CN112639317B - 滑动轴承组件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种滑动轴承组件(1)，所述滑动轴承组件包括至少一个滑动轴承元件(2)，所述滑动轴承元件设置在轴承容纳部(3)中，所述轴承容纳部(3)是轴承结构的部分，并且所述轴承结构具有至少一个传感器(5)，所述传感器与数据传输装置(6)连接，以便特别是无线地数据传输到数据的接收器上，并且所述滑动轴承组件具有能量产生装置(7)，所述能量产生装置用于给所述传感器(5)和/或所述数据传输装置(6)自给自足地供以电能，所述能量产生装置(7)具有至少一个压电元件(8)，所述压电元件以压力预紧，或者所述能量产生装置(7)是传感器(5)。
Description
技术领域
本发明涉及一种滑动轴承组件，所述滑动轴承组件包括至少一个滑动轴承元件，所述滑动轴承元件设置在轴承容纳部中，所述轴承容纳部是轴承结构的部分，并且所述轴承结构具有至少一个传感器，所述传感器与数据传输装置连接，以便特别是无线地数据传输到数据的接收器上，并且所述滑动轴承组件具有能量产生装置，所述能量产生装置用于给所述传感器和/或所述数据传输装置自给自足地供以电能。
此外，本发明涉及一种用于利用至少一个传感器监控在滑动轴承组件的滑动轴承容纳部中的滑动轴承元件的方法，利用所述传感器检测测量值并且将该测量值发送到数据传输装置上，以便特别是无线地数据传输到数据的接收器上，并且将用于所述传感器和/或所述数据传输装置的电能通过所述滑动轴承元件或所述滑动轴承组件的运动来产生。
此外，本发明涉及构造为压电元件的传感器的应用。
背景技术
在近年来，对滑动轴承的传感监控获得越来越大的意义。除了例如基于轴承容纳部的温度提高对滑动轴承参数的间接测量之外，传感器在润滑间隙中或紧邻润滑间隙的设置也逐步处于开发的前景中。在此，有问题的不仅是用于传感机构的环境条件，而且是滑动轴承自身的机械特征、例如旋转构件的存在。示例性地参阅AT408900B，由其已知用于监控滑动轴承的装置，所述滑动轴承具有在支撑体中夹紧的轴瓦，所述装置具有至少一个在轴瓦区域中设置的用于与温度相关的测量信号的测量传感器并且具有用于测量信号的分析处理电路。所述测量传感器构造为用于沿轴瓦的周向方向有效的压力的或用于轴瓦与支撑体之间的径向压力的压力传感器。
关于这一点存在传感器的能量供应的问题。由现有技术已经已知：能量获得应直接在滑动轴承中进行。因此，例如US2016/0208849 A1描述一种滑动轴承和用于其制造的方法。所述滑动轴承可以包括金属基底、金属基底上的电绝缘层和电绝缘层上的电气部件。滑动轴承可以有效地与监控模块连接，所述监控模块配置用于监控电气部件。轴瓦可以具有微型发电机，所述微型发电机用于由机械能、例如轴瓦的机械振荡局部地产生能量。
由EP2963409A1也已知一种系统，该系统包括多个基本上相同的以直升机的自润滑的转子倾斜控制轴承形式的部件，所述部件在基本上相同的条件下工作，每个所述部件装备有至少一个传感器，所述传感器用于在给定的时间上测量所述部件的相同的运行参数。此外，所述系统包括监控单元，所述监控单元配置用于接收和处理传感器的信号并且基于所述传感器信号产生维护数据。所述部件可以设有能量获得机构，所述能量获得机构用于由一个部件相对于其他部件的运动产生能量。因此，能实现传感器的连续的且自主的运行。
WO2013/160053A1描述一种用于监控滚动轴承的方法，所述方法包括以下步骤：在使用至少一个传感器的情况下获得关于影响轴承的剩余使用寿命的一个或多个因数的数据；获得明确地标识轴承的识别数据；在使用工业的无线协议的情况下传输数据到所述至少一个传感器和/或从所述至少一个传感器传输数据，并且记录关于一个或多个如下因数的数据，所述因数剩余影响轴承的使用寿命和作为数据库中的所记录的数据的识别数据，至少一个传感器配置用于通过电来驱动，所述电通过一个轴承或所述轴承的运动产生，如果其在使用中的话。
