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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach Anspruch 1 bzw. ein Verfahren
nach Anspruch 9, jeweils zur Übertragung von Daten in einem
Lager, insbesondere in einem Wälz- oder Gleitlager, an
eine aussen an dem Lager oder außerhalb des Lagers angeordnete
Empfangsvorrichtung, sowie ein Lager nach Anspruch 12.
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Aus
der Praxis ist bekannt, in einem Innern eines Lagers Daten an eine
aussen an dem Lager, entweder unmittelbar an der Aussenseite des
Lagers oder in der Umgebung des Lagers angeordnete Empfangsvorrichtung
zu übertragen. Die übertragenen Daten können
dabei Kenndaten des Lagers oder in dem Lager mittels eines geeigneten
Sensors erfasste Messwerte als Rohdaten zur weiteren Auswertung ausserhalb
des Lagers oder als bereits in dem Innern des Lagers ausgewertete
Rohdaten als Messergebnisse sein. Die von dem Sensor erfassten Daten
können den Lagerzustand betreffen, beispielsweise Informationen über
den Zustand von Schmierstoffen enthalten, oder Betriebsdaten sein,
wie z. B. Messgrößen wie Drehzahl des Lagers,
bei Betrieb des Lagers auftretende Kräfte oder die Betriebsdauer
des Lagers betreffen.
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Für
die Übertragung der beispielhaft angeführten Daten
sind telemetrische Vorrichtungen oder Kabelverbindungen bekannt.
Nachteilig ist bei Kabeln, dass diese beschädigt werden
können und einen zusätzlichen Bauaufwand erfordern.
Bei kabellosen Vorrichtungen zur Übertragung von Daten
wie einer kapazitiven oder induktiven Kopplung zwischen Sender und
Empfänger, einer Übertragung mittels Funktechnik
oder optischen Signalen ist eine Anordnung des Empfängers
in unmittelbarer Nähe des Senders erforderlich; bei der Übertragung
mittels Funktechnik oder optischen Signalen tritt noch hinzu, dass
diese bei aus Metall bestehenden Lagerbestandteilen, insbesondere
metallischen Lagerringen, wenig geeignet sind.
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Für
Lager, speziell für Wälzlager, ist bekannt, den
bei Betrieb des Lagers auftretenden Körperschall in einem
der Lagerbestandteile, insbesondere in einem Lagerring, zu erfassen
und auszuwerten. Beispielsweise beschreibt
WO 2004/068100 A1 ein Verfahren
zur Feststellung von Körperschallereignissen in einem Wälzlager.
Der Körperschall umfasst dabei ein zeitabhängiges,
breites Spektrum von Schallwellen, deren zeitliche Entwicklung und
spektrale Verteilung erfasst und analysiert wird.
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Aufgabe der Erfindung
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, eine einfache Vorrichtung bzw. ein
einfaches Verfahren zur Übertragung von Daten aus dem Innern
eines Lagers an eine aussen an dem Lager oder außerhalb
des Lagers vorgesehene Empfangseinheit anzugeben.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäss durch eine Vorrichtung nach
Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren nach Anspruch 9 gelöst.
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Die
Vorrichtung umfasst einen im Inneren des Lagers angeordneten Signalwandler,
der Signale erfasst und diese in Schall umwandelt, und ein Lagerbestandteil
des Lagers, insbesondere einen Lagerring des Lagers, wobei in dem
Korpus des Lagerbestandteils der Schall als Körperschall übertragen wird.
Die Vorrichtung ist dabei insbesondere einfach gebaut und wird durch
metallische Komponenten des Lagers, anders als etwa elektromagnetische
Strahlung, nicht beeinflusst. Der unmittelbare Durchtritt des Schalls
als Körperschall durch das Korpus des Lagerbestandteils,
beispielsweise des Lagerrings, ermöglicht einen kurzen
Abstand zwischen dem Sender, speziell dem Signalwandler, und der
Empfangsvorrichtung ausserhalb des Lagers bzw. an der Aussenseite
des Lagers. Es besteht weiter ein konstruktiver Freiheitsgrad bei
der Anordnung des Signalwandlers im Innern des Lagers; hierzu können
Abschnitte des Lagerinnern, insbesondere Abschnitte der Innenseite
der Lagerflächen, vorgesehen sein, die ansonsten keine
Funktion erfüllen, bei einem Wälzlager beispielsweise
Flächenabschnitte des Innen- oder Aussenrings, die fern
der von den Wälzkörpern durchlaufenen Laufbahn
liegen, und an denen sich sonst Fett oder Schmutz sammeln könnte.
