CN112352136B - 磨损监测装置和滚珠螺杆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于具有铁磁性滚动体的机器元件，特别是用于滚珠螺杆传动装置或线性轴承的磨损监测装置，该装置用于监测滚动体的磨损，该装置包括用于产生测量磁场的至少一个磁体和用于测量该测量磁场的通量密度的磁场传感器组件。传感器组件具有至少一个第一磁场传感器和第二磁场传感器，第一磁场传感器用于第一测量位置处测量通量密度，第二磁场传感器用于在第二测量位置处测量通量密度，第二测量位置布置在距第一测量位置一定距离处，其中测量位置被选择成使得在机器元件操作期间旋转的滚动体以紧密包裹的方式经过测量位置，并且作为其结果在测量位置之一处产生的测量磁场的变化可以由相应的磁场传感器检测到。磨损监测装置还包括连接到测量场传感器组件的分析单元，用于检测和分析由磁场传感器测量的通量密度。分析单元被设计成基于由磁场传感器测量的通量密度的比较来确定滚动体的直径和/或直径的变化。本发明还涉及一种包括这种磨损监测装置的滚珠螺杆传动装置，所述磨损监测装置设置在滚珠螺杆传动装置的滚珠返回通道上。

Description

磨损监测装置和滚珠螺杆

技术领域

本发明涉及一种用于具有一系列铁磁滚动元件的机器元件、特别是用于滚珠螺杆或线性轴承的磨损监测装置，该磨损监测装置用于滚动元件的磨损监测。

背景技术

在各种机械应用中，使用机器元件，例如轴承、导轨、齿轮或驱动装置，其中滚动元件减少机器元件的各种部件之间的摩擦，以极大地促进机器元件的不同部件相对于彼此的运动。所使用的滚动元件可以是例如滚珠、滚子、球面滚子、针、锥体或其他旋转元件，并且可以由例如钢、陶瓷或特殊超硬塑料制成。在这种机器元件的一些版本中，提供了滚动元件保持架，其将各个滚动元件彼此分开。

然而，在其他机器元件中，这种滚动元件保持架的使用是不可能的。出于设计原因，这些机器元件具有连续系列的滚动元件，其中滚动元件以闭合循环方式循环。滚动元件通常从起始点开始，仅在一个方向上受到具有摩擦减小的载荷，并且在没有载荷的情况下在相反方向上通过返回通道被传送回到起始点。通常，这一系列中的滚动元件几乎彼此抵靠，但是为了确保一定的空隙，布置的滚动元件比该系列中的最大滚动元件容量所允许的少一到三个。这种机器元件的示例是滚珠螺杆或线性轴承。

滚动元件在机器元件的操作过程中受到磨损，这导致机器元件的部件之间的空隙，例如轴承空隙，随着操作持续时间的增加而增加。这可能导致机器元件的整体故障，这种故障可能导致对更高级机器的损坏和/或加工工件的破坏。

DE 10 2010 017 113 A1示出了一种滚珠螺杆，在该滚珠螺杆的螺母(被称为移动元件)内设置有具有磁性元件和霍尔元件的传感器装置。这允许滚动元件的循环频率被确定并与预定值进行比较，其中当低于该值时可以发出警报。还可以确定滚动元件与通道之间是否存在偏置。如果有偏置，滚动元件在通道内滚动，而如果没有偏置，滚动元件在通道中滑动，导致记录的循环频率不是周期性的。然而，这既不能解决滚动元件本身的磨损确定问题，也不能用存在于那里的装置来解决，因此在滚珠螺杆的位置检测期间不能考虑滚动元件的磨损。

DE 690 11 907 T2指出了一种用于滚珠螺杆或具有一系列磁性滚珠的线性引导件的位置检测装置，滚珠螺杆或线性引导件的位置可以通过不同磁路中磁阻的变化来确定。这利用了这样的事实，即每个磁性滚珠的位移量与主轴的旋转量成比例，而主轴的旋转量又与滑动部段或螺母的线性位移成比例。这里，滚珠的位置是基于与滚珠的位移相对应的磁阻变化来确定的，磁阻变化的周期由与滚珠的直径相对应的位移来确定。该公开也没有给本领域技术人员关于滚珠直径本身的确定或者关于滚珠直径的与磨损相关的减小对位置检测装置的测量准确度的影响的教导。