发明内容
本发明的任务在于，改善滑动轴承组件中的传感器的能量供应。
所述任务在文首提及的滑动轴承组件中通过以下方式得以解决，即，所述能量产生装置具有至少一个压电元件，所述压电元件以压力预紧，或者所述能量产生装置是传感器。
此外，本发明的任务利用文首提及的方法得以解决，据此规定：为了产生所述电能而使用至少一个压电元件，所述压电元件以压力预紧，或者所述电能的产生利用所述传感器进行。
此外，本发明的任务也通过构造为压电元件的传感器用于在滑动轴承元件的监控中在所述滑动轴承元件运行期间借助于润滑间隙中的润滑剂压力或借助于所述传感器的运动产生电能的应用得以解决。
在此有利的是：通过对压电元件的压力预紧，所述压电元件能较好地集成到滑动轴承组件中，因为因此可以改善所述压电元件的负荷能力。此外，因此可以实现：可以增大所产生的电能的量，因为压电元件在其加速时与预紧相反地延展，由此可以较好地利用压电元件的全部可供使用的运行范围。因此，在能量消耗相同时可以使用较小的压电元件。这关于滑动轴承组件中的受限制的结构空间又是有利的。在具有通过传感器本身的能量产生的滑动轴承组件的实施变型方案中也可以附加于所改善的能量产生地节省结构空间。
优选地，按照本发明的一种实施变型方案可以规定：所述压电元件与激振质量连接。附加于前述效果，因此可以实现较简单的安装，因为压电元件可以与滑动轴承组件的构件(直接)连接。此外，经由激振质量也可以对作用到压电材料上的力产生影响并且因此对载荷延迟的程度产生影响。
按照本发明的另一种实施变型方案可以规定：所述压电元件能以所述滑动轴承元件的润滑间隙中的润滑剂压力被加载。为此，按照所述方法的一种实施变型方案可以规定：所述传感器设置在所述滑动轴承的润滑间隙中或与所述润滑间隙静液压地连接，并且利用所述传感器测量所述润滑间隙中的压力，通过压力对传感器的影响来产生电能。在滑动轴承的润滑间隙中有时存在高的压力。通过以润滑间隙中的润滑剂压力加载压电元件，不仅可以测量压力本身，而且通过使用压电元件给出考虑所述压力必要时以用于产生用于供应传感器的电能的简单可能性。
按照本发明的另一种实施变型方案，所述传感器可以嵌入到所述滑动轴承元件的径向最内部的层中，由此可以改善测量值检测，因为可以尽量避免当传感器进一步远离润滑间隙时可能出现的干扰效应。此外，因此也可以改善能量获得，特别是当电能由润滑剂压力产生时。
按照本发明的另一种实施变型方案，所述轴承结构可以是具有连杆体的连杆，所述数据传输装置设置在所述连杆体上或至少部分地设置在所述连杆体中，从而连杆孔则由此未被接触地供设置传感器、特别是产生能量的传感器使用，并且因此传感器的位置可以关于能量产生相对自由地选择。
附图说明
为了较好地理解本发明借助后续附图详细解释本发明。
分别在强烈简化的示意图中：
图1示出滑动轴承组件的局部；
图2示出滑动轴承组件的细节；
图3示出滑动轴承组件的另一种实施变型方案的细节；
图4示出滑动轴承组件的一种实施变型方案的局部；
图5示出滑动轴承组件的另一种实施变型方案；
图6示出轴承盖的一种实施变型方案。
具体实施方式
首先要指出：在不同描述的实施方式中，相同部件设有相同的附图标记或者说相同的构件名称，其中，在整个说明书中包含的公开内容能够按意义转用到具有相同的附图标记或者说相同的构件名称的相同部件上。在说明书中所选择的位置说明、例如上、下、侧向等等也参考直接描述的以及示出的附图并且这些位置说明在位置改变时按意义转用到新的位置上。
在图1中示出滑动轴承组件1的局部。