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Als
Vorteil erweist sich weiter, dass zur Übertragung von Daten
eines Sensors aus dem Innern des Lagers zu einer aussen an dem Lager
oder außerhalb des Lagers angeordneten Empfangsvorrichtung
der ohnehin vorhandene Lagerring des Lagers Verwendung findet.
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Als
vorteilhaft ist weiter anzusehen, dass hinsichtlich der Anordnung
der Empfangsvorrichtung, die die Signale des Signalwandlers erfasst,
ein konstruktiver Freiheitsgrad besteht: Die Empfangsvorrichtung
kann an dem den Sender aufweisenden Lagerbestandteil, an einem anderen
Lagerbestandteil des Lagers oder außerhalb des Lagers angeordnet sein.
Die Empfangsvorrichtung kann insbesondere derart außerhalb
des Lagers angeordnet sein, dass diese an der von dem Lager gelagerten
Welle bzw. an der Lagerumgebung, in die das Lager eingebaut ist,
angeordnet ist; hierbei passiert der Körperschall mindestens
eine Grenzfläche zwischen dem den Signalwandler aufweisenden
Lagerbestandteil und der Welle bzw. der Lagerumgebung. Insbesondere
kann die Empfangsvorrichtung in einem weiten Abstand zu dem Lager
vorgesehen sein, sofern die Umgebung des Lagers den Körperschall
gut leitet.
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Insbesondere
bietet sich die Möglichkeit, die Signale von zwei oder
mehr Lagern, deren jedes mindestens einen Signalwandler aufweist,
mittels einer einzigen Empfangseinheit zu erfassen. Eine derartige
Anordnung kann beispielsweise für ein Getriebe mit mehreren
Lagern vorgesehen sein, um jedes der Lager zu überwachen,
wobei die einzelnen Signalwandler anhand des Körperschallsignals,
speziell anhand einer spezifischen Codierung, unterschieden werden
können.
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Das
Verfahren sieht vor, die Daten zu einem Signalwandler zuzuführen,
diese dort in Schall umzuwandeln und den Schall als Körperschall
in den Lagerring des Lagers einzuspeisen.
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Vorzugsweise
ist vorgesehen, dass der Signalwandler an einer auf das Innere des
Lager weisenden Innenseite des Lagerrings angeordnet ist, so dass
der Signalwandler in unmittelbarer Nähe, speziell in unmittelbaren
Kontakt mit dem als Trägermedium für den Schall
vorgesehenen Lagerring befindlich angeordnet ist.
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Vorzugsweise
ist vorgesehen, dass die Vorrichtung zur Übertragung der
Daten weiter einen dem Signalwandler vorgeschalteten Codegenerator
umfasst, der die Signale erfasst und in einen definierten Code,
insbesondere einen fehlerkorrigierenden Code, umwandelt. Auf diese
Weise lassen sich die übertragenen Daten vor dem als Hintergrund
bei Betrieb des Lagers auftretenden Körperschall eindeutig
abheben und identifizieren. Insbesondere kann ein fehlerkorrigierender
Code, beispielsweise ein zyklischer Code oder ein Hamming-Code vorgesehen
sein, der bei der Übertragung der Daten auftretende Fehler selbständig
erkennen und ggf. beseitigen lässt.
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Das
Verfahren zur Übertragung der Daten sieht vorzugsweise
entsprechend vor, die Daten vor der Umwandlung in Schall zu codieren.
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Vorzugsweise
ist vorgesehen, dass die Vorrichtung zur Übertragung der
Daten weiter eine dem Signalwandler vorgeschaltete Signalauswerteeinheit umfasst,
die die erfassten Signale verarbeitet. Dabei kann die Auswertung
der von dem Sensor erfassten Rohdaten bereits im Innern des Lagers
erfolgen und es werden nur die verarbeiteten Messergebnisse – ggf.
nach einer Codierung – in Schall umgewandelt und als Körperschall übertragen.
Insbesondere reduziert sich die Menge der ggf. zu codierenden und
zu übertragenen Daten deutlich.
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Das
Verfahren zur Übertragung der Daten sieht entsprechend
vorzugsweise vor, die von dem Sensor gelieferten Rohdaten vor der Übertragung der
Daten noch vor der Umwandlung in Schall, ggf. noch vor der Codierung,
in einer Signalauswerteeinheit zu verarbeiten.
