DE102004054201A1 - Ball bearing has peripheral grooves in outer faces of outer ring, in which sensors, e.g. temperature or rpm sensors, are mounted - Google Patents

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Abstract

The ball bearing has peripheral grooves (5, 6) in the outer faces of the outer ring (2). Sensors (8, 9), e.g. temperature or rpm sensors, are mounted in these.

Description

Gebiet der ErfindungTerritory of invention

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager mit integrierter Sensorik, bei dem zwischen einem feststehenden Lagerring und einem drehbaren Lagerring in einem Käfig geführte Wälzkörper angeordnet sind, und bei dem in wenigstens einer Fläche der Lagerringe wenigstens eine Vertiefung zur Aufnahme von Sensoren ausgebildet ist.The The invention relates to a rolling bearing with integrated sensors, in which between a fixed Bearing ring and a rotatable bearing ring arranged in a cage rolling elements and at least in at least one surface of the bearing rings a recess for receiving sensors is formed.

Hintergrund der Erfindungbackground the invention

Aus der Literatur sind Mess- oder Sensorlager in den verschiedensten Ausführungsformen bekannt. Üblicherweise sind diese Mess- oder Sensorlager als Wälzlager aufgebaut, die über einen feststehenden und einen drehbaren Lagerring verfügen, zwischen denen Wälzkörper angeordnet sind. Die Messmittel dieser Lager bestehen durchweg aus Dehnungsmessstreifen mit Widerstandsvollbrückenschaltungen, Temperatursensoren, sogenannten SAW- und BAW- Senoren (SAW = surface-acoustic-waves bzw. BAW = bulk-acoustic-waves) sowie Drehzahlsensoren im Form von einfachen Impulsgebern. Mit diesen Sensoren sind beispielsweise Kräfte, Drehzahlen, Drehgeschwindigkeiten und Temperaturen messbar. Sofern diese Sensoren an dem drehbaren Lagerring angeordnet sind, werden deren Messsignale direkt, oder aufbereitet durch einen am Lagerring angeordneten Mikrocomputer, über eine Sendevorrichtung aus dem drehenden System an ein ortsfestes System, beispielsweise an eine Auswerte- und Steuerungsvorrichtung, gesendet.Out Literature are measuring or sensor bearings in the most diverse embodiments known. Usually These measuring or sensor bearings are constructed as rolling bearings, which have a fixed and have a rotatable bearing ring, between which arranged rolling elements are. The measuring means of these bearings consist entirely of strain gauges with resistance complete bridge circuits, Temperature sensors, so-called SAW and BAW senors (SAW = surface-acoustic-waves or BAW = bulk acoustic waves) and speed sensors in the form of simple encoders. For example, with these sensors forces Speeds, rotational speeds and temperatures measurable. Provided these sensors are arranged on the rotatable bearing ring are their measuring signals directly, or processed by one on the bearing ring arranged microcomputer, via a transmitting device from the rotating system to a stationary System, for example to an evaluation and control device, Posted.

Die genannten Sensoren werden üblicherweise in Vertiefungen bzw. Nuten in der Zylindermantelfläche eines der beiden Lagerringe derartig angeordnet, dass deren Befestigungsorte von den Wälzkörpern im Lagerbetrieb überrollbar sind. Bei diesem Vorbeirollen der kraftbelasteten Wälzkörper wirkt die von den jeweiligen Wälzkörpern auf den anderen Lagerring übertragene Kraft derart auf die Sensoren, dass charakteristische und sich periodische wiederholende Messsignalverläufe entstehen, durch deren Auswertung die oben genannten physikalischen Größen ermittelbar sind.The mentioned sensors are usually in recesses or grooves in the cylinder surface of a the two bearing rings arranged such that their mounting locations from the rolling elements in the Storage operation can be rolled over are. In this Vorbeirollen the force-loaded rolling elements acts that of the respective rolling elements transferred the other bearing ring Force such on the sensors that characteristic and periodic repetitive measuring signal curves arise, by their evaluation, the above-mentioned physical Sizes can be determined are.

Ein solches Sensorlager ist beispielsweise aus der DE 100 17 572 A1 bekannt, bei dem im Lageraußenring oder im Lagerinnenring in deren Zylindermantelflächen ringförmige Nuten ausgebildet sind, die zur beschriebenen Aufnahme von SAW- bzw. BAW-Sensoren dienen. Zudem sind Nuten an den stirnseitigen Flächen des jeweiligen Lagerringes ausgebildet, die zur Aufnahme einer Sendeantenne für den oder die SAW- bzw. BAW-Sensoren vorgesehen sind.Such a sensor bearing is for example from the DE 100 17 572 A1 in which in the bearing outer ring or in the bearing inner ring in the cylinder jacket surfaces annular grooves are formed, which serve for the described recording of SAW or BAW sensors. In addition, grooves are formed on the end faces of the respective bearing ring, which are provided for receiving a transmitting antenna for the or the SAW or BAW sensors.