滑动轴承组件包括至少一个滑动轴承元件2。在示出的实施例中，示出两个滑动轴承元件2，所述滑动轴承元件具有所谓的半壳的形状。然而也存在以下可能性：滑动轴承元件2构造为滑动轴套。此外，装备有滑动轴承元件2的滑动轴承可以具有另一种划分，从而例如三个或四个或多于四个滑动轴承元件2则可以安装在滑动轴承中。在非常大的滑动轴承中(如其例如在风能设备中使用的那样)，滑动轴承元件2例如也可以构造为滑动轴承垫，在这些情况中，在滑动轴承中可以存在明显多于四个滑动轴承元件2、例如直至40个滑动轴承元件2。
所述至少一个滑动轴承元件2例如借助于压配合设置在轴承容纳部3中。
然而也存在以下可能性：轴承容纳部3直接被涂层，从而轴承容纳部3也构成用于支承在滑动轴承组件1中的构件(例如轴4)的滑动面。在这种情况中，滑动轴承元件2和轴承容纳部3相互一件式地构造，从而滑动轴承元件2构成轴承容纳部3的集成的组成部分。
在滑动轴承组件1的这些实施变型方案中，滑动轴承的配合运行面构成轴的表面。然而也存在对所述至少一个滑动轴承元件2的设置的相反可能性、即与轴4的无相对转动的连接。在这种情况中，配合运行面通过轴承容纳部3的表面构成，滑动轴承在滑动轴承组件1的装配状态中虽然容纳在所述轴承容纳部中、但不是无相对转动地与其连接。
所述至少一个滑动轴承元件2和轴承容纳部3是轴承结构部分，所述轴承结构除了这两个组成部分之外也还包括至少一个传感器5。当然也可以将多于一个传感器5设置在滑动轴承组件1中。
传感器5例如可以是温度传感器、压力传感器等。借助于所述至少一个传感器5可以检测在运行中的滑动轴承组件1的参数。借助这些参数例如可以推断出所述至少一个滑动轴承元件2的状态，因为例如在反常的温度提高时可以推断出滑动轴承元件2的滑动面的磨损或者说滑动轴承元件2的失效。因此可以利用用于滑动轴承组件1的运行的传感器5检测主要参数。
优选地，所检测的参数、即所属数据的处理不是在滑动轴承组件1本身中进行，而是在数据处理元件中进行，所述数据处理元件与所述至少一个滑动轴承元件2隔开间距地设置。为了数据传输到所述至少一个数据处理元件，滑动轴承组件1可以具有数据传输装置6，所述数据传输装置从所述至少一个传感器5接收数据并且将所述数据特别是无线地发送到作为数据接收器的所述至少一个数据处理元件上。为了无线的数据传输，可以使用已知的协议。所述无线的数据传输例如可以借助于蓝牙或WLAN等进行。
因为在滑动轴承元件中数据检测的和向相对于此的外部部位上无线传输的这种系统本身已经从对于滑动轴承有关的现有技术已知，为了避免重复，对此的其他细节参阅这些现有技术。
滑动轴承组件1还具有能量产生装置7。借助于该能量产生装置7可能的是：给所述至少一个传感器5和/或数据传输装置6自给自足地供以电能，从而为此则不需要滑动轴承组件1向外的有线连接的接头。
所述至少一个能量产生装置7(也可以在滑动轴承组件1中设置多于一个能量产生装置7)在滑动轴承组件1的示出的实施例中设置在所述至少一个滑动轴承元件2中或上、例如设置在滑动轴承元件2的空隙部8中，如这从图2可看出，该图示出按照图1的滑动轴承组件的细节。然而要指出：能量产生装置7的这个具体示出的布置结构与滑动轴承元件2的孔中的传感器5的具体示出的布置结构或数据传输装置6的具体示出的布置结构同样绝不是具有限制的特性，而是仅用于解释本发明。这些元件的布置结构在结构上也可以不同地实现。
能量产生装置7具有至少一个压电元件8，所述压电元件在图2中示出。按照所需要的能量，在滑动轴承组件1中也可以设置多于一个压电元件8，以用于产生电能，例如以压电元件组的形式。
所述至少一个压电元件8可以实施为多层堆叠部、即具有多个相叠地设置的压电的元件的多层的压电元件8。
所述压电元件8可以具有任意的横截面形状、例如圆形的或四角形的、例如方形的横截面形状。