本发明的目的是提供能够检测滚动元件上的磨损的磨损监测。

发明内容

该问题通过具有权利要求1的特征的磨损监测装置来解决。本发明的有利实施例构成从属权利要求的主题。

提出了一种用于具有一系列铁磁滚动元件的机器元件，特别是用于滚珠螺杆或直线轴承的磨损监测装置，该装置用于滚动元件的磨损监测；该装置：具有用于产生测量磁场的至少一个磁体；具有用于测量测量磁场的通量密度的磁场传感器布置，该传感器布置具有用于在第一测量位置测量通量密度的至少一个第一磁场传感器和用于在距第一测量位置一定距离的第二测量位置测量通量密度的第二磁场传感器，测量位置被选择成使得在机器元件操作期间，循环的滚动元件彼此紧密接触地经过测量位置，并且在此引起的测量磁场的变化在测量位置之一处可由相应的磁场传感器检测到；并且具有连接到磁场传感器布置的评估单元，用于记录和评估由磁场传感器测量的通量密度，评估单元被配置成，基于由磁场传感器测量的通量密度的比较来确定滚动元件的直径和/或直径变化。

根据本发明的磨损监测装置的测量原理是基于这样的事实，即滚动元件由于它们的铁磁性而影响测量磁场的场线的路径，使得与未受影响的测量磁场相比并且可以由磁场传感器布置检测到的通量密度的局部变化由滚动元件产生。为了实现测量磁场中的这些局部变化，滚动元件必需由铁磁材料例如铁、钴或镍制成，或者包含足够比例的铁磁材料。还可以想到，滚动元件具有永磁性质，并且例如可以产生它们自己的磁场。在这种情况下，也可以省去用于测量磁场的磁体。

本发明的基本构思是滚动元件的磨损伴随着滚动元件的尺寸或直径的减小，这是由于滚动元件的材料磨耗和/或变形而导致的。如果循环滚动元件彼此紧密接触地经过磁场传感器布置，这将导致间距，即滚动元件中心点之间的距离，随着滚动元件直径的不断减小而减小。就此而言，循环滚动元件彼此紧密接触地经过测量位置的特征必须理解为意味着在两个相邻滚动元件之间至少在测量位置的区域和测量位置之间的区域中没有中间空间，即相邻滚动元件彼此接触。为了允许测量磁场的通量密度的测量，磁场传感器布置被布置在测量磁场内部。为了对测量的通量密度进行比较并确定滚动元件的直径或直径变化，有利的是机器元件在操作。在滚动元件在循环方向上运动期间，磁场传感器布置可以确定正弦路线，其中在循环方向上空间偏移的两个磁场传感器可以基于合成相移来确定磨损。

根据本发明的磨损监测装置利用了这样的事实，即在滚动元件直径与磨损相关的减小的情况下，间距，即两个相邻滚动元件之间的距离，更准确地说是其中心点或重心之间的距离，减小。

由于测量位置之间的距离是固定的，直径的减小导致针对不同滚动元件直径在第一测量位置和第二测量位置测量的相应通量密度在其他方面条件相同的情况下彼此不同。

例如，如果考虑两个相邻的滚动元件，它们从原始直径开始的重心精确地位于第一测量位置或第二测量位置处，则与磨损相关的直径减小导致：例如如果一个滚动元件精确地位于第一测量位置，则另一个滚动元件不再准确地位于第二测量位置，而是位于稍微偏离的位置。其结果是，例如对于两种磨损状态，在第一测量位置测量的通量密度是相同的，但是在第二测量位置测量的通量密度根据磨损而彼此不同。该差异可由评估单元基于这些不同的通量密度或通量密度比来确定滚动元件的直径或与磨损相关的直径变化。

评估单元可以被配置为基于所确定的直径或直径变化发出磨损检测信号，其中所述磨损检测信号可以体现直径减小的度量或代表未达到直径阈值。

根据本发明的有利实施例，对滚动元件的直径和/或直径变化的确定包括确定重心之间距离，特别是滚动元件的至少一个子集上的距离平均值。如上所解释，滚动元件的直径因此不是直接确定的，而是通过确定直接相邻滚动元件或一排三个或更多滚动元件的重心之间的距离来间接确定的。考虑循环滚动元件中距离的平均值可避免因测量公差而错误检测到各个滚动元件的可能较大磨损。

