DE102009014239A1 - Apparatus for determining movement of rolling body of bearing, particularly roller bearing, has annular coil for detecting change in magnetic field of rolling body during rotation of body of rolling body - Google Patents

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Abstract

The apparatus has a magnetic field fixed at the body of a rolling body (5), where an annular coil (12) detects a change in the magnetic field of the rolling body during the rotation of the body of the rolling body. The magnetic field is arranged substantially perpendicular to the intrinsic rotation axis (6) of the rolling body. An independent claim is also included for a method for determining the movement of a rolling body of a bearing, particularly roller bearing.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Erfassung der Bewegung eines Wälzkörpers eines Lagers, insbesondere eines Wälzlagers, sowie ein Lager, insbesondere ein Wälzlager, mit einer derartigen Vorrichtung.The The invention relates to a device and a method for detection the movement of a rolling element of a bearing, in particular a rolling bearing, and a bearing, in particular a rolling bearing, with such a device.

Aus der Praxis ist bekannt, dass Wälzkörper eines Lagers, speziell eines Wälzlagers, beim Betrieb des Lagers einen Schlupf aufweisen, wobei sich während der Bewegung des Wälzkörpers entlang einer Laufbahn des Lagers die Drehung des Wälzkörpers um dessen Eigendrehachse ändert. Es ist bekannt, dass das Auftreten von Schlupf beispielsweise von der Art des Schmiermittels in dem Lager oder von der Belastung des Lagers, speziell der Belastungsrichtung des Lagers und der Anordnung der Lastzone in dem Lager, abhängen kann. Eine Erfassung der Eigendrehung eines der Wälz körper im Betrieb des Lagers ist daher mindestens zum Nachweis des Schlupfes wünschenswert.Out practice is known that rolling elements of a Bearings, especially a rolling bearing, during operation of the bearing have a slip, during movement of the rolling element along a raceway of the bearing the rotation of the rolling body changes about its own axis of rotation. It is known that the occurrence of slippage, for example, of the type of lubricant in the bearing or the load on the Bearings, especially the load direction of the bearing and the arrangement the load zone in the warehouse, can depend. A capture the rotation of one of the rolling bodies in operation The bearing is therefore desirable at least for evidence of slippage.

DE 20 25 693 A beschreibt ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Erfassung der Drehzahl eines Käfigs, nicht der in dem Käfig geführten Wälzkörper selbst, wobei an den Wälzkörpern magnetische Stahlniete angeordnet sind, die ein Magnetfeld erzeugen, das von einem magnetischen Sensor erfasst wird, sobald die Stahlniete den magnetischen Sensor passieren. Ein Rückschluss von der erfassten Drehzahl des Käfigs auf die Drehung der einzelnen Wälzkörper ist nicht ohne weiteres möglich. DE 20 25 693 A describes a method or device for detecting the rotational speed of a cage, not the rolling element guided in the cage itself, wherein on the rolling elements magnetic steel rivets are arranged which generate a magnetic field which is detected by a magnetic sensor as soon as the steel rivets the magnetic Sensor happen. A conclusion of the detected speed of the cage on the rotation of the individual rolling elements is not readily possible.

EP 0 395 783 A1 beschreibt ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Erfassung der Drehzahl eines Käfigs, in den magnetische Nieten angeordnet sind. Auch hier lässt sich nicht ohne weiteres auf die Drehung der Wälzkörper um die jeweilige Eigendrehachse folgern. EP 0 395 783 A1 describes a method and apparatus for detecting the rotational speed of a cage in which magnetic rivets are arranged. Again, it is not easy to deduce the rotation of the rolling elements about the respective axis of rotation.

GB 1 509 170 A beschreibt eine Vorrichtung zur Erfassung der Drehzahl eines Käfigs, dessen Wälzkörper aus einem magnetisch aktiven, insbesondere magnetisierbaren Material bestehen. Die Vorrichtung umfasst einen Polschuh als Flussleitelement, wobei der Polschuh in Richtung auf die Laufbahn weist. Der Polschuh ist von einer Spule umgeben, in der eine Spannung induziert wird, wenn einer der Wälzkörper die Stelle passiert, an der der Polschuh angeordnet ist. Die Vorrichtung ermöglicht ein Abzählen, wie oft ein Wälzkörper den Polschuh passiert, und damit einen Schluss auf die Käfigdrehzahl. Die Vorrichtung lässt nur indirekt auf einen Schlupf der Wälzkörper schließen, beispielsweise für den Fall, dass sämtliche Wälzkörper schlupfen, so dass die Drehzahl des Käfigs massiv beeinflusst wird, oder für den Fall, dass ein über sämtliche Wälzkörper gemittelter Schlupf die Bewegung des Käfigs beeinflusst. Eine genauer Erfassung der Bewegung, insbesondere der Eigendrehung eines bestimmten, herausgegriffenen Wälzkörpers, ist nicht möglich. GB 1 509 170 A describes a device for detecting the rotational speed of a cage whose rolling elements consist of a magnetically active, in particular magnetizable material. The device comprises a pole shoe as a flux guide element, wherein the pole piece points in the direction of the raceway. The pole piece is surrounded by a coil in which a voltage is induced when one of the rolling elements passes the point at which the pole piece is arranged. The device allows counting how often a rolling element passes the pole piece and thus a conclusion on the cage speed. The device is only indirectly indicative of a slip of the rolling elements, for example in the event that all rolling elements slip, so that the speed of the cage is massively affected, or in the event that averaged over all rolling elements slip affects the movement of the cage. A precise detection of the movement, in particular the rotation of a particular, picked out rolling element, is not possible.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zur Erfassung der Bewegung, insbesondere der Drehbewegung, eines Wälzkörpers eines Lagers um die Eigendrehachse des Wälzkörpers anzugeben, so dass die Eigendrehung insbesondere auch für vollrollige Wälzlager einfach erfassbar ist.It The object of the invention is a device or a method for detecting the movement, in particular the rotational movement, a Rolling elements of a bearing about the axis of rotation specify the rolling element, so that the internal rotation in particular also easy to detect for full complement rolling bearings is.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren nach Anspruch 9 für ein Lager nach Anspruch 10 gelöst.These Object is according to the invention with a device according to claim 1 and by a method according to claim 9 for a bearing solved according to claim 10.