该压电元件8以压力预紧地设置在滑动轴承组件1中。为此，如在图2中示出的那样，压梁9可以以在压电元件8上放置的方式设置在滑动轴承组件1中。压梁8可以经由两个螺钉10紧固在滑动轴承元件2中。借助于两个螺钉10可以调节在压电元件8上加载的压力。
备选地可以规定：如这在图3中示出，在压电元件8上方设置有调节螺钉11，利用所述调节螺钉的调节可以进行作用到压电元件8上的压力的变化。调节螺钉11可以延伸通过压电元件8并且必要时拧入到滑动轴承元件2(图1)或轴承容纳部3(图1)中，如这在图4中示出。
原则上，所述至少一个压电元件8也可以另外地以压力预紧、例如借助于弹簧元件等。
优选所述至少一个压电元件8通过预紧而不扭转，即压电元件8的两个端面(上端面和下端面)通过压紧而不沿着压电元件8的中心纵轴线彼此相对扭转。
在预紧的所描述的布置结构中，压电元件8独立地设置在滑动轴承元件8上或中，如这从图2可看出。然而也存在以下可能性：压电元件8设置在空隙部中，所述空隙部关于横截面的大小和形状对应于压电元件8的横截面，从而所述压电元件可以推入到所述空隙部中并且可以也还可以侧向地支撑或引导到所述空隙部中。
仅为完整起见要指出：省去对压电元件8的工作原理的描述，因为所述压电元件详细地在文件中描述并且对于本领域技术人员也是已知的。
所述至少一个压电元件8可以在压力下预紧，所述压力选自5MPa至50MPa、特别是5MPa至30MPa的范围。
所述至少一个压电元件8例如可以由钛酸铅(PZT)或钛酸钡构成。但也可使用其他压电材料。
按照一种实施变型方案可以规定：压电元件8与激振质量12连接。在这种情况中，压电元件8可以具有压电作用的层13，所述层设置在激振质量12下方、即例如可以以贴靠的方式设置在滑动轴承元件2上，如这在图2中示出。激振质量12与此对应地在压电作用的或压电的层13上方(比压电作用的层13径向进一步外部)并且与该层连接地、例如粘接地设置。
但是，激振质量12也可以通过压梁9构成，从而压电元件8则可以在整个高度上延伸直到压梁8。在按照图3的实施变型方案中，激振质量12可以通过盘元件构成，所述盘元件设置在压电元件8与调节螺钉11之间、特别是以直接贴靠在压电元件8和调节螺钉11上的方式。
激振质量12可以由具有至少7g/cm3的密度的材料构成、例如由钢、钨、铅、镍、金、铂等。
当压电元件8本身具有相对高的质量(由材料选择决定)时，则有利的可以是：所述压力元件无激振质量12地实施。
备选于具有以压力预紧的压电元件8的前述的实施方案或附加于此，按照本发明的另一种实施变型方案可以规定：能量产生装置7是传感器5本身。
为此，在这种情况中特别是压力传感器、优选是指示传感器或缸压力指示传感器的传感器5可以与滑动轴承组件1的润滑间隙14经由管路15静液压地连接。经由整个管路15，传感器5可以以润滑间隙压力被加载，从而因此则可以测量润滑间隙中的润滑剂的压力。
管路15可以相对小地确定尺寸。所述管路例如可以具有0.5mm至2mm之间的直径。
因为在这种情况中传感器5也可以是压电作用的或压电的元件，所以利用传感器5可以如在具有压电元件8的前述实施变型方案中也产生电能，必要时不仅通过相对于传感器5的时间上和/或方向可变的加速度而且必要时基于压力交变加载。
传感器5可以设计用于以直至10000bar的压力加载。
备选或附加于传感器5利用管路15与润滑间隙14的连接，按照滑动轴承组件1的另一种实施变型方案可以规定：传感器5设置在滑动轴承组件1的润滑间隙14中，例如作为滑动轴承元件2的滑动层的部分。因此，如在具有通向润滑间隙14的管路15的滑动轴承组件的前述的实施变型方案中，压电元件8也能以滑动轴承组件1的润滑间隙14中的润滑剂压力被加载。
通过以润滑剂压力加载传感器5，传感器5可以除了单纯地测量滑动轴承组件的参数之外也用于获得电能。
