架(4)至少包括一个第一轴承保持架分段和一个第二轴承保持架分段。
3.如权利要求1所述的轴承(1)，其特征在于，所述保持构件(14、16)之间的区域用于容纳所述的传感器滚动体(2)，所述保持构件(14、16)适配进入传感器滚动体(2)相应设计出的凹陷部中。
4.如权利要求1所述的轴承(1)，其特征在于，所述至少一个传感器模块(8)容纳在所述套辊(10)中，并且以所述传感器滚动体(2)的旋转轴(D)为中心。
5.如权利要求1所述的轴承(1)，其特征在于，所述至少一个所述传感器模块(8)沿圆周方向容纳在所述套辊内部空间(12)中，并且在径向上与所述传感器滚动体(2)的旋转轴(D)有间隔。
6.如权利要求1所述的轴承(1)，其特征在于，所述轴承(1)包括：至少一个电流供应元件(28)，和/或至少一个数据传输元件(34)，和/或至少一个放大器(38)，
所述至少一个电流供应元件(28)和/或所述至少一个数据传输元件(34)设置在所述传感器模块(8)上。
7.如权利要求6所述的轴承(1)，其特征在于，所述电流供应元件(28)被设计为感生发电装置或电池。
8.如权利要求7所述的轴承(1)，其特征在于，所述感生发电装置包括：
至少一个转子(30)，具有至少一个线圈；以及
定子(32)，具有至少一个磁体，
所述定子(32)被设置在所述轴承保持架(4)上，所述转子(30)布置在所述传感器滚动体(2)上。
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