根据另一有利实施例，评估单元被配置用于记录和评估由磁场传感器测量的通量密度的时间路径。当滚动元件移动通过测量磁场时，相应的测量的通量密度周期性地变化。通量密度的这些周期性路径可以被记录，特别是被保存和评估。

特别地，由磁场传感器测量的通量密度的比较可以包括确定时间差，特别是由磁场传感器测量的通量密度的时间路径之间的相位差。在正移动的滚动元件的情况下，由第一磁场传感器和第二磁场传感器测量的通量密度的时间路径之间的相移因此可以由通量密度的周期性时间路径来确定。此外，信号值的幅度变化是可检测的。相移或相位差可以用作滚动元件磨损的度量，因为相移代表滚动元件的直径，且相移的变化代表滚动元件直径的变化。特别地，通过确定时间差或相位差，几个滚动元件已经被平均。尽管如此，幅度变化可以被替代地或附加地认为是磨损的度量。

滚动元件经过磁场传感器的运动产生正弦周期信号，其频率最初取决于循环速度。如果在恒定的循环速度下，则出现信号的波长减小或信号路径的频率增加，这是滚动元件的直径减小的度量。有利的是，考虑在循环方向U上偏移的两个磁场传感器的信号路径中的相位差可以代表磨损的度量，而不管循环速度如何。这是因为可以考虑相位差，而不管循环速度如何，即，即使循环速度变化或改变，因为这是基于正弦信号波动的差分扫描的相对测量，该正弦信号波动是由滚动元件移动通过恒定磁场而引起的。

根据本发明的另一有利实施例，测量位置之间的距离小于滚动元件的标称直径，优选小于标称直径的一半，特别是等于标称直径的四分之一。在本文中，滚动元件的标称直径被理解为没有与磨损相关或变形相关的减小的原始直径。通过将测量位置之间的距离调整到滚动元件的标称直径，可以特别精确地记录直径变化。特别地，当测量位置之间的距离大约等于标称直径的一半或四分之一，或者偏离不超过10％，最多20％时，可以特别精确地确定直径变化。例如，如果滚动元件的重心精确地位于第一测量位置，则在该滚动元件与相邻滚动元件之间在第二测量位置处精确地存在间隙或中间空间。这导致相应测量通量密度之间的差异最大。如果考虑在第一测量位置和第二测量位置测量的通量密度的时间路径，在此可以观察到两个信号路径之间的90°相移。该相移随着滚动元件磨损的增加而改变。

在另一个有利的实施例中，第一磁场传感器和第二磁场传感器可以各自包括具有两个半桥的测量桥。两个磁场传感器的半桥可以沿循环方向U嵌套布置，并且相对于彼此偏移。每个半桥的磁阻桥电阻器可以优选地在循环方向U上相距一定距离，即半桥的纵向范围在滚动元件的循环方向U上对准。每个半桥包括两个单独的桥电阻器，至少一个、特别是两个桥电阻器，具有磁阻性质，并且能够测量由滚动元件引起的磁场、特别是杂散场的变化。由于桥电阻器在循环方向U上的轴向纵向取向，其中每个半桥的两个桥电阻器可以在循环方向U上轴向对准，所以每个半桥跨越滚动元件的标称直径的大区域，直径变化可以通过测量桥中的信号变化来检测。此外，如果两个磁场传感器的桥电阻器沿循环方向U嵌套布置并且相对于彼此空间偏移，则两个磁场传感器记录滚动元件的不同直径区域，可由两个磁场传感器确定的信号的相位变化和/或幅度变化的比较代表对移动的滚动元件的变化直径的度量。

在上述两个实施例之一的有利改进中，两个嵌套磁场传感器的相邻半桥之间的距离可以对应于滚动元件直径的大约四分之一，单独的磁场传感器的每个单独的半桥的两个磁阻桥电阻器之间的距离对应于滚动元件直径的大约一半。如果两个磁场传感器的半桥之间的距离对应于滚动元件直径的四分之一，则在沿循环方向的移动的滚动元件的正弦路线的情况下，一个磁场传感器可以确定信号路径的上限最大值和下限最大值，并且另一个磁场传感器可以确定由滚动元件的移动引起的信号路径的零交叉区域中信号变化最大的两个区域。信号路径的差异，如果可能的话，两个信号路径的范数，例如欧几里德范数，得到非常稳定的相位值。相位值的变化或从相位值导出的量的变化是滚动元件的直径减小的指示器，并且可以用很少的布线费用来监测。