按照滑动轴承组件1的局部地在图4中示出的另一种实施变型方案可以规定：传感器5嵌入到滑动轴承元件2的径向最内部的层中。滑动轴承元件2则可以构造为所谓的多层滑动轴承并且具有至少一个滑动层16和至少一个支撑层17。在所述滑动层与所述支撑层之间可以设置有其他层、例如轴承金属层和/或结合层和/或扩散阻挡层等。滑动层16在此如已知的那样是这样的层，轴4在运行中在该层上导向。滑动层16例如可以由陶瓷材料或滑动漆构成。但是，备选于此也可以规定：传感器5在设置在滑动层16下方的层中设置并且与滑动层16经由电绝缘层、例如陶瓷层(例如由Al2O3构成)隔开。在这种情况中，滑动层16也可以由已知的金属材料、例如锡基合金制成。
要指出：在直接涂层的情况中，如这在前面解释的那样，支撑层17通过相应的直接涂层的构件构成。
如从图4可看出的那样，多个传感器5也可以设置在滑动轴承组件1中在不同部位上，从而可以检测在滑动轴承组件1中的不同加载的部位的运行参数。
此外从图4可看出：前面用作能量产生装置7的传感器5可以与在滑动轴承组件1中的其他传感器5组合。
此外图4示出：也可能的是将传感器5、特别是能量产生装置7放置在轴承容纳部3中并且经由管路18静液压地与润滑间隙14连接。
按照一种优选的实施变型方案，滑动轴承组件1或者说轴承结构是具有连杆体20的连杆19。数据传输装置6设置在连杆体20上或至少部分地设置在所述连杆体中，如这在图5中示出。涉及电能的产生的前述实施方案和所述至少一个传感器5的设置特别是能应用于大的连杆孔，从而大的连杆孔21中的滑动轴承的运行参数则提供给数据传输装置6并且从那里无线地传送。
如在图6中示出的那样，按照一种实施变型方案存在以下可能性：传感器5、特别是指示传感器集成到分开的轴承装置的轴承盖22中，所述轴承装置也还可以包括用于轴承盖22的配合件、例如轴承座或连杆体(未示出)，。为此可以设置有径向向外延伸的孔23，所述孔必要时可以阶梯形地实施，如这在图6中示出。孔23连续地从内部的滑动面或者说滑动轴承元件容纳面24延伸直到轴承盖22的外表面25中。对于在轴承盖22中滑动轴承元件2以与轴承盖22无相对转动地连接的方式设置的情况，在该滑动轴承元件2中，对应的孔也可以设置在所述孔23的通过轴承盖22的延长部中。
通过该孔22(和必要时滑动轴承元件2中的孔)可能的是：以润滑间隙压力加载在孔22中设置的传感器5，以便测量这个润滑间隙压力和/或产生电能。
必要时在本发明的所有实施变型方案中可能的是：在滑动轴承组件1中也设置有至少一个能量存储元件，所述能量存储元件必要时以压电元件8或压电实施的传感器5的电能来供电。
利用滑动轴承组件1可能的是：利用至少一个传感器5监控滑动轴承组件1的滑动轴承容纳部(轴承容纳部3)中的滑动轴承元件2，利用传感器5检测测量值并且将所述测量值传送到数据传输装置6上，以便特别是无线地数据传输到数据的接收器上，并且用于传感器5和/或数据传输装置6的电能通过滑动轴承元件2或滑动轴承组件1的运动在运行中产生。为了产生所述电能可以使用至少一个压电元件8，将所述元件以压力预紧。备选或附加于此，所述电能的产生可以利用传感器5本身进行。
传感器5可以设置在滑动轴承组件1的润滑间隙14中或与润滑间隙14静液压地连接，从而利用传感器5可以测量润滑间隙14中的压力，通过压力对传感器的影响可以产生电能。备选或附加于此，可以通过传感器5的运动来产生电能。
在本发明的范围中可能的是：使用构造为压电元件8的传感器5用于在滑动轴承元件2的运行期间借助于润滑间隙14中的润滑剂压力产生电能，以便监控滑动轴承元件2。
本发明、特别是滑动轴承组件1一般可以应用于具有相对于压电元件8或相对于传感器5的时间上和/或方向可变的加速度的机器部件中或上，特别是用于产生电能。