Die übliche Anordnung der genannten Sensoren im Bereich der gekrümmten Zylindermantelflächen der Lagerringe ist vergleichsweise montage- und kostenaufwendig. Insbesondere das Aufbringen von dehnungsempfindlichen Widerstandsmessbrücken in Form von Dehnungsmessstreifen in die insbesondere bei kleinen Lagern schmalen Vertiefungen ist nicht unproblematisch. Die Nutzung der sogenannten Dünnschichttechnologie, bei der die Sensoren direkt durch das Aufbringen von dünnen Schichten auf den Nutboden der Lagerringvertiefung erzeugt werden, ist insbesondere bei gekrümmten Oberflächen technologisch aufwendig und damit ebenfalls mit vergleichsweise hohen Kosten verbunden. Schließlich ist als weiterer Nachteil bekannter Sensorlager mit drahtloser Messsignalübertragung anzuführen, dass bei diesen die Sensoren wie oben beschrieben in einer Nut in einer Zylindermantelfläche angeordnet sind und die Sendeantenne an eine Lagerstirnseite geführt werden muss, welches mit erhöhten Herstellkosten an dem betroffenen Lagerring verbunden ist.The usual arrangement the said sensors in the region of the curved cylinder jacket surfaces of the Bearing rings is relatively easy to install and expensive. Especially the application of strain-sensitive resistance bridges in Form of strain gauges in the particular small bearings narrow depressions is not without problems. The use of so-called thin-film technology, when the sensors directly by the application of thin layers are generated on the groove bottom of the bearing ring recess, in particular technologically in curved surfaces consuming and therefore also associated with relatively high costs. After all is to be cited as a further disadvantage of known sensor bearings with wireless measurement signal transmission, that in these the sensors as described above in a groove in one Cylinder surface are arranged and the transmitting antenna are guided to a bearing end face which has to be increased with Manufacturing costs associated with the affected bearing ring.

Aufgabe der ErfindungTask of invention

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Sensorlager derartig weiterzubilden, dass dieses kostengünstiger als bekannte Sensorlager herstellbar ist. Zudem soll der Aufbau dieses Sensorlagers eine leichtere Zugänglichkeit zu seinen Sensoren, zu dortigen Signalbearbeitungseinrichtungen sowie kurze Signalwege zu einer gegebenenfalls vorhandenen Sendeantenne ermöglichen.In front In this background, the invention is based on the object generic sensor bearing further develop such that this cheaper than known sensor bearings can be produced. In addition, the structure of this sensor bearing is a lighter accessibility to its sensors, to signal processing devices there as well as short signal paths to an optionally present transmitting antenna enable.

Zusammenfassung der ErfindungSummary the invention

Die gestellte Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 durch ein Wälzlager mit integrierter Sensorik gelöst, bei dem zwischen einem feststehenden Lagerring und einem drehbaren Lagerring in einem Käfig geführte Wälzkörper angeordnet sind, und bei dem in wenigstens einer Fläche der Lagerringe wenigstens eine Vertiefung zur Aufnahme von Sensoren ausgebildet ist. Dabei ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Vertiefung in wenigstens einer Stirnseite eines Lagerringes ausgebildet ist.The Asked task is according to the characteristics of claim 1 by a rolling bearing solved with integrated sensors, in which between a fixed bearing ring and a rotatable Bearing ring in a cage guided Arranged rolling elements and at least in at least one surface of the bearing rings a recess for receiving sensors is formed. there it is provided that the at least one recess in at least an end face of a bearing ring is formed.

Durch diesen von der bisher üblichen Bauweise abweichenden Aufbau des Sensorlagers lassen sich die Sensoren leicht zugänglich, einfach und damit kostensparend in einer Vertiefung an wenigstens einer der beiden planen Stirn seiten eines Lagerrings anbringen. Diese planen Stirnseitenoberflächen bzw. der plane und nicht zylindermantelflächenförmig gebogene Boden der Vertiefungen eignen sich sehr vorteilhaft zur Aufnahme von Sensoren, die dort im sogenannten Dünnschichtverfahren aufgebaut bzw. aufgetragen werden. Auch das Befestigen von bekanntermaßen dünnen und fragilen Dehnungsmessstreifen wird durch den genannten Anbringungsort wesentlich erleichtert. Zudem kann vorteilhaft auf gesonderte oder vergleichsweise lange Verbindungsleitungen zu einer Sendeantenne sowie diesbezügliche Aufnahmenuten in dem Lagerring verzichtet werden.By this deviating from the usual design construction of the sensor bearing, the sensors can be easily accessible, easy and thus cost-saving in a recess on at least one of the two plan end sides of a bearing ring attach. This plan front side surfaces and the plane and not cylindrical surface curved bottom of the wells are very suitable advantageous for receiving sensors, which are constructed there or applied in the so-called thin-film process. Also, the attachment of known thin and fragile strain gauges is significantly facilitated by said mounting location. In addition, can advantageously be dispensed with separate or relatively long connecting lines to a transmitting antenna and related grooves in the bearing ring.

Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen oder Ausgestaltungen der Erfindung.The under claims describe preferred developments or refinements of Invention.

Demnach ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Vertiefung an einer Stirnseite des feststehenden Lagerringes ausgebildet ist. Durch diesen Aufbau werden kostenaufwendige drahtlose Signalübertragungsmittel zur Übertragung der Signale der Sensoren an stationäre Auswerte- und Anzeigeeinrichtungen vermieden.Therefore it is provided that the at least one recess on an end face is formed of the fixed bearing ring. Through this structure become costly wireless signal transmission means for transmission the signals of the sensors to stationary evaluation and display devices avoided.

Ein Wälzlager gemäß der Erfindung ist auch dadurch gekennzeichnet, dass in die wenigstens eine Vertiefung als dehnungsempfindliche Widerstandsmessbrücken ausgebildete Kraftsensoren angeordnet sind. Mit deren Hilfe lassen sich in an sich bekannter Weise die auf das Wälzlager wirkenden Kräfte, Drehzahlen und Drehrichtungen des drehbaren Lagerringes ermitteln.One roller bearing according to the invention is also characterized in that in the at least one recess Force sensors designed as strain-sensitive resistance measuring bridges are arranged. With their help can be in per se known Way to the rolling bearing acting forces, Determine the speeds and directions of rotation of the rotatable bearing ring.

Da zur Erkennung von plötzlich auftretenden Lagerschäden eine kontinuierliche Messung der Lagerkräfte üblicherweise nicht ausreicht, ist gemäß einer anderen Variante der Erfindung vorgesehen, dass zusätzlich zu den Widerstandsmessbrücken zumindest ein Temperatursensor und/oder zumindest ein Körperschallsensor in der wenigstens einen Vertiefung angeordnet ist. Die Messsignale dieser Sensoren ergänzen sich und liefern so ein umfassendes Abbild der aktuellen Lagerbelastungen und des Lagerzustandes. Zudem kann mit Hilfe der Messwerte des Temperatursensors eine gegebenenfalls zu verzeichnende Temperaturdrift der anderen Sensortypen erfasst und korrigiert werden.There for the detection of sudden occurring bearing damage a continuous measurement of the bearing forces is usually insufficient, is according to one another variant of the invention provides that in addition to the resistance bridges at least one temperature sensor and / or at least one structure-borne sound sensor is arranged in the at least one recess. The measuring signals complement these sensors and thus provide a comprehensive picture of the current bearing loads and the storage condition. In addition, with the help of the measured values of the temperature sensor an optionally recorded temperature drift of the other Sensor types are recorded and corrected.

Hinsichtlich der exakten Messung der auf das Wälzlager einwirkenden Kräfte beziehungsweise der wirksamen Kraftkomponente aller dieser Kräfte ist bevorzugt vorgesehen, dass die Widerstandsmessbrücken in einer solchen Winkelteilung an der wenigstens einen Stirnfläche des vorzugsweise feststehenden Lagerringes angeordnet sind, welche der Winkelteilung der umlaufenden Wälzkörper in dem Wälzkörperkäfig entspricht. Auf diese Weise ist eine exakte Zuordnung zwischen den überrollten Widerstandsmessbrücken und den jeweiligen Wälzkörpern möglich.Regarding the exact measurement of the forces acting on the rolling bearing forces or the effective force component of all these forces is preferably provided that the resistance bridges in such an angular pitch on the at least one end face of the preferably fixed bearing ring are arranged, which the angle division the revolving rolling element in corresponds to the Wälzkörperkäfig. In this way, an exact assignment between the overrun Resistance bridges and the respective rolling elements possible.