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Vorzugsweise
ist vorgesehen, dass die Vorrichtung zur Übertragung der
Daten weiter eine Energieerzeugereinheit umfasst, die den Signalwandler mit
Energie versorgt. Dabei entsteht ein energetisch autarkes System,
das keine zusätzliche, äussere Energieversorgung
erfordert. Es versteht sich, dass, falls ein Codegenerator bzw.
eine Signalauswerteeinheit vorgesehen ist, die Energieerzeugereinheit ebenfalls
des Codegenerator bzw. die Signalauswerteeinheit versorgen kann.
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Vorzugsweise
ist vorgesehen, dass die Vorrichtung zur Übertragung der
Daten einen Sensor umfasst, der in dem Innern des Lagers Messwerte
erfasst und die erfassten Messwerte an den Signalwandler übermittelt;
in besonders bevorzugter Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass
das gleiche Bauelement sowohl als Sensor zur Erfassung der Daten
bzw. der Rohdaten als auch als Signalwandler vorgesehen wird, wobei
zwischen diesen Funktionen ggf. wahlweise umgeschaltet werden kann.
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Hinsichtlich
der Ausbildung der Energieerzeugereinheit ist vorzugsweise vorgesehen,
dass der Sensor als Energieerzeugereinheit dient, wodurch sich der
Aufbau der Vorrichtung zur Übertragung der Daten deutlich
vereinfacht.
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Speziell
ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Sensor ein piezoelektrischer
Sensor ist, der beispielsweise Überrollkräfte
bei dem Betrieb des Wälzlagers erfassen kann, die bei dem Überrollen
in dem Sensor hervorgerufene elektrischen Spannungen als Energie
speichern kann und somit als Energieerzeugereinheit dient, sowie
die erfassten Rohdaten ggf. codiert in Schallsignale umwandelt und
die Schallsignale als Körperschall an das Bauteil, an dem
der piezoelektrische Sensor angebracht ist, übermittelt.
Ein derartiger Sensor erfüllt verschiedene Teilfunktionen im
Rahmen der Vorrichtung zur Übertragung der Daten.
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Vorteilhaft
an dem piezoelektrischen Sensor ist damit, dass eine an sich bekannte
in einem Innern des Lagers, insbesondere eines Wälz- oder
Gleitlagers, befindliche Beschichtung aus einem piezoelektrischen
Material als Signalwandler Verwendung finden kann zur Umwandlung
von Daten in Schall, wobei die Daten als Körperschall in
das die piezoelektrische Beschichtung tragende Lagerbestandteil
eingespeist werden. Der Sensor kann damit, je nach Beschaltung,
verschiedene Funktionen erfüllen.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen
Ansprüchen sowie aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels.
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Die
Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die anliegende
Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispiels näher
beschrieben und erläutert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
eine schematische Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Übermittlung
von Daten zur beispielhaften Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens zur Übermittlung von Daten bei einem Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemässen Lagers.
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Detaillierte Beschreibung
der Zeichnung
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1 zeigt
einen Lagerring 1, speziell einen Innenring eines Wälzlagers,
auf dessen dem Inneren 2 des Lagers zugewandten Innenseite 3 eine
Vorrichtung zur Übermittlung von Daten aus dem Inneren 2 des
Lagers an eine nicht dargestellte Empfangsvorrichtung angeordnet
ist.
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Die
Vorrichtung zur Übermittlung der Daten umfasst einen Signalwandler 4,
der an der Innenseite 3 des Lagerrings 1 angeordnet
ist, wobei der Signalwandler 4 Daten übermittelt,
die aus Rohdaten ermittelt wurden, die ein Sensor 5 erfasst
hat. Der Signalwandler 4 wandelt Signale in Schall um,
wobei der Schall als Körperschall in das Korpus des Lagerrings 1 eingespeist
wird. In dem Korpus des Lagerrings 1 breiten sich die Körperschall-Signale
zu der Empfangsvorrichtung aus, wo diese als Schall erfasst und elektronisch
umgewandelt werden.