传感器5或压电作用的元件可以用于润滑间隙14中的直至10000bar的压力。
利用压电元件8或传感器5可以得到1mW至1W之间的并且更多的功率。
此外有利的是：用于压电元件8或传感器5的所需要的结构空间相对小，例如可以是1cm3至15cm3之间。
滑动轴承组件1特别是可以在直至200℃的温度范围中使用。
要提到：压电元件8为了与用于产生电能的传感器5有所区别优选不具有与润滑间隙14或者说与润滑剂的连接。
所述实施例示出滑动轴承组件1的可能的实施变型方案，在这里要提到：各个实施变型方案彼此的组合也是可能的。
最后按规定要指出：为了较好地理解构造，滑动轴承组件1或其组成部分不强制按比例示出。
附图标记列表
1 滑动轴承组件
2 滑动轴承元件
3 轴承容纳部
4 轴
5 传感器
6 数据传输装置
7 能量产生装置
8 压电元件
9 压梁
10 螺钉
11 调节螺钉
12 质量
13 层
14 润滑间隙
15 管路
16 滑动层
17 支撑层
18 管路
19 连杆
20 连杆体
21 连杆孔
22 轴承盖
23 孔
24 滑动轴承元件容纳面
25 表面。
Claims (8)
1.滑动轴承组件(1)，所述滑动轴承组件包括至少一个滑动轴承元件(2)，所述滑动轴承元件设置在轴承容纳部(3)中，所述轴承容纳部(3)是轴承结构的部分，并且所述轴承结构具有至少一个传感器(5)，所述传感器与数据传输装置(6)连接，以便数据传输到数据的接收器上，并且所述滑动轴承组件具有能量产生装置(7)，所述能量产生装置用于给所述传感器(5)和/或所述数据传输装置(6)自给自足地供以电能，所述能量产生装置(7)具有至少一个压电元件(8)，并且所述能量产生装置(7)是所述传感器(5)，其特征在于，所述压电元件(8)能以所述滑动轴承元件(2)与轴(4)或所述轴承容纳部(3)之间的润滑间隙(14)中的润滑剂压力被加载，为此所述传感器(5)作为所述滑动轴承元件(2)的滑动层(16)的部分设置在所述滑动轴承组件(1)的润滑间隙(14)中或与所述润滑间隙(14)静液压地连接。
2.按照权利要求1所述的滑动轴承组件(1)，其特征在于，所述数据传输是无线数据传输。
3.按照权利要求1所述的滑动轴承组件(1)，其特征在于，所述压电元件(8)与激振质量(12)连接。
4.按照权利要求1至3中任一项所述的滑动轴承组件(1)，其特征在于，所述压电元件(8)以压力预紧。
5.按照权利要求1至3中任一项所述的滑动轴承组件(1)，其特征在于，所述轴承结构是具有连杆体(20)的连杆(19)，并且所述数据传输装置(6)设置在所述连杆体(20)上或者至少部分地设置在所述连杆体中。
6.用于利用至少一个传感器(5)监控滑动轴承组件(1)的滑动轴承容纳部中的滑动轴承元件(2)的方法，利用所述传感器(5)检测测量值并且将该测量值发送到数据传输装置(6)上，以便数据传输到数据的接收器上，并且通过所述滑动轴承元件(2)或所述滑动轴承组件(1)的运动来产生用于所述传感器(5)和/或所述数据传输装置(6)的电能，为了产生所述电能而使用至少一个压电元件(8)，将所述压电元件(8)实施为传感器(5)，从而所述电能的产生利用所述传感器(5)进行，其特征在于，将所述传感器(5)作为所述滑动轴承元件(2)的滑动层(16)的部分设置在所述滑动轴承组件(1)的润滑间隙(14)中或与所述润滑间隙(14)静液压地连接，并且利用所述传感器(5)测量所述润滑间隙(14)中的压力。
7.按照权利要求6所述的方法，其特征在于，所述数据传输是无线数据传输。
8.按照权利要求6或7所述的方法，其特征在于，将所述压电元件(8)以压力预紧。
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