Um die letztlich wirksame Kraftkomponente am Wälzlager möglichst genau messen zu können, sieht die Erfindung vor, dass in der wenigstens einen stirnseitigen Vertiefung mit gleichem umfangsbezogenen Abstand mindestens drei Widerstandsmessbrücken angeordnet sind.Around to be able to measure the ultimate effective force component on the rolling bearing as accurately as possible sees the invention that in the at least one frontal depression arranged with the same circumferential distance at least three resistance bridges are.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann zudem vorgesehen sein, dass die Widerstandsmessbrücken an den beiden Stirnseiten des feststehenden Lagerrings im Stirnseitenvergleich symmetrisch zueinander angeordnet sind. Durch die Verdopplung insbesondere der Kraftsensoren (Widerstandsmessbrücken) an den beiden Stirnseiten eines Wälzlagerringes lässt sich durch Addition der Signale der radial und axial unmittelbar benachbarten Sensoren die nutzbare Signalamplituden verdoppeln und/oder durch Vergleich derer Messsignale deren Relevanz bzw. Genauigkeit überprüfen und/oder die Genauigkeit des Messergebnisses verbessern.In further embodiment of the invention can also be provided that the resistance bridges on the two end faces of the stationary bearing ring in the front side comparison are arranged symmetrically to each other. By doubling in particular the force sensors (resistance bridges) at the two end faces a rolling bearing ring let yourself by adding the signals of the radially and axially immediately adjacent Sensors double the usable signal amplitudes and / or by Comparison of the measurement signals check their relevance or accuracy and / or improve the accuracy of the measurement result.

Bevorzugt ist zudem vorgesehen, dass der wenigstens eine Körperschallsensor und/oder der Temperatursensor umfangsbezogen zwischen zwei Widerstandsmessbrücken angeordnet ist.Prefers is also provided that the at least one structure-borne sound sensor and / or the temperature sensor is arranged circumferentially between two resistance bridges.

Eine andere Variante der Erfindung sieht vor, dass in der wenigstens einen Vertiefung in der Stirnfläche eines Lagerringes elektronische Schaltungen in Form von diskreten Mikrobauteilen oder in Form von einem Mikrocomputer angeordnet und mit den erwähnten Sensoren signaltechnisch verbunden sind. Diese Mikroelektronik dient der Messsignalverstärkung, der Berechnung der Temperaturkompensation, der Linearisierung der Messsignale bzw. der Signalverläufe und/oder der Analog-Digital-Wandlung.A Another variant of the invention provides that in the at least a depression in the face a bearing ring electronic circuits in the form of discrete Microcomponents or arranged in the form of a microcomputer and with the mentioned Sensors are technically connected. This microelectronics serves the measuring signal amplification, the calculation of the temperature compensation, the linearization of the Measuring signals or signal waveforms and / or the analog-to-digital conversion.

Vorzugsweise sind dazu die elektronischen Schaltungen und/oder der Mikrocomputer umfangsbezogen zwischen jeweils zwei Widerstandsmessbrücken angeordnet.Preferably are the electronic circuits and / or the microcomputer arranged circumferentially between two resistance bridges.

Die mehrfach genannten Vertiefungen zur Aufnahme der Sensoren und/oder der elektronischen Schaltungen bzw. des Mikrocomputers können als umlaufende Ringnut oder als eine Reihe von diskreten Vertiefungen in den Lagerstirnseiten ausgebildet sein.The repeatedly mentioned recesses for receiving the sensors and / or the electronic circuits or the microcomputer can be used as a circulating Annular groove or as a series of discrete recesses in the bearing faces be educated.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description the drawings

Die Erfindung wird im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen an bevorzugten Ausführungsformen näher erläutert. Darin zeigtThe The invention will be described below with reference to the accompanying drawings in preferred embodiments explained in more detail. In this shows

1 einen Querschnitt durch ein schematisch dargestelltes Sensorlager gemäß der Erfindung, 1 a cross section through a schematically illustrated sensor bearing according to the invention,

2 eine stark vereinfachte Stirnseitenansicht des Sensorlagers gemäß 1, in der die Umfangsverteilung der Wälzkörper des Lagers sowie der Sensoren ersichtlich ist, 2 a greatly simplified end view of the sensor bearing according to 1 in which the circumferential distribution of the rolling elements of the bearing and of the sensors can be seen,

3 einen Querschnitt durch einen Lageraußenring mit einer stirnseitigen Nut und darin angeordneten Sensoren, sowie 3 a cross section through a bearing outer ring with a frontal groove and arranged therein sensors, and

4 eine Stirnseitenansicht des Sensorlagers, in der die Anordnung der Wälzkörper und der Messwiderstände von Widerstandsmessbrücken erkennbar ist. 4 an end view of the sensor bearing, in which the arrangement of the rolling elements and the measuring resistors of resistance bridges is visible.

Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenFull Description of the drawings

Das beispielhaft dargestellte Sensorlager umfasst demnach einen an einem Bauteil 1 festgelegten Außenring 2 und einen drehbaren Innenring 4, zwischen denen in einem Käfig 17 gehaltene Wälzkörper 3 umfangsverteilt angeordnet sind. Der Innenring 4 trägt eine Welle 7, die zumindest durch ihr Eigengewicht eine Kraft F auf die genannten Wälzlagerbauteile ausübt.The sensor bearing shown by way of example therefore comprises one on a component 1 fixed outer ring 2 and a rotatable inner ring 4 between which in a cage 17 held rolling elements 3 are arranged circumferentially distributed. The inner ring 4 carries a wave 7 at least by its own weight exerts a force F on said rolling bearing components.

Der feststehende Außenring 2 weist an seinen beiden Stirnseiten 16 Vertiefungen 5 und 6 auf, die hier als umlaufende Nuten ausgebildet sind. In diesen Vertiefungen sind Sensoren und gegebenenfalls eine Elektronik zur Verarbeitung der von den Sensoren erzeugten Signale sowie eine Sendeantenne angeordnet. Die Sensoren sind in 1 ganz allgemein mit den Bezugsziffern 8 und 9 bezeichnet. Diese Darstellung verdeutlich besonders gut, dass durch die Anordnung der Vertiefungen 5, 6 an den Lagerringstirnseiten 16 die Sensoren 8, 9 einfach und kostensparend auf den Planflächen dieser Vertiefungen befestigt oder aufgebaut werden können.The fixed outer ring 2 indicates at its two front sides 16 wells 5 and 6 on, which are designed here as circumferential grooves. In these recesses, sensors and optionally an electronics for processing the signals generated by the sensors and a transmitting antenna are arranged. The sensors are in 1 in general with the reference numbers 8th and 9 designated. This illustration illustrates particularly well that by the arrangement of the wells 5 . 6 on the bearing ring end faces 16 the sensors 8th . 9 can be easily mounted and built on the flat surfaces of these wells and cost-saving.

Mit Hilfe dieser Sensoren 8, 9 können vorzugsweise Kräfte, Momente, Temperaturen, Drehzahlen, Drehgeschwindigkeiten und Drehrichtungen gemessen werden, die unter anderem zur Beurteilung der Lebensdauer des Lagers und zur Steuerung und Regelung einer hier nicht dargestellten Maschine dienen, deren Bestandteil die Welle 7 ist.With the help of these sensors 8th . 9 For example, forces, torques, temperatures, rotational speeds, rotational speeds and directions of rotation can be measured, which are used, inter alia, to evaluate the service life of the bearing and to control and regulate a machine, not shown here, whose component is the shaft 7 is.

Wie die 2 und 3 verdeutlichen, sind die beispielsweise in der Vertiefung 5 angeordneten Sensoren 8 und 9 beispielsweise als Widerstandmessbrücken 10 bis 15 ausgebildet, deren Messwiderstände R1, R2, R3 und R4 paarweise radial hintereinander angeordnet sind. Zwischen diesen Widerstandspaaren R1 und R3 bzw. R2 und R4 ist die Messspannung in bekannter Weise abgreifbar. Diese Messspannung weist im Betrieb des Lagers einen sinusförmigen, dreieckförmigen oder daraus überlagerten Signalverlauf auf.As the 2 and 3 clarify, for example, in the depression 5 arranged sensors 8th and 9 for example as resistance bridges 10 to 15 formed, the measuring resistors R1, R2, R3 and R4 are arranged in pairs radially one behind the other. Between these resistance pairs R1 and R3 or R2 and R4, the measuring voltage can be tapped in a known manner. During operation of the bearing, this measuring voltage has a sinusoidal, triangular or superposed signal waveform.

3 zeigt diese radiale Anordnung der Widerstandspaare R1 und R3 bzw. R2 und R4, wobei radial zwischen diesen beiden Widerstandspaaren und/oder in einem umfangsbezogenen Abstand zwischen diesen beiden Widerstandspaaren eine mikroelektronische Auswerteschaltung IC angeordnet ist. Diese Auswerteschaltung kann auch als Mikrocomputer ausgebildet sein, wobei wegen deren größeren Abmessungen wie dargestellt eine Anordnung umfangsbezogen zwischen den jeweiligen Widerstandsmessbrücken bevorzugt wird. 3 shows this radial arrangement of the resistor pairs R1 and R3 or R2 and R4, wherein a microelectronic evaluation circuit IC is arranged radially between these two pairs of resistors and / or in a circumferential distance between these two pairs of resistors. This evaluation circuit can also be designed as a microcomputer, wherein because of their larger dimensions as shown, an arrangement is circumferentially preferred between the respective resistance bridges.