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Die
Vorrichtung zur Übermittlung der Daten umfasst weiter eine
Signalauswerteeinheit 6 sowie einen Codegenerator 7,
die gemeinsam zu einer Baueinheit zusammengefasst sind. Die Vorrichtung zur Übermittlung
der Daten umfasst weiter eine Energieerzeugereinheit 8,
die ebenso wie der Sensor 5 auf der Innenseite 3 des
Lagerrings 1 angeordnet ist. Die Energieerzeugereinheit 8 liefert
eine Spannung, die den Sensor 5, die aus Signalauswerteeineheit 6 und
Codegenerator 7 bestehende Baueinheit sowie den Signalwandler 4 versorgt.
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Speziell
ist der Sensor 5 als piezoelektrische Beschichtung ausgebildet,
die in einer Laufbahn eines nicht dargestellten Wälzkörpers
auf der Innenseite 3 des Lagerrings 1 angeordnet
ist. Wird der Sensor 5 von dem Wälzkörper überlaufen,
wird die piezoelektrische Beschichtung zusammengedrückt,
so dass eine Spannung entsteht, die dem von dem Wälzkörper
auf den Sensor 5 übertragenen Druck entspricht. Die
Energieerzeugereinheit 8 ist ebenfalls als piezoelektrische
Beschichtung ausgebildet, die, sofern sie von dem Wälzkörper überlaufen
wird, die mit der entstandenen Spannung verbundene Energie in Form eines
Akkus speichert. Der Ausgang des Akkus beaufschlagt dann den Sensor 5,
die Signalauswerteeinheit 6 und den Codegenerator 7 sowie
den Signalwandler 4. Der Signalwandler 4 ist ebenfalls
als piezoelektrische Beschichtung ausgebildet, liegt jedoch ausserhalb
der Laufbahn des Wälzkörpers. Der Signalwandler 4 gibt
Schallimpulse einer festen Frequenz an das Korpus des Lagerrings 1 ab,
wobei die Amplitude der Schallimpulse zwei Zustände einnehmen
kann.
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Die
Erfindung funktioniert nun wie folgt:
Der Sensor 5 erfasst
das Überrollen des Wälzkörpers als Spannung,
die dem von dem Wälzkörper ausgeübten
Druck entspricht. Das Spannungssignal wird als Teil der von dem
Sensor 5 erfassten Rohdaten in der Signalauswerteeinheit 6 ausgewertet,
beispielsweise digitalisiert oder der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden
Signalen ermittelt.
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Das
Ergebnis der Signalauswerteeinheit 6 wird in dem Codegenerator 7 codiert,
beispielsweise als Abfolge von zwei definierten Zuständen
verschlüsselt, und zwar in Form eines fehlerkorrigierenden
Codes, beispielsweise eines zyklischen Codes oder eines Hamming-Codes.
Die codierten Daten werden als Abfolge von Spannungsimpulsen an
den Signalwandler 4 übermittelt, der die Spannungsimpulse
in Schallimpulse umwandelt, die in das Korpus des Lagerrings 1 eingespeist
werden.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel war der
Sensor 5 und die Energieerzeugereinheit 8 als
jeweils räumlich voneinander getrennte piezoelektrische
Beschichtungen auf der Innenseite 3 des Lagerrings 1 ausgebildet.
Es versteht sich, dass der Sensor 5 als Energieerzeugereinheit vorgesehen
sein kann, beispielsweise, indem der Sensor 5 die bei dem Überrollen
erzeugten Spannungsimpulse in Form eines Akkus speichert. Es versteht
sich ebenfalls, dass der Sensor 5 zusätzlich als Signalwandler 4 ausgebildet
sein kann, indem der Sensor 5 zwischen den Überrollungen
bzw. bei Stillstand des Lagers derart angesprochen werden kann, dass
der Sensor 5 Schallimpulse an das Korpus des Lagerrings 1 abgibt.
Es versteht sich weiter, dass die Signalauswerteeinheit 6 bzw.
der Codegenerator 7 in den Sensor 5 baulich integriert
sein können. Die genannten Funktionen des Erfassens des Überrollens durch
den Sensor 5, der Energieerzeugereinheit 8 und
des Signalwandlers 4 können durch einen einzigen
Abschnitt einer piezoelektrischen Beschichtung ausgebildet sein,
wobei durch entsprechende Beschaltung der piezoelektrischen Beschichtung
zwischen den genannten Funktion umzuschalten ist.
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- 1
- Lagerring
- 2
- Inneres
des Lagers
- 3
- Innenseite
von Lagerring 1
- 4
- Signalwandler
- 5
- Sensor
- 6
- Signalauswerteeinheit
- 7
- Codegenerator
- 8
- Energieerzeugereinheit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2004/068100
A1 [0004]