CN108138841B - 具有应变传感器装置的滚动轴承装置 - Google Patents

具有应变传感器装置的滚动轴承装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种滚动轴承装置，所述滚动轴承装置具有滚动轴承(02)，所述滚动轴承具有外环(03)和内环(04)以及集成到外环(03)中的或固定在外环(03)上的应变传感器装置(09)，用于测量作用到滚动轴承(02)上的轴向负荷。应变传感器装置(09)具有环形的基本体。本发明重要的是，应变传感器装置(09)在其内部端侧上具有至少一个沿环周方向部分圆形地延伸的力导入元件(12)。力导入元件(12)经由至少一个接片形的耦联元件(13)与环形的基本体(10)连接。应变传感器装置(09)在其外部的、背离滚动轴承(02)的端侧上具有至少一个用于容纳应变传感器(15)的凹部(14)。凹部(14)至少沿环周方向在力导入元件(12)上延伸，其中耦联元件(13)沿径向方向具有比凹部(14)更小的伸展。环形的基本体(10)以固定至支架的方式固定。

Description

具有应变传感器装置的滚动轴承装置
技术领域
本发明涉及一种轴承装置，尤其滚动轴承装置，所述轴承装置具有应变传感器装置，用于测量作用到滚动轴承上的轴向负荷。所述轴承装置能够在全部类型的轴向轴承中用于检测出现的力。优选的应用领域是机床中的进给丝杠中的丝杠轴承。
背景技术
DE 10 2009 021 469 A1示出一种传感器轴承单元，所述传感器轴承单元包括滚动轴承，所述滚动轴承具有设置在轴承环上的传感器壳体连同集成的传感器装置，所述传感器装置用于检测轴承运行状态。传感器壳体构成为贴靠在轴承环的自由的环周面或端面上的适配环。传感器装置例如能够具有用于测量力的传感器，所述传感器设置在适配环的支腿的内侧上，所述支腿贴靠在外部的轴承环的端面上。
DE 102 50 340 A1描述一种构成为滚动轴承的力测量轴承，所述力测量轴承具有由钢构成的轴承构件。轴承构件能够构成为径向滚动轴承的轴承环或轴向滚动轴承的运行盘。构成为厚膜的应变仪在与钢的调质处理共同的工作过程中或在分离的工作过程中烧制到钢构件上。应变仪能够设置在轴承环的环周槽中或设置在运行盘的端侧或外部的环周面上。
DE 42 18 949 A1包含一种具有力测量装置的滚动轴承。力测量装置构成为力测量薄膜并且能够与轴承环之一直接地连接或间接地经由中间元件与滚动轴承连接。
DE 10 2006 021 707 A1示出一种轴承装置，所述轴承装置包括借助于滚动轴承支承的转轴和环形地包围转轴的转轴轴颈的压电传感器。传感器用于测量作用到滚动轴承上的轴向负荷。
基于应变仪的可用的力测量系统的缺点是，所述力测量系统仅有限地适合于使用在丝杠轴承中，因为所述力测量系统通常需要大的结构空间并且不为丝杠提供足够大的通道。用于力测量的环虽然已知基于压电，但是所述结构方式不适合于静态测量，所述环需要少量的结构空间并且在直径上匹配于丝杠轴承。
发明内容
本发明的目的因此在于，提供一种滚动轴承装置，所述滚动轴承装置具有应变传感器装置，用于测量作用到滚动轴承上的轴向负荷，其中滚动轴承尤其构成为丝杠轴承。应变传感器装置应具有紧凑的构造并且需要少量的结构空间。此外，应提供一种包括这种滚动轴承和借助于滚动轴承支承的转轴的装置。
根据权利要求1的滚动轴承装置以及根据权利要求7的轴承装置用于实现根据本发明的目的。
根据本发明的滚动轴承装置包括滚动轴承，所述滚动轴承具有外环和内环以及集成到外环中或固定在外环上的应变传感器装置，所述应变传感器装置用于测量作用到滚动轴承上的轴向负荷。应变传感器装置具有环形的基本体。本发明重要的是，应变传感器装置在其内部端侧上具有至少一个沿环周方向部分圆形地延伸的力导入元件。力导入元件经由至少一个接片状的耦联元件与环形的基本体连接。应变传感器装置在其外部的、背离滚动轴承的端侧上具有至少一个用于容纳应变传感器的凹部。凹部沿环周方向至少在力导入元件上延伸。耦联元件沿径向方向具有比凹部更小的伸展。环形的基本体以固定至支架的方式固定。
根据本发明的滚动轴承装置的主要优点在于，仅在凹部的区域中出现强的应变，在所述区域中借助于应变传感器进行测量。经由力导入元件和耦联元件，将力有针对性地导入到凹部的区域中。然而，维持整个系统的刚性。这在如下情况下是尤其有利的：滚动轴承用于支承进给丝杠，因为在进给丝杠中，整个系统的刚性不应被力测量负面地影响。在凹部的区域中出现的应变过高在小的结构空间上能够实现沿轴承的拉力和压力方向的轴向的力测量。
应变传感器装置能够实现作为单独的构件，所述构件固定在外环的端侧上。应变传感器装置的固定优选借助于机械的固定机构实现，例如螺丝。使用呈单独的环的形式的应变传感器装置能够实现将应变传感器装置低耗费地安装在不同的轴承上，以及实现更换不再功能正常的传感器装置。滚动轴承和构造的应变传感器装置在需要时能够作为结构单元交付。
替选地，应变传感器装置也能够构成为外环的集成的边缘区域。所述实施方案具有如下优点，不必维持单独的构件，由此简化安装。此外，在该情况下对于应变传感器装置不需要附加的结构空间。然而在外环上必须进行相应的修改。