3 zeigt zudem, dass in den Vertiefungen 5, 6 auch Temperatursensoren 18 und die eingangs genannten Körperschallsensoren 19 angeordnet sein können. Die in 3 dargestellte geometrische Anordnung dieser Sensoren 18, 19 ist nur beispielhaft und kann an die vorhandenen Platzverhältnisse und die Messerfordernisse angepasst werden. 3 also shows that in the wells 5 . 6 also temperature sensors 18 and the structure-borne noise sensors mentioned above 19 can be arranged. In the 3 illustrated geometric arrangement of these sensors 18 . 19 is only an example and can be adapted to the available space and the measuring requirements.

Hinsichtlich des Temperatursensors 18 soll hier angemerkt werden, dass durch die Ausbildung der Widerstandsmessbrücken 10 bis 15 als Widerstandsvollbrücken zwar ein temperaturkompensiertes Signal eines jeden solchen Sensors vorliegt. Da jedoch Einbaugegebenheiten für das Wälzlager nicht ausgeschlossen sind, bei denen das das Lager aufnehmende Bauteil 1 selbst eine temperaturabhängige Kraft auf das Lager ausübt, kann eine Temperaturdrift der auf das Lager wirkenden Kraft erwartet werden. Aus diesem Grunde ist zur Erzielung einer höheren Messgenauigkeit ein in das Wälzlager integrierter gesonderter Temperatursensor 18 sinnvoll.With regard to the temperature sensor 18 It should be noted here that through the formation of resistance bridges 10 to 15 Although a temperature-compensated signal of each such sensor is present as resistance full bridges. However, since installation conditions for the rolling bearing are not excluded, in which the bearing receiving component 1 even exerts a temperature-dependent force on the bearing, a temperature drift of the force acting on the bearing can be expected. For this reason, in order to achieve a higher measuring accuracy integrated in the rolling bearing separate temperature sensor 18 meaningful.

Der wenigstens eine zusätzlich in der Vertiefung 5, 6 des Sensorlagers angeordnete Körperschallsensor 19 liefert ein Messsignal, aus dem sich Informatio nen über den Oberflächenzustand der Wälzlagerlaufflächen und der Wälzkörper 3 ableiten lassen. Mit deren Hilfe kann eine Aussage über einen gegebenenfalls bald zu erwartenden Lagerausfall abgeleitet werden.The at least one additional in the recess 5 . 6 The structure-borne sound sensor arranged in the sensor bearing 19 provides a measurement signal that informs nen about the surface condition of the rolling bearing raceways and the rolling elements 3 to derive. With their help, a statement about a possibly expected soon bearing failure can be derived.

Die genannte Sensorik ist vorzugsweise an den Stirnseiten des feststehenden Wälzlagerringes 2 angeordnet, wenngleich auch der drehbare Lagerinnenring 4 in der beschriebenen Weise mit diesen Sensoren und mit den genannten Vorteilen bestückbar ist. Im letzteren Fall ist jedoch eine an sich bekannte Vorrichtung zur drahtlosen Signalübertragung bzw. von gegebenenfalls vorverarbeiteten Sensorsignalen beispielsweise in digitaler Form sinnvoll, die ebenfalls in der Vertiefung 5 und/oder 6 untergebracht ist.Said sensor is preferably on the front sides of the fixed rolling bearing ring 2 arranged, although also the rotatable bearing inner ring 4 in the manner described can be equipped with these sensors and with the advantages mentioned. In the latter case, however, a device known per se for wireless signal transmission or optionally preprocessed sensor signals, for example in digital form, which also in the recess is useful 5 and or 6 is housed.

Wie 2 und 4 verdeutlichen, sind insbesondere die Widerstandsmessbrücken 10 bis 15 in einer stirnseitigen Vertiefung 5, 6 des Sensorlagers derartig angeordnet, dass deren Winkelteilung "a" derjenigen der Wälzkörper 3 in dem Lager entspricht. Dies bedeutet, dass bei still stehendem Wälzlager die Wälzkörper derart zu den Widerstandsmessbrücken 10 bis 15 ausrichtbar sind, dass radial unter jeder Widerstandsmessbrücke 10 bis 15 ein Wälzkörper 3 steht.As 2 and 4 clarify are, in particular, the resistance bridges 10 to 15 in a frontal depression 5 . 6 the sensor bearing arranged such that the angular pitch "a" of those of the rolling elements 3 in the warehouse corresponds. This means that when the rolling bearing is stationary Rolling such to the resistance bridges 10 to 15 alignable that radially under each resistance measuring bridge 10 to 15 a rolling element 3 stands.

Selbstverständlich ist eine solche Anordnung sowohl bei teil- als auch bei vollrolligen Wälzlagern möglich. Weiter kann ein solches Sensorlager wie dargestellt als Rollen- oder Nadellager, oder als Rillen- bzw. Schrägkugellager ausgebildet sein.Of course it is Such an arrangement both in partial and full complement Rolling bearings possible. Further can such a sensor bearing as shown as roller or needle roller bearings, or as grooved or angular ball bearings be educated.