根据本发明的另一有利实施例，磁体被设计为永磁体，特别是偶极磁体，其磁场覆盖测量位置。特别地，这确保了测量磁场至少在测量位置的区域内是均匀的，并且具有基本相同的通量密度。通过使用永磁体，磨损监测装置的功耗可以保持较低。也可以使用两个或多个磁体来代替单个磁体。此外，也可以使用电磁体来代替永磁体。

根据另一有利实施例，磨损监测装置包括用于滚动元件的引导通道，磁场传感器布置和磁体被布置在引导通道的扫描壁上。引导通道可以设计成使得在此可以为磁场传感器布置和/或磁体提供特别有利于滚动元件的磁扫描的安装位置。这将在下面详细解释。引导通道尤其可以是磨损监测装置的一体部分。引导通道优选是线性的，然而弯曲的路线也是可能的。

有利地，磁体的磁场出射表面平行于扫描壁延伸。结果很明显，滚动元件的特别好的磁扫描是可能的。这里的场线通常竖直于滚动元件的运动方向，至少靠近出射表面。

然而，作为一般原理，磁体也可以布置成使得磁体的磁场出射表面竖直于扫描壁延伸或者还在相对于扫描壁的另一个方向上延伸。

已经证明是有利的是，当测量磁场的通量密度和/或扫描壁的材料和/或厚度被选择使得由测量磁场检测的滚动元件被测量磁场吸引时(优选地，不管朝向扫描壁的位置如何)，其中特别是由测量磁场检测的滚动元件也相互吸引。通过滚动元件被吸引到扫描壁，确保了滚动元件总是处于限定的相对位置。特别地，当滚动元件由于设计或由于超前磨损而在引导通道中具有侧向空隙时，避免了由于滚动元件在引导通道中的不适当定位而使得测量结果是假的。因此，可以想象，滚动元件相对于彼此交替地侧向移位，这将导致至少当滚动元件仍然相互接触时，滚动元件的重心之间的距离相对于由两个测量位置限定的测量距离减小。

通过测量磁场的适当配置，尤其还可以确保滚动元件至少在磁传感器布置的区域中彼此压靠，使得在两个相邻的滚动元件之间不会出现可能会使测量结果虚假的间隙。为了获得产生上述效果所需的高通量密度，除了选择足够强的磁体之外，还可以提供由非磁性材料构成的引导通道或至少扫描壁。替代地或附加地，扫描壁也可以减薄以最小化滚动元件与磁体之间的距离。通过滚动元件被充分吸引到扫描壁，尤其可以确保滚动元件甚至可以克服重力而被吸引到引导通道壁，从而使得磨损监测装置能够独立于位置地使用。

有利地，磁场传感器布置包括磁阻磁场传感器，特别是AMR、CMR、TMR或GMR磁场传感器。这些传感器类型，也称为xMR磁场传感器，与也可以使用的霍尔传感器不同，高达50倍的较高灵敏度。前述磁阻传感器基于各向异性磁阻(AMR)效应、庞磁阻(CMR)效应、隧道磁阻(TMR)效应或巨磁阻(GMR)效应。这些类型的磁场传感器是方向选择性的，即它们可以确定磁场分量的量和方向，因此理想地适用于磁场角度确定。有利的是，每个磁场传感器可以包括几个，特别是两个或四个磁阻电阻元件，它们以本身已知的方式连接起来以形成惠斯通测量桥，特别是惠斯通半桥或惠斯通全桥。为此，磁阻电阻元件也可以以合适的方式在空间上分布。