应变传感器装置的应变传感器优选构成为应变仪。所述应变传感器同样也能够由在直径缩小的区域中施加的感测层构成。然而，不应局限于应变传感器的提到的实施方案。
根据一个尤其优选的实施方式，应变传感器装置具有两个对称地设置的力导入元件和与此相应地具有两个耦联元件和两个用于容纳各一个应变传感器的凹部。
根据本发明的轴承装置具有滚动轴承，所述滚动轴承具有外环和内环、集成到外环中或固定在外环上的应变传感器装置，所述应变传感器装置用于测量作用到滚动轴承上的轴向负荷，其中应变传感器装置具有环形的基本体，以及借助于滚动轴承支承的转轴。应变传感器装置在其内部端侧上具有至少一个沿环周方向部分圆形地延伸的力导入元件。力导入元件经由至少一个接片状的耦联元件与环形的基本体连接。应变传感器装置在其外部的、背离滚动轴承的端侧上具有至少一个用于容纳应变传感器的凹部。凹部沿环周方向至少在力导入元件上延伸。耦联元件沿径向方向具有比凹部更小的伸展。环形的基本体以固定至支架的方式固定。
轴承装置根据一个有利的实施方式具有用于轴向支承转轴的机器支架。应变传感器装置优选地固定在外环的端侧上和在机器支架的端侧上。机械的固定机构、如例如螺丝适当地用于固定应变传感器装置。
此外，已经证实为有益的是，轴承装置构成有评估单元，所述评估单元与应变传感器连接，并且处理由应变传感器提供的数据。
附图说明
本发明的优选的实施方式以及其优点和细节下面根据所附的附图详细阐述。附图示出：
图1示出根据本发明的轴承装置的第一实施方式的剖面图；
图2示出根据本发明的轴承装置的第二实施方式的剖面图；
图3示出应变传感器装置的两个立体图。
具体实施方式
图1示出根据本发明的轴承装置01的第一实施方式的剖面图。根据本发明的装置01首先包括滚动轴承02，所述滚动轴承具有外环03、内环04和在外环03和内环04之间设置的滚动体05。滚动轴承在示出的实施方案中构成为两排的轴向径向推力球轴承。其他适合的滚动轴承当然是可行的。滚动轴承02用于支承转轴07。转轴07优选是丝杠的螺杆。借助于开槽螺母08实现将滚动轴承02固定在转轴07上。
轴承装置01此外包含应变传感器装置09，所述应变传感器装置详细地在图3中示出。从图3a中尤其能够得出应变传感器装置09的外部端侧的设计方案，所述外部端侧背离滚动轴承02。图3b尤其示出应变传感器装置09的朝向滚动轴承02的一侧。应变传感器装置09借助于螺丝06固定在外环03的端面上。所述应变传感器装置具有环形的基本体10，所述基本体在其内部端侧上具有两个对称设置的力导入元件12。力导入元件12沿环周方向部分圆形地延伸。所述力导入元件经由各一个接片状的耦联元件13与环形的基本体10连接。在基本体10的外部的、背离滚动轴承02的一侧中引入两个凹部14。凹部14沿环周方向在力导入元件12上延伸。耦联元件13沿径向方向具有比凹部14更小的伸展。在凹部14中分别设置有应变传感器15(参见图1、2)。应变传感器15例如能够作为应变仪或以感测层的形式实现，所述感测层施加在凹部14的区域中。
螺丝06用于将应变传感器装置09固定在外环03上，所述螺丝穿过外环03延伸到力导入元件12中。孔16设有相应的内螺纹。应变传感器装置09处于外环03和机器支架17之间。机器支架17用于轴向地支承转轴07。应变传感器装置09经由螺丝18固定在机器支架17的端侧上。为了穿引螺丝18，在应变传感器装置09的外部端侧中引入相应的孔19。
轴承装置01优选构成有评估单元(未示出)，所述评估单元与应变传感器15连接，并且相应地处理由应变传感器15提供的数据。
经由力导入元件12将力导入到应变传感器装置09中。接片状的耦联元件13按压到凹部14所处于的区域上并且在凹部14中产生与力相关的应变。在力导入元件12的区域中在出现沿轴向方向作用的力时出现应变过高，所述应变过高用于借助于应变传感器15进行力测量。应变传感器15与出现的力相关地发生应变并且随后提供测量信号。以所述方式，能够直接在力线中测量轴向的轴承负荷，其中整体上对于传感器仅需要小的结构空间。
图2示出根据本发明的轴承装置01的第二实施方式的剖面图。不同于已经描述的实施方案，应变传感器装置09在此不构成为单独的构件，而是集成地构成在外环03的边缘区域中。因此对于应变传感器装置09不需要附加的结构空间。
图3示出应变传感器装置09的两个立体图。在此尤其可良好地看到接片形的耦联元件13，所述耦联元件在力导入元件12和环形的基本体10之间延伸。在示出的示例中，力导入元件12由两个部分圆部段构成，所述部分圆部段轴线对称地相对置，由此在导入轴向力时避免轴承的歪斜。在修改的实施方案中，能够设有更多个部分圆部段，或者唯一的力导入元件12必要时在整个环周上延伸。
附图标记列表：
01 装置
02 滚动轴承
03 外环
04 内环
05 滚动体
06 螺丝
07 转轴
08 开槽螺母
09 应变传感器装置
10 环形的基本体
11
12 力导入元件
13 耦联元件
14 凹部
15 应变传感器
16 孔
17 机器支架
18 螺丝
19 孔