Auf den Umfang mit gleicher Winkelteilung verteilt sind zumindest drei Widerstandsvollbrücken 10, 13 und 14, mit deren Hilfe die auf das Wälzlager wirkende Kraft F' sicher ermittelbar ist. In dem hier gewählten Beispiel beträgt der Winkelabstand zwischen den drei Widerstandsvollbrücken 10, 13 und 14 genau 120º. Dazu werden die von den genannten Widerstandsvollbrücken 10, 13 und 14 gemessenen Kräfte F1, F2 und F3 beispielsweise in der elektronischen Schaltung IC wie hier nur schematisch dargestellt in ihre Kraftkomponenten F1', F2' und F3' zerlegt und vektoriell zu der resultierenden Kraft F' addiert.Distributed on the circumference with the same angle division are at least three resistance bridges 10 . 13 and 14 , by means of which the force F 'acting on the rolling bearing can be reliably determined. In the example chosen here, the angular distance between the three resistance bridges is 10 . 13 and 14 exactly 120º. These are from the mentioned resistive bridges 10 . 13 and 14 measured forces F1, F2 and F3, for example, in the electronic circuit IC as shown here only schematically in their force components F1 ', F2' and F3 'decomposed and added vectorially to the resulting force F'.

Durch die in 1 gezeigte symmetrische Anordnung der beschriebenen insbesondere Kraftsensoren (Widerstandsmessbrücken oder Körperschallsensoren) an den beiden Stirnseiten des Lagerringes 2 lässt sich die Anzahl gleicher Messsignale verdoppeln, welches zur Plausibilitätsüberprüfung der einzelnen Messsignale und/oder durch Addition der einander umfangsbezogen zugeordneten Signale vorteilhaft zu einer Verdopplung der Signalamplitude führen kann.By the in 1 shown symmetrical arrangement of the described in particular force sensors (resistance bridges or structure-borne sound sensors) at the two end faces of the bearing ring 2 The number of identical measuring signals can be doubled, which can advantageously lead to a doubling of the signal amplitude for plausibility checking of the individual measuring signals and / or by adding the signals associated with each other in relation to the circumference.

Darüber hinaus kann durch paarweises Anbringen von Widerstandsmessbrücken 10 und 11 oder 12 und 13 oder 14 und 15 jeweils ein weiteres, jedoch um +90º oder –90º phasenverschobenes Messsignal gewonnen werden, aus deren Phasenverschiebung zum zugeordneten Messsignal der unmittelbar benachbarten Widerstandsmessbrücke die Drehrichtung des Wälzlagers abgeleitet werden kann.In addition, by pairwise attaching resistance bridges 10 and 11 or 12 and 13 or 14 and 15 in each case a further, but + 90 ° or -90 ° phase-shifted measurement signal are obtained from the phase shift to the associated measurement signal of the immediately adjacent resistance measuring bridge, the direction of rotation of the bearing can be derived.

11
Bauteilcomponent
22
Außenringouter ring
33
Wälzkörperrolling elements
44
Innenringinner ring
55
Vertiefungdeepening
66
Vertiefungdeepening
77
Wellewave
88th
Sensorsensor
99
Sensorsensor
1010
WiderstandsmessbrückeResistance bridge
1111
WiderstandsmessbrückeResistance bridge
1212
WiderstandsmessbrückeResistance bridge
1313
WiderstandsmessbrückeResistance bridge
1414
WiderstandsmessbrückeResistance bridge
1515
WiderstandsmessbrückeResistance bridge
1616
Stirnseitefront
1717
KäfigCage
1818
Temperatursensortemperature sensor
1919
KörperschallsensorNoise sensor
aa
Winkelverteilungangular distribution
FF
Kraftforce
ICIC
Elektronische Schaltung, Mikrocomputerelectronic Circuit, microcomputer
R1R1
Elektrischer Widerstandelectrical resistance
R2R2
Elektrischer Widerstandelectrical resistance
R3R3
Elektrischer Widerstandelectrical resistance
R4R4
Elektrischer Widerstandelectrical resistance

Claims (11)

