CN116324194A - 具有传感器和遥测设备的轴承元件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轴承元件(5)，包括一个轴承元件体(6)和一个用于测量该轴承元件(5)的至少一个运行参数的传感器(8)以及一个遥测设备(9)，其中轴承元件体(6)与遥测设备(9)连接，其中该遥测设备(9)与传感器(8)连接。

Description

具有传感器和遥测设备的轴承元件

技术领域

本发明涉及一种轴承元件，包括一个轴承元件体、一个用于测量该轴承元件的至少一个运行参数的传感器以及一个遥测设备。

另外，本发明还涉及一种轴承系统，其包括一个轴承座和至少一个布置在该轴承座中的轴承元件。

背景技术

近年来，基于传感器的滑动轴承监测变得越来越重要。除了(例如基于轴承座的温度升高)间接测量滑动轴承参数之外，将传感器布置在润滑间隙中或者紧靠该润滑间隙的地方越来越成为开发的重心。在此，不仅传感系统的环境条件是难题，滑动轴承本身的机械特性(诸如旋转构件的存在)也是难题。例如可以参阅AT 408 900B，由其已知一种设备，该设备用于监测一个具有夹紧在支撑体中的轴瓦的滑动轴承，该设备具有至少一个布置在轴瓦区域中的、用于与温度相关的测量信号的探测器和一个用于测量信号的分析评估电路。

在这方面，为了改善这种滑动轴承系统的紧凑性，由AT 521 598A4已知在一个径向滑动轴承元件端面上构造有一个凹槽，一个遥测设备布置在该凹槽中，或者所述遥测设备布置在轴承座上或者至少部分布置在轴承座中。

发明内容

本发明的目的是进一步改善这种类型的设有传感器的轴承元件。

本发明的这个目的在开头所述的轴承元件中通过如下方式得以实现，即所述轴承元件体与遥测设备连接，该遥测设备与传感器连接。

此外，本发明的目的还通过开头所述的具有本发明的轴承元件的轴承系统得以实现。

相应的优点在此是，通过轴承元件体与遥测设备的连接，可以提供一个总系统，其具有已经处于集成状态中的用于监测轴承的主要部件，因此在轴承元件的用户方面只需要最小程度的适配或者少量的装配作业。另外，这个系统在出厂前可以由制造商进行测试，并且这个经测试的系统在出厂时依然保持这个经测试的配置。

根据本发明的一个变型实施方案，可以规定，所述遥测设备通过一个连接元件与轴承元件体连接。因此，在制造连接时能够更容易地考虑轴承元件中和遥测设备中的不同材料。

在此，根据本发明的另一个变型实施方案，可以规定，所述连接元件构造为条状的或者弓形的。通过这样的构造，遥测设备可以布置在离轴承的旋转部件、如特别是轴的更远处。这使得更好地保护遥测设备的构件或者允许从遥测设备到接收器的数据传输更简单、更不受干扰。

为了更好地固定遥测设备，根据本发明的另一个变型实施方案，在此可以规定，所述弓形的连接元件构造为具有两个支脚的u形，其中两个支脚与轴承元件体连接。因此，也可以实现将轴承元件通过如下方式更好地固定在轴承座中，即该轴承座穿过由弓形的连接元件和轴承元件体构成的贯穿部延伸并且特别是抵靠在连接元件上。

根据本发明的另一个变型实施方案，可以规定，所述传感器通过电导体与遥测设备连接。因此能够使从传感器到遥测设备的测量值传输–与非接触式传输相比-更抗干扰。

在此，本发明的另一个变型实施方案是有利的，其规定，所述电导体布置在连接元件上，因为以此能够进一步提高用于安装到轴承中的轴承元件的预制程度。

根据本发明的另一个变型实施方案，也可以规定，在整个系统中附加地设置一个供电设备，该供电设备与遥测设备和传感器导电连接，由此可以提高测量系统的自给自足性。

在此，根据一个变型实施方案可以规定，供电设备与传感器的导电连接通过另外的电导体构成，其中该另外的电导体布置在连接元件上，由此能够进一步提高用于安装到轴承中的轴承元件的预制程度。

为了进一步提高这个根据本发明的轴承元件的功能性，根据另一个变型实施方案可以规定，所述连接元件构成止推滑动轴承，使得轴承元件除了径向轴承功能之外还能够实现轴向轴承功能。