Claims (10)

1.一种滚动轴承装置，所述滚动轴承装置具有滚动轴承(02)，所述滚动轴承具有外环(03)和内环(04)以及集成到所述外环(03)中的或固定在所述外环(03)上的应变传感器装置(09)，用于测量作用到所述滚动轴承(02)上的轴向负荷，其中所述应变传感器装置(09)具有环形的基本体(10)，
其特征在于，
所述应变传感器装置(09)在其内部端侧上具有至少一个沿环周方向部分圆形地延伸的力导入元件(12)，其中所述力导入元件(12)经由至少一个接片形的耦联元件(13)与环形的所述基本体(10)连接，所述应变传感器装置(09)在其外部的、背离所述滚动轴承(02)的端侧上具有至少一个用于容纳应变传感器(15)的凹部(14)，其中所述凹部(14)至少沿环周方向在所述力导入元件(12)上延伸，其中所述耦联元件(13)沿径向方向具有比所述凹部(14)更小的伸展，并且环形的所述基本体(10)以固定至支架的方式固定。
2.根据权利要求1所述的滚动轴承装置，
其特征在于，
所述应变传感器装置(09)构成为单独构件，并且所述应变传感器装置固定在所述外环(03)的端侧上。
3.根据权利要求1所述的滚动轴承装置，
其特征在于，
所述应变传感器装置(09)集成地构成在所述外环(03)的边缘区域中。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的滚动轴承装置，
其特征在于，
所述应变传感器(15)是应变仪。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的滚动轴承装置，
其特征在于，
所述应变传感器(15)由在所述凹部(14)的区域中施加的感测层构成。
6.根据权利要求1所述的滚动轴承装置，
其特征在于，
所述应变传感器装置(09)包括两个对称设置的力导入元件(12)和两个用于容纳各一个应变传感器(15)的凹部(14)。
7.一种轴承装置(01)，所述轴承装置包括：
-滚动轴承(02)，所述滚动轴承具有外环(03)和内环(04)、集成到所述外环(03)中的或固定在所述外环(03)上的应变传感器装置(09)，用于测量作用到所述滚动轴承(02)上的轴向负荷，其中所述应变传感器装置(09)具有环形的基本体(10)，
-借助于滚动轴承(02)支承的转轴(07)，
其特征在于，
所述应变传感器装置(09)在其内部端侧上具有至少一个沿环周方向部分圆形地延伸的力导入元件(12)，其中所述力导入元件(12)经由至少一个接片形的耦联元件(13)与环形的所述基本体(10)连接，所述应变传感器装置(09)在其外部的、背离所述滚动轴承(02)的端侧上具有至少一个用于容纳应变传感器(15)的凹部(14)，其中所述凹部(14)沿环周方向至少在所述力导入元件(12)上延伸，其中所述耦联元件(13)沿径向方向具有比所述凹部(14)更小的伸展，并且环形的所述基本体(10)以固定至支架的方式固定。
8.根据权利要求7所述的轴承装置，
其特征在于，
所述轴承装置具有用于轴向地支承所述转轴(07)的机器支架(17)。
9.根据权利要求8所述的轴承装置，
其特征在于，
所述应变传感器装置(09)固定在所述外环(03)的端侧上和所述机器支架(17)的端侧上。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的轴承装置，
其特征在于，
所述轴承装置包括与所述应变传感器(15)连接的评估单元，用于处理由所述应变传感器(15)提供的数据。
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