通常，磨损监测可以从新状态或校准状态开始，通过比较两个磁场传感器的相位值或幅度行为的变化来指示滚动元件的磨损状态。这确保了相对于校准状态的监测。

通常，线性运动或螺纹传动的速度和滚动元件的运动速度并不直接相互依赖。通常，滚动元件运动小于线性行进运动或螺纹传动，然而在特定应用中，可以导出传动运动与滚动元件的运动之间的直接相关性。在这些情况下，磨损监测装置可以有利地包括确定滚珠螺杆速率的速率传感器或确定线性轴承的运动速度的位置或速度传感器，评估单元结合滚珠螺杆或线性轴承的几何参数和速率或运动速度，以用于确定滚动元件的直径和/或直径变化。几何参数可以是滚珠螺杆的间距、滚珠螺杆的直径和滚珠螺杆的旁路长度，还可以是滚动元件轨道长度与线性轴承的纵向尺寸之比等。基于传感器数据，传感器数据也可以包括驱动马达的驱动电流或滚珠螺杆的扭矩或线性轴承的加速力，可以实现磨损状态的改进的绝对监测。传感器数据可以确定滚动元件的运动速度。这允许对出现的信号频率推断例如速率或运动速度，使得基于磁场传感器布置的单个磁场传感器的测量信号，并且考虑滚珠螺杆或线性轴承在循环方向U上的运动路径，可以推断滚动元件的直径。因此，通过考虑另外的几何参数和传感器数据，可替代地或附加地实现相对监测、绝对监测。检测引导通道壁的任何损坏也非常简单，这些损坏可能会减慢滚动元件的运动。

本发明还涉及一种根据前述实施例之一的具有磨损监测装置的滚珠螺杆，该磨损监测装置布置在滚珠螺杆的滚珠返回通道上。滚珠螺杆是具有在螺栓与螺母之间插入的滚珠的螺杆齿轮。两个零件都有类似螺杆的凹槽，这些凹槽一起形成填充有滚珠的类似螺杆的管。在螺栓与螺母之间的旋转过程中，滚珠在其管内滚动，并向螺母的前端移动。在那里，它们被接收并通过大部分平行于螺杆轴线且还被称为滚珠返回通道的管到螺母的后端，并被重新引入到类似螺杆的管中。滚珠螺杆特别用于机床，因此寻求具有尽可能低的轴承空隙的特别高的精度。特别地，轴向空隙应尽可能小，该轴向空隙在高速驱动中，特别是在方向反转的情况下会导致不受欢迎的等待时间。因为滚动元件通常在闭合回路中循环，所以直接磨损监测被证明是困难的。根据本发明的磨损监测装置的使用在这里被证明是特别有利的。

附图说明

附图和附图的相关描述揭示了进一步的优点。附图显示了本发明的示例。附图、说明书和权利要求包含许多组合特征。本领域技术人员也将方便地单独考虑这些特征，并将它们组合成有意义的其他组合。

图中显示：

图1是布置在引导通道上并且根据具有不同磁极对准的示例的磨损监测装置的示意表示图；

图2是部分修改的图1的磨损监测装置的细节的各种详细视图；

图3是图1的磨损监测装置的示意图，包括用于测量的磁通量密度的相关信号路径，在每种情况下用于具有不同直径的滚动元件；和

图4是根据示例的磁场传感器布置的测量桥配置的示意图；

图5是根据另一示例的磁场传感器布置的测量桥配置的示意图。

相同的附图标记在下文中用于相同或相似的元件。

具体实施方式

图1在两个子图像图1a和图1b中示出了根据一个示例的磨损监测装置10，该磨损监测装置10布置在机器元件的引导通道20上，例如滚珠螺杆或线性轴承的返回通道上。在循环方向U上移动的多个滚动元件22被保持在引导通道20中。引导通道20的横截面仅略大于滚动元件22的直径，从而实现了对滚动元件22的一种强制引导。滚动元件22例如是球体，但是根据机器元件的设计，也可以由任何其他旋转实体形成。

磨损监测装置10包括设计成偶极子的磁体12，磁体12布置在引导通道20的外壁上。磁体12的磁极性由用于北极的前缀“N”表示和用于南极的前缀“S”表示，当然也可以选择相反的极性。

在图1a中，磁体12布置在引导通道20上，使得从磁体12的磁场出射表面出射或进入磁场出射表面的场线(未示出)相对于循环方向U竖直地离开磁体12，磁极处的场线相对于引导通道20的扫描壁24的是竖直的。因此，磁场线在纸张平面中穿过滚动元件22。

在图1b中，选择磁体12的磁极对准，使得场线再次相对于循环方向U竖直地离开磁体12的磁极表面，其中它们在与引导通道20的扫描壁24的纵向范围相切的磁极表面上对准。就此而言，磁场线在纸张方向上穿透滚动元件22。

磁场传感器布置14直接连接到磁体12，使得它们直接相邻布置，并且它们被放置在引导通道20的表面上。载体PCB在此可以有利地布置在磁场传感器布置14与磁体12之间。磁场传感器布置14可以包括第一磁场传感器16和第二磁场传感器18，它们在循环方向U上相互间隔一定距离，如图3a、图3b和图4、图5中的示例所示。磁场传感器16、18之间的距离约为滚动元件22的标称直径的一半。磁场传感器16、18可以包括一个或多个磁阻电阻元件或者还有霍尔传感器。这种电阻元件的布置和连接在原理上是已知的，并参照图4进行更详细的解释。