根据一个变型实施方案，如果所述连接元件为了构成止推滑动轴承而涂覆有滑动轴承材料的话，可以是有利的，因为以此一方面可以简化连接元件与轴承元件体的连接。然而，同时以此也可以改善轴向轴承功能。换句话说，以此在连接元件的材料选择方面不需要折衷，使得所述连接元件除了更好的结构强度之外还具有改善的滑动性能。

在本发明的优选的变型实施方案中，所述轴承元件体构造为滑动轴承元件，因为以此能够更加容易地进行测量值采集。

根据本发明的另一个变型实施方案，可以规定，所述轴承元件体具有凹部，并且传感器布置在该凹部中，由此传感器可以更好地得到保护，免受轴承的旋转部件的影响。

根据本发明的另一个变型实施方案，可以规定，所述轴承座构造为连杆，因为与其它的轴承座相比，具有遥测设备的轴承元件能够更容易地布置在所述连杆上。

根据本发明的另一个变型实施方案，可以规定，所述轴承座具有凹槽，轴承元件的连接元件被至少部分接纳在该凹槽中。通过这个凹槽可以事先给定轴承元件的安装位置，从而可以避免轴承元件安装过程中的定位错误。

附图说明

为了更好地理解本发明，借助接下来的附图详细阐述本发明。

分别在简化的示意图中示出：

图1是轴承系统的一个变型实施方案的前视图；

图2是轴承元件的一个变型实施方案的前视图；

图3是图2所示的轴承元件沿图2中的剖切线II-II剖开的侧视图。

具体实施方式

作为引言首先要说明的是：在不同描述的各实施方式中，为相同的部件配置了相同的附图标记或者相同的部件名称，其中在说明书全文中所包含的公开内容都可以类似地转用到配有相同附图标记或者相同部件名称的相同的部件上。再者，在说明书中所选择的位置说明，诸如上、下、侧面/侧向等等，都是相对于直接描述以及示出的附图而言的，并且当位置变化时，这些位置说明可类似地转移至新的位置。

在图1中示出了一个轴承系统1。优选该轴承系统1构造为连杆2，该连杆具有一个连杆大孔3和一个连杆小孔3。然而需要指出的是，所述轴承系统1也可以设计为不同的。例如，所述轴承系统1可以构造为轴承盖、轴承支架、轴承支座、齿轮等等。

所述轴承系统1包括至少一个具有轴承元件体6的轴承元件5。在本发明的优选的变型实施方案中，所述轴承元件体6构造为滑动轴承元件。然而，原则上所述轴承元件5也可以是滚动轴承元件。

需要指出的是，在存在多个轴颈的情况中，即例如在图1示出的连杆2中的连杆大孔和连杆小孔3、4，同样可能的是，每个轴颈的至少一个轴承元件5或者轴承元件5中的多个或者所有轴承元件5可以构造为相同的。但是，总的来说，根据本发明也可以只构造有一个轴承元件5，也就是例如在图1中设置在连杆大孔3中的轴承元件5。

在图1示出的实施例中，示出了两个具有所谓的半壳形状的滑动轴承元件。然而，也存在滑动轴承元件构造为滑动轴承衬套的可能性。此外，配备有滑动轴承元件的滑动轴承可以具有不同的分割，使得在滑动轴承中构建例如三个或者四个或者多于四个滑动轴承元件。在很大的滑动轴承中，例如在风能设备中使用的滑动轴承，滑动轴承元件例如也可以构造为滑动轴承垫，其中在这些情况中，在滑动轴承中可以具有比四个多得多的滑动轴承元件，例如多达40个滑动轴承元件。这些滑动轴承元件中的一个或者多个可以根据本发明构成。

所述至少一个滑动轴承元件布置在轴承座7中，例如通过过盈配合。轴承座7在图1示出的本发明的变型实施方案中通过连杆2构成，特别是通过连杆大孔3构成。

在图2和3中示出了一个轴承元件5，如其例如嵌入连杆2的连杆大孔3中那样。所述至少一个轴承元件5包括至少一个传感器8，如可从图2和3中更好地看出的那样。也可以在轴承元件5中设置多个传感器8。

所述传感器8用于检测轴承元件5的至少一个物理量。例如，所述传感器8可以是温度传感器、压力传感器、应变传感器等等。借助于所述至少一个传感器8可以检测运行中的轴承元件5的参数。根据这个参数例如可以推断出所述至少一个轴承元件5的状况，因为例如在温度异常升高时可以推断出轴承元件5的滑动面磨损或者轴承元件5发生故障。因此，可以利用所述传感器检测对于轴承元件5的运行来说重要的参数。