Das mit dem Korpus des Wälzkörpers fest verbundene Magnetfeld nimmt an der Bewegung des Wälzkörpers, insbesondere an der Drehbewegung des Wälzkörpers um seine Eigendrehachse, teil, wobei ein zeitlich veränderliches Magnetfeld entsteht, dessen Änderung in der Ringspule erfasst wird.The firmly connected to the body of the rolling element Magnetic field increases with the movement of the rolling element, in particular to the rotational movement of the rolling body about its own axis of rotation, part, with a time-varying Magnetic field is created, detects the change in the toroidal coil becomes.

Die Vorrichtung erfordert nur einen geringen Eingriff auf einen der mehreren Wälzkörper und lässt die kinematischen Eigenschaften der übrigen Wälzkörper, auch des mit dem Magnetfeld versehenen Wälzkörpers, sowie des Lagers insgesamt weitgehend unbeeinflusst.The Device requires only a minor intervention on one of the several rolling elements and leaves the kinematic Properties of the remaining rolling elements, also of the rolling element provided with the magnetic field, and the camp as a whole largely unaffected.

Die Vorrichtung ist kostengünstig und kann bei Bedarf, im Fall der Schadensanalyse, zusätzlich in ein in Betriebsteilung befindliches Lager eingebaut und wieder ausgebaut werden.The Device is inexpensive and can, if necessary, in the case the damage analysis, in addition to a in division of labor installed bearing and removed again.

Die Vorrichtung ist auch für vollrollige Wälzlager geeignet, die keinen Käfig aufweisen, der die Wälzkörper führt. Die Vorrichtung ist weiter unabhängig von der Art der Wälzkörper und damit für zylinder-, tonnen- oder kegelförmi ge Wälzkörper gleichermaßen geeignet. Als weiterer Vorteil ergibt sich, dass das Messergebnis, also die in der Ringspule induzierte Spannung, unmittelbar nach außen an das Lager geführt wird und dort als Spannungs-Signal abgegriffen werden kann, so dass eine Übermittlung des Messergebnisses innerhalb des Lagers, beispielsweise über ein an dem Käfig angeordnetes Telemetriesystem, wegfällt.The Device is also for full complement bearings suitable, which have no cage, the rolling elements leads. The device is further independent of the type of rolling elements and thus for Cylindrical, barrel or conical rolling elements equally suitable. Another advantage is that the measurement result, that is, the voltage induced in the toroid, is led directly to the outside to the camp and there can be tapped as a voltage signal, so that a transmission the measurement result within the camp, for example via a arranged on the cage telemetry system, omitted.

Entsprechend sieht das Verfahren vor, dass das Magnetfeld an dem Korpus des Wälzkörpers bereitgestellt wird, und dass dann die Änderung des Magnetfeldes bei der Drehung des Korpus des Wälzkörpers um dessen Eigendrehachse mittels einer Spule, beispielsweise der Ringspule, erfasst wird.Accordingly, the method provides that the magnetic field is provided on the body of the rolling body, and that then the change of the magnetic field in the rotation of the body of the rolling body about its axis of rotation by means of a Coil, for example, the toroidal coil is detected.

Der das Magnetfeld aufweisende Wälzkörper sowie die Ringspule können unabhängig von einem Lager bereitgehalten werden und nur zu Messzwecken in das Lager eingebaut werden. Es versteht sich aber, dass der das Magnetfeld aufweisende Wälzkörper sowie die Ringspule dauerhaft in einem Lager angeordnet sind, beispielsweise bei einem Einfahren des Lagers oder bei einer Schadensanalyse.Of the the magnetic field having rolling elements and the Ring coils can be kept independent of a warehouse be installed in the bearing for measurement purposes only. It but it is understood that the rolling element having the magnetic field and the toroidal coil are permanently arranged in a warehouse, for example at a retraction of the warehouse or at a damage analysis.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Magnetfeld im wesentlichen senkrecht zu der Eigendrehachse des Wälzkörpers angeordnet ist. Hierbei ist die Ringspule im wesentlichen in der Ebene angeordnet, innerhalb derer sich die zwei oder mehr Pole des Magnetfeldes drehen, so dass eine Änderung des Magnetfeldes bei der Drehung des Wälzkörpers um dessen Eigendrehachse eine besonders starke und sicher nachweisbare Spannung in der Ringspule induziert.Preferably is provided that the magnetic field is substantially perpendicular to arranged the axis of rotation of the rolling body is. Here, the toroidal coil is arranged substantially in the plane, within which the two or more poles of the magnetic field rotate, allowing a change of magnetic field during rotation of the rolling