被磁体12或磁场传感器布置14覆盖的引导通道20的壁的区域在下文中也被称为扫描壁24。

循环的铁磁滚动元件22被吸入由磁体12产生的测量磁场中，并且甚至克服重力被吸到或压靠着扫描壁24。偶极磁体的磁场线的通常环形路径还具有这样的效果，即滚动元件22同时在测量磁场的区域中彼此压靠，使得滚动元件22，更精确地说是滚动元件22的重心，以直线方式经过磁场传感器布置，并且在相邻的滚动元件22之间没有间隙。由于它们的铁磁性质，滚动元件22局部改变磁通量密度，所述磁通量密度或其变化由磁场传感器16、18记录。

磨损监测装置10还包括评估单元(未示出)，该评估单元连接到磁场传感器布置14，并且被提供用于记录和评估由磁场传感器16、18测量的磁通量密度。评估单元被配置为基于由磁场传感器16、18测量的通量密度的比较来确定滚动元件的直径或直径变化。这将在下面详细解释。

图2示出了根据各种修改且布置在引导通道20上的磨损监测装置10的各种详细视图。

在根据图2a的布置中，引导通道20可以由铁磁材料组成。为了确保测量磁场具有足够的强度，引导通道20的壁厚在扫描壁24的区域中减小。壁厚可以优选减薄至0.1至0.2毫米，以允许足够的磁场穿透，其中磁场可以磁性吸引和引导，优选紧邻滚动元件，特别是滚珠，使得它们可以紧邻地经过磁场传感器布置14。为此，凹部26设置在引导通道20的外面上的壁中。在凹部26中，磁场传感器布置14可以移动得更靠近滚动元件22，以可能允许磁体12的强度减小。

根据图2b的布置的修改基本上对应于图1的示例，磨损监测装置10的不同尺寸在此不重要。扫描壁24在这里具有与其它区域中的引导通道20的壁相同的厚度。为了实现由测量磁场对扫描壁24的充分穿透，引导通道20的材料方便地由非磁性材料组成。

参照图3，磨损监测装置10的操作模式将在下面更详细地解释。

图3的子图图3a和图3b分别示出了磨损监测装置10和引导通道20，引导通道20包括在其中循环的滚动元件22。虽然图3a中的滚动元件22是新的，因此具有它们的标称直径，但是图3b中的滚动元件22已经经历了一定程度的磨损，这导致它们的直径减小。应该注意的是，所选择的尺寸比不是按比例的。

图3a和图3a的上部各自示出了由磁场传感器16、18测量的通量密度的时间路径。在每种情况下，用实线示出的测量曲线S1代表由第一磁场传感器16确定的通量密度路径，而用虚线示出的测量曲线S2代表由第二磁场传感器18确定的通量密度路径。

由于磁场传感器16、18之间在循环方向U上的距离，测量曲线S1、S2相对于彼此相移。在图3中适当地示出了所得相位差P。

从图3a中可以容易地看出，选择磁场传感器16、18之间的距离，使得具有标称直径的滚动元件22的测量曲线S1、S2彼此精确相移90°。这里假设测量曲线S2、S1具有近似正弦或余弦路径。

图3a与图3b的比较表明，随着滚动元件22的磨损增加，即随着直径减小，测量曲线S1、S2相对于彼此移位，这以相位差P的选定定义而导致相位差P减小。相位差P因此代表磨损的度量，即滚动元件22的直径变化的度量。

由磁场传感器布置14产生的信号的评估在评估单元中以合适的方式执行。特别地，可以对测量的相位差P进行时间平均。特别地，可以独立于方向进行评估，从而也可以针对逆着循环方向U循环的滚动元件22，甚至针对静止的滚动元件22，进行滚动元件直径或其直径变化的确定，在后一种情况下，由于不存在任何平均的可能性，可能不得不接受稍高的测量误差。