此外，轴承元件5具有一个遥测设备9，利用该遥测设备9可以将传感器8的测量值或者检测到的数据传输给一个与轴承元件5在空间上分开的接收器。为此，遥测设备9与所述至少一个传感器8连接。所述遥测设备9可以要么只收集和转发测量值，要么也分析评估测量值并转发从分析评估中获得的数据。

为了处理所检测到的参数、即相关的数据，所述遥测设备9可以具有一个与轴承元件体6间隔开设置的数据处理元件。然而，该数据处理元件也可以是一个不属于轴承元件5的外部分析评估装置的组成部分。为了向这个至少外部的数据处理元件传输数据，所述遥测设备9可以具有数据传输装置，该数据传输装置从所述至少一个传感器8接收数据并转发给作为数据接收器的所述至少一个数据处理元件，特别是以无线的方式转发。为了无线数据传输，可以使用已知的协议。例如可以通过蓝牙、WLAN(无线局域网)、LoWPAN(低功耗无线个人区域网络)、ZigBee ANT/ANT等进行无线数据传输。

因为轴承元件5内的数据收集和向外部位置的无线传输的这种系统本身在与滑动轴承相关的现有技术中是已知的，所以为了避免重复，关于进一步的细节请参阅该现有技术。

规定所述遥测设备9与轴承元件体6连接。该连接设计为固定的，即设计为固定连接。为此，连接可以设计为材料锁合的和/或摩擦锁合的。可选地，连接也可以附加地构造为形锁合的。优选连接构造为不可分开的，即该连接不能在非破坏的情况下分开。然而，一个可分开的连接也是可能的，例如通过螺栓的连接。

为了连接，所述遥测设备9可以直接与轴承元件体6连接、例如材料锁合地连接，例如粘接在轴承元件体上或者与轴承元件体焊接在一起。

然而，根据本发明的一个优选的变型实施方案，所述遥测设备9并不与轴承元件体6直接连接，而是经由一个连接元件10。该连接元件10一方面与轴承元件体6连接，另一方面与遥测设备9连接。该连接可以分别通过材料锁合的方式实现，例如通过将连接设备10熔焊或者钎焊或者粘接在轴承元件体6上。为此，例如可以在连接元件10与轴承元件体6之间形成焊缝11、例如角焊缝。同样，所述遥测设备9可以与连接元件10材料锁合地连接，例如熔焊、钎焊或者粘合。

通过使用连接元件10，可以实现将所述遥测设备9与轴承元件体6间隔开布置。

所述连接元件10例如可以是管形的，或者是具有u或c形横截面的型材。总的来说，任何合适的形状都可以用于这样的连接元件10。然而，根据轴承元件5的一个变型实施方案可以规定，连接元件构造为条状的或者弓形的。这样，图3以实线示出了一个由扁平型材构成的条状连接元件10。

所述连接元件10优选由一种金属材料制成。然而，连接元件也可以由塑料制成或者同样可以使用复合材料。

根据另一个变型实施方案可以规定，所述弓形的连接元件10构造为具有两个支脚12、13和一个在这两个支脚之间布置的基部14的u形，其中两个支脚12、13与轴承元件体6连接，特别是在支脚的端部区域与轴承元件体连接，如这一点在图3中部分通过虚线示出的那样。利用连接元件10的这个变型实施方案，可以通过一个由支脚12、13和基部14限定的凹部15，(例如连杆2的)轴承座7的一部分可以被接纳在该凹部中，例如从连杆大孔3到连杆2的连杆柄16的过渡处的一个区域，如从图1中可以看出的那样。

支脚12、13和基部14或者连接元件10例如可以构造为矩形的。支脚12、13也可以具有其它的形状、例如梯形形状，如可以从图1中看出的那样，其中连接元件10或者支脚12、13向着连杆大孔3的方向逐渐收缩。但是，其它的形状也是可能的。例如，基部14可以构造有一个底切，以便额外地实现一个形锁合连接。

根据轴承系统1的一个变型实施方案，可以规定，所述轴承座7具有一个凹槽17，轴承元件5的连接元件10至少部分被接纳在该凹槽中。该凹槽17例如可以构造为如可在图1中看出的那样槽形的。在此，槽形的凹槽17可以至少近似沿径向延伸。