Wälzlager mit integrierter Sensorik, bei dem zwischen einem feststehenden Lagerring (2) und einem drehbaren Lagerring (4) in einem Käfig (17) geführte Wälzkörper (3) angeordnet sind, und bei dem in wenigstens einer Fläche der Lagerringe (2, 4) wenigstens eine Vertiefung (5, 6) zur Aufnahme von Sensoren ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Vertiefung (5, 6) in wenigstens einer Stirnseite (16) eines Lagerringes ausgebildet ist.Rolling bearings with integrated sensors, in which between a fixed bearing ring ( 2 ) and a rotatable bearing ring ( 4 ) in a cage ( 17 ) guided rolling bodies ( 3 ) are arranged, and in which in at least one surface of the bearing rings ( 2 . 4 ) at least one depression ( 5 . 6 ) is designed for receiving sensors, characterized in that the at least one recess ( 5 . 6 ) in at least one end face ( 16 ) is formed of a bearing ring. Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Vertiefung (5, 6) an einer Stirnseite des feststehenden Lagerringes (2) ausgebildet ist.Rolling bearing according to claim 1, characterized in that the at least one recess ( 5 . 6 ) on one end face of the stationary bearing ring ( 2 ) is trained. Wälzlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der wenigstens einen Vertiefung (5, 6) als dehnungsempfindliche Widerstandsmessbrücken (10 bis 15) ausgebildete Kraftsensoren (8, 9) angeordnet sind.Rolling bearing according to claim 1 or 2, characterized in that in the at least one recess ( 5 . 6 ) as strain-sensitive resistance bridges ( 10 to 15 ) trained force sensors ( 8th . 9 ) are arranged. Wälzlager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu den Widerstandsmessbrücken (10 bis 15) zumindest ein Temperatursensor (18) und/oder zumindest ein Körperschallsensor (19) in der wenigstens einen Vertiefung (5, 6) angeordnet ist.Rolling bearing according to claim 3, characterized in that in addition to the resistance bridges ( 10 to 15 ) at least one temperature sensor ( 18 ) and / or at least one structure-borne sound sensor ( 19 ) in the at least one recess ( 5 . 6 ) is arranged. Wälzlager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandsmessbrücken (10 bis 15) in einer solchen Winkelteilung an der wenigstens einen Stirnfläche (16) des einen Lagerringes (2) angeordnet sind, die der Winkelteilung (a) der umlaufenden Wälzkörper (3) entspricht.Rolling bearing according to claim 3, characterized in that the resistance measuring bridges ( 10 to 15 ) in such an angular pitch at the at least one end face ( 16 ) of a bearing ring ( 2 ) are arranged, the angle of the pitch (a) of the rotating rolling elements ( 3 ) corresponds. Wälzlager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der wenigstens einen stirnseitigen Vertiefung (5, 6) mit gleichem umfangsbezogenen Abstand mindestens drei Widerstandsmessbrücken (10, 13, 14) angeordnet sind.Rolling bearing according to claim 5, characterized in that in the at least one front-side recess ( 5 . 6 ) with the same circumferential distance at least three resistance bridges ( 10 . 13 . 14 ) are arranged. Wälzlager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandsmessbrücken (10 bis 15) an den beiden Stirnseiten (16) des feststehenden Lagerrings (2) im Stirnseitevergleich symmetrisch zueinander angeordnet sind.Rolling bearing according to claim 6, characterized gekenn records that the resistance bridges ( 10 to 15 ) on the two end faces ( 16 ) of the stationary bearing ring ( 2 ) are arranged symmetrically to each other in the end comparison. Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Körperschallsensor (19) und/oder Temperatursensor (18) umfangsbezogen zwischen zwei Widerstandsmessbrücken (10, 13, 14) angeordnet ist.Rolling bearing according to one of claims 1 to 7, characterized in that the structure-borne sound sensor ( 19 ) and / or temperature sensor ( 18 ) circumferentially between two resistance bridges ( 10 . 13 . 14 ) is arranged. Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der wenigstens einen Vertiefung (5, 6) elektronische Schaltungen und/oder ein Mikrocomputer (IC) zur Signalverstärkung, Temperaturkompensation, Linearisierung der Signalverläufe und/oder Analog-Digital-Wandlung angeordnet sind.Rolling bearing according to one of claims 1 to 7, characterized in that in the at least one recess ( 5 . 6 ) Electronic circuits and / or a microcomputer (IC) for signal amplification, temperature compensation, linearization of the waveforms and / or analog-to-digital conversion are arranged. Wälzlager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronischen Schaltungen und/oder der Mikrocomputer (IC) umfangsbezo gen zwischen jeweils zwei Widerstandsmessbrücken (10 bis 15) angeordnet sind.Rolling bearing according to claim 9, characterized in that the electronic circuits and / or the microcomputer (IC) circumference conditions between each two resistance bridges ( 10 to 15 ) are arranged. Wälzlager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Vertiefung (5, 6) zur Aufnahme der Sensoren und/oder der elektronischen Schaltungen bzw. des Mikrocomputers (IC) als umlaufende Nut ausgebildet ist.Rolling bearing according to claim 8, characterized in that the at least one recess ( 5 . 6 ) is designed to receive the sensors and / or the electronic circuits or the microcomputer (IC) as a circumferential groove.
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