图4示意性地示出了磁场传感器布置14的测量桥配置。测量桥配置14由两个测量桥组成，这两个测量桥分别限定了用于正弦分量的第一磁场传感器16和用于余弦分量的第二磁场传感器18。每个测量桥又由两个半桥16a、16b和18a、18b组成，该半桥具有使用磁阻桥电阻器28的电阻器对R1-R2和R3-R4，磁阻桥电阻器28连接到电源电压电势VCC与返回线电势GND之间的电源电压。分别在每个半桥16a、16b和18a、18b的每个电阻器对R1-R2和R3-R4之间，正弦分量SIN+、SIN-以及余弦分量COS+、COS-的部分传感器信号可以由中心抽头获得。两个抽头SIN+&SIN-和COS+&COS-之间的电压差对应于磁场传感器16、18的传感器信号。如果磁场传感器16、18各自位于滚动元件标称直径的四分之一的距离处，如果滚动元件的直径不变，则两个传感器信号的差将保持恒定。然而，在磨损的情况下，信号差会改变，因为这代表直径变化的度量。

上面的图4示出了磁场传感器布置14的可能的电路配置。图5示出了由两个测量桥组成的磁场传感器16、18相对于滚动元件的循环方向U的有利空间位置。图5示出了每个磁场传感器16、18的各个磁阻桥电阻器28的空间布置以及两个测量桥的可能布线。第一磁场传感器16和第二磁场传感器18的两个半桥16a、18a和16b、18b分别沿循环方向U偏移布置，并且彼此嵌套，并且半桥16a至18a和16b至18b之间的距离为λ/4，λ有利地精确对应于滚动元件的标称直径。每个磁场传感器16、18的每个半桥16a、16b、18a、18b的各个桥电阻器28在此在循环方向U上间隔λ/2。

如果滚动元件22在运动方向U上移动通过磁体12的测量磁场，则由磁传感器布置14测量的磁场根据滚动元件22的运动速度和尺寸正弦变化。有利地，滚动元件22具有基本上对应于距离λ的直径，从而得到第一磁场传感器16与第二磁场传感器18的测量值之间的最大且稳定的传感器值差，因为第一磁场传感器可以仅测量一个最大值，而另一个磁场传感器可以测量零交叉。

因此，滚动元件的直径可以具有例如3毫米的标称直径，磁场传感器16或18的每个半桥16a、16b或18a、18b的相关联的桥电阻器28隔开1500μm，并且两个磁场传感器16、18的半桥16a、18a和16b、18b隔开750μm的距离。这些尺寸当然可以按比例缩放到滚动元件22的相应尺寸，并且还可以提供另外的半桥或几个磁场传感器来使用传感器监测更大的区域。基于两个磁场传感器16、18的测量值SIN+/-与COS+/-的相位比较，可以在滚动元件22的运动期间确定相位差P，并且该相位差的变化可以用作磨损的度量。例如，校准可以作为带有新的滚动元件22(即具有它们的标称直径)的教导过程的一部分进行。评估单元可以例如具有磨损指示器，其连续指示当前确定的直径和/或与校准的标称直径的偏差。

替代地或附加地，还可以提供阈值检测器，当滚动元件22的当前确定的直径低于预定义的阈值时，该阈值检测器发出合适的视觉、听觉或其他警告信号。

附图标记列表

10 磨损监测装置

12 磁体

14 磁场传感器布置

16 第一磁场传感器

16a、16b 第一磁场传感器的半桥

18 第二磁场传感器

18a、18b 第二磁场传感器的半桥

20 引导通道

22 滚动元件

24 扫描壁

26 凹部

28 磁阻桥电阻器

P 相位差

S1、S2 测量曲线

U 循环方向

Claims (18)

1.一种磨损监测装置(10)，用于具有一系列铁磁滚动元件(22)的机器元件，所述磨损监测装置(10)用于所述滚动元件(22)的磨损监测，所述磨损监测装置(10)：具有用于产生测量磁场的至少一个磁体(12)；具有用于测量所述测量磁场的通量密度的磁场传感器布置(14)，所述磁场传感器布置(14)具有用于在第一测量位置测量所述通量密度的至少一个第一磁场传感器(16)和用于在距所述第一测量位置一定距离的第二测量位置测量所述通量密度的第二磁场传感器(18)，所述测量位置被选择为使得在所述机器元件沿循环方向U的操作期间，循环的滚动元件(22)彼此紧密接触地经过所述测量位置，并且由此引起的所述测量磁场的变化在所述测量位置中的一个处能够由相应的第一或第二 磁场传感器(16、18)进行检测；并且，具有连接到所述磁场传感器布置(14)的评估单元，用于记录和评估由所述第一和第二 磁场传感器(16、18)测量的所述通量密度，所述评估单元被配置为基于由所述第一和第二 磁场传感器(16、18)测量的所述通量密度的比较来确定所述滚动元件(22)的直径和/或直径变化，其特征在于，所述评估单元被配置用于记录和评估由所述第一和第二 磁场传感器(16、18)测量的所述通量密度的周期时间路径，并且在于，由所述第一和第二 磁场传感器(16、18)测量的所述通量密度的比较包括：确定由所述第一和第二 磁场传感器(16、18)测量的所述通量密度的所述周期时间路径之间的相位差。