所述凹槽17可以沿轴承元件5的圆周方向具有一个宽度，该宽度大于被接纳在其内的连接元件10的宽度，或者该宽度如此之大，使得在凹槽17与连接元件10之间形成一个形锁合连接。通过所述凹槽17可以确定或者事先给定轴承元件5相对于轴承座7的正确位置。

所述至少一个传感器8与遥测设备9之间的连接可以通过电导体18而构造成有线连接。原则上，为此可以使用金属丝。可以将这些金属丝布置在连接元件10上，特别是与连接元件连接。但是，电导体18也可以通过构造在连接元件10上的印制导线构成。这些印制导线可以用保护层、例如保护漆覆盖。

根据本发明的另一个变型实施方案可以规定，轴承系统1和/或轴承元件5具有一个发电装置19(图2)。借助于这个发电装置19可以自给自足地为所述至少一个传感器8和/或遥测设备9的数据传输装置和/或数据处理装置供电，因此为此不需要轴承系统1与外界的有线连接。

所述至少一个发电装置19(在轴承系统1中也可以布置一个以上的发电装置19)可以布置在所述至少一个轴承元件5中或者上，或者轴承座7中或者上，或者遥测设备9中，例如布置在凹部中。

所述发电装置19可以具有至少一个压电元件。根据所需的能量，也可以设置一个以上的压电元件，例如以压电元件包的形式。

仅为了完整起见，需指出的是，由于压电元件的工作原理在文献中已有详细说明，并且专业技术人员也是熟知的，所以不再对其进行赘述。

所述至少一个压电元件可以在一个压力下被预紧。

所述至少一个压电元件例如可以由锆钛酸铝(PZT)或者钛酸钡制成。然而，也可以使用其它的压电材料。

作为上述具有在压力预紧的压电元件的实施方式以外的备选方案或者作为附加方案，可以规定，发电装置19就是传感器8本身。为此所述传感器8在这个情况中尤其是压力传感器、优选指示传感器或者说气缸压力指示传感器，可以通过一个管路与构造为滑动轴承系统的轴承系统1的润滑间隙静液压连接。通过所述管路可以为传感器5加载润滑间隙压力，从而能够以此测量润滑间隙中的润滑剂压力。

在这个情况中，所述传感器8可以是压电活性式或者压电式元件，利用该元件也可以产生电能，可选地不仅通过相对于传感器8的时间可变和/或方向可变的加速来产生电能，而且可选地还基于交变压力加载来产生电能。

作为此外的备选方案或者补充方案，可以规定，将传感器8布置在滑动轴承系统的润滑间隙14中，例如作为滑动轴承元件的滑动层的部分。以此，如在滑动轴承系统的上述变型实施方案中一样，所述传感器8也可以利用通向润滑间隙的管路被加载滑动轴承系统的润滑间隙中的润滑剂压力。

所述传感器8可以布置在轴承元件体6中的一个凹部内。也可以规定，所述传感器8埋入轴承元件5(例如滑动轴承元件)的径向最内层中或者布置在该层上，例如该层中的一个凹槽内。

所述发电装置19可以通过电线(例如电缆)与遥测设备9导电连接。在此也可能的是，电线布置在连接元件10上。此外，这些电线也可以设计为印制导线。

为了完整起见，需要说明的是，在轴承元件5构造为滑动轴承元件的情况中，这个滑动轴承元件是一个所谓的多层滑动轴承并且具有至少一个滑动层(需支承的构件、例如轴支撑在该滑动层上或者在该滑动层上滑动)和一个支撑层。在这些层之间可以设置另外的层，诸如轴承合金层和/或粘结层和/或防扩散层，等等。所述各层可以由现有技术中为此已知的材料构成。

也可以规定，所述传感器8布置在一个设置在滑动层下方的层中，并且通过一个电绝缘层与滑动层分离。

利用所述轴承系统1，可以利用至少一个传感器8监测该轴承系统1的轴承座7中的轴承元件5，其中利用所述传感器8检测测量值，并将这个测量值转发给遥测设备9的数据传输装置，以便(特别是以无线的方式)将数据传输给数据接收器，并且在运行中通过轴承元件5或者轴承系统1的运动产生用于传感器9和/或数据传输装置的电能。