2.根据权利要求1所述的磨损监测装置(10)，其特征在于，确定所述滚动元件(22)的直径变化包括确定重心之间的距离。

3.根据权利要求2所述的磨损监测装置(10)，其特征在于，确定所述滚动元件(22)的直径变化包括确定所述滚动元件(22)的至少一个子集上的所述距离的平均值。

4.根据前述权利要求中任一项所述的磨损监测装置(10)，其特征在于，所述测量位置之间的所述距离小于所述滚动元件(22)的标称直径。

5.根据权利要求4所述的磨损监测装置(10)，其特征在于，所述测量位置之间的所述距离小于所述标称直径的一半。

6.根据权利要求4所述的磨损监测装置(10)，其特征在于，所述测量位置之间的所述距离等于所述标称直径的四分之一。

7.根据权利要求1所述的磨损监测装置(10)，其特征在于，所述第一磁场传感器(16)和所述第二磁场传感器(18)各自包括具有两个半桥(16a、16b、18a、18b)的测量桥，第一和第二 所述磁场传感器(16、18)的所述半桥(16a、16b、18a、18b)在所述循环方向U上布置成嵌套的且相对于彼此偏移。

8.根据权利要求7所述的磨损监测装置(10)，其特征在于，

每个半桥(16a、16b、18a、18b)的磁阻桥电阻器(28 )在所述循环方向U上间隔一定距离。

9.根据权利要求7所述的磨损监测装置(10)，其特征在于，相邻半桥(16a、18a、16b、18b)之间的距离对应于滚动元件(22)的所述直径的大约四分之一，第一和第二 磁场传感器(16、18)的每个半桥(16a、16b、18a、18b)的两个磁阻桥电阻器(28)之间的距离对应于滚动元件(22)的所述直径的大约一半。

10.根据权利要求1所述的磨损监测装置(10)，其特征在于，所述磁体(12)被设计为永磁体，其磁场覆盖所述测量位置。

11.根据权利要求1所述的磨损监测装置(10)，其特征在于，所述磨损监测装置(10)包括用于所述滚动元件(22)的引导通道(20)，所述磁场传感器布置(14)和所述磁体(12)布置在所述引导通道(20)的扫描壁(24)上。

12.根据权利要求11所述的磨损监测装置(10)，其特征在于，所述磁体(12)的磁场出射表面平行于或竖直于所述扫描壁(24)在所述循环方向U上的纵向范围。

13.根据权利要求11所述的磨损监测装置(10)，其特征在于，所述测量磁场的所述通量密度和/或所述扫描壁(24)的材料和/或厚度被选择为使得：由所述测量磁场检测到的滚动元件(22)都被所述测量磁场吸引。

14.根据权利要求13所述的磨损监测装置(10)，其特征在于，

由所述测量磁场检测到的滚动元件(22)也相互吸引。

15.根据权利要求1所述的磨损监测装置(10)，其特征在于，所述磁场传感器布置(14)包括磁阻磁场传感器(16、18)或霍尔传感器。

16.根据权利要求1所述的磨损监测装置(10)，其特征在于，所述评估单元被配置为当所述滚动元件(22)的所确定的直径低于预定义的阈值时发射警告信号。

17.根据权利要求1所述的磨损监测装置(10)，其特征在于，包括确定滚珠螺杆的速率的速率传感器，或者包括确定线性轴承的运动速度的位置或速度传感器，所述评估单元结合所述滚珠螺杆或所述线性轴承的几何参数和所述速率或所述运动速度，以确定所述滚动元件(22)的直径和/或直径变化。

18.一种具有根据前述权利要求中任一项所述的磨损监测装置(10)的滚珠螺杆，所述磨损监测装置(10)布置在所述滚珠螺杆的滚珠返回通道上。

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