利用本发明可以提供一种轴承元件5、特别是一种滑动轴承元件，该轴承元件构成一个独立的系统单元，用于测量轴承元件5上/中的物理量，如压力、温度、应变。整个系统(所述至少一个传感器8、电线(导体18)、遥测设备9、可选的发电装置19)与轴承元件体6牢固连接或者该整个系统与轴承元件体和可选的另外的部件(诸如销轴、连杆)共同构成一个功能单元。

仅为了完整起见，需要说明的是，遥测设备9的各个构件(诸如数据传输装置、发电装置、微处理器、模拟数字转换器等)可以单独地布置在连接元件10上。可选地，可以将它们组合成组件。为了更好地保护，至少遥测设备9的各个构件可以布置在一个壳体中，其中在这个情况中可以规定，所述连接元件10构成壳体的一部分。壳体可以具有符合这个目的的形状。

根据轴承元件5的另一个变型实施方案可以规定，连接元件10构成一个止推滑动轴承。为此，所述连接元件10本身可以由一种用于滑动轴承的滑动层的已知材料构成。然而，根据另一个变型实施方案，同样可能的是，所述连接元件10为了构成止推滑动轴承具有由一种滑动轴承材料、例如润滑漆构成的涂层21。可选地，在这个情况中，滑动轴承元件的滑动层也可以与所述涂层21构成为一体的。

所述实施例示出或者说明了轴承元件5或者轴承系统1的可能的变型实施方案，其中在此需指出的是，各个变型实施方案相互间的组合也是可能的。

最后按规定需要指出：为了更好地理解结构，轴承元件5或者轴承系统1并不是强制性地按比例示出的。

附图标记列表

1 轴承系统

2 连杆

3 连杆孔

4 连杆孔

5 轴承元件

6 轴承元件体

7 轴承座

8 传感器

9 遥测设备

10 连接元件

11 焊缝

12 支脚

13 支脚

14 基部

15 凹部

16 连杆柄

17 凹槽

18 导体

19 发电装置

20 凹部

21 涂层

Claims (15)

1.一种轴承元件(5)，该轴承元件包括轴承元件体(6)和用于测量该轴承元件(5)的至少一个运行参数的传感器(8)以及遥测设备(9)，其特征在于：轴承元件体(6)与遥测设备(9)连接，其中该遥测设备(9)与传感器(8)连接。

2.根据权利要求1所述的轴承元件(5)，其特征在于：所述遥测设备(9)通过连接元件(10)与轴承元件体(6)连接。

3.根据权利要求2所述的轴承元件(5)，其特征在于：所述连接元件(10)构造为条状的或者弓形的。

4.根据权利要求3所述的轴承元件(5)，其特征在于：弓形的连接元件(10)构造为具有两个支脚(12，13)的u形，其中两个支脚(12，13)与轴承元件体(6)连接。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的轴承元件(5)，其特征在于：所述传感器(8)通过电导体(18)与遥测设备(9)连接。

6.根据权利要求5所述的轴承元件(5)，其特征在于：所述电导体(18)布置在连接元件(10)上。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的轴承元件(5)，其特征在于：附加地设置供电设备(19)，该供电设备与遥测设备(9)和传感器(8)导电连接。

8.根据权利要求7所述的轴承元件(5)，其特征在于：供电设备(19)与传感器(8)的导电连接通过另外的电导体构成，其中该另外的电导体布置在连接元件(10)上。

9.根据权利要求2至8中任一项所述的轴承元件(5)，其特征在于：所述连接元件(10)构成止推滑动轴承。

10.根据权利要求9所述的轴承元件(5)，其特征在于：所述连接元件(10)为了构成止推滑动轴承而涂覆有滑动轴承材料。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的轴承元件(5)，其特征在于：所述轴承元件体(6)构造为滑动轴承元件。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的轴承元件(5)，其特征在于：所述轴承元件体(6)具有凹部(20)，并且传感器(8)布置在该凹部(20)中。

13.一种轴承系统(1)，其包括轴承座(7)、至少一个布置在该轴承座(7)中的轴承元件(5)，其特征在于：所述轴承元件(5)根据权利要求1至12中任一项所述构成。

14.根据权利要求13所述的轴承系统(1)，其特征在于：所述轴承座(7)构造为连杆(2)。

15.根据权利要求13或14所述的轴承系统(1)，其特征在于：所述轴承座(7)具有凹槽(17)，轴承元件(5)的连接元件(10)被至少部分接纳在该凹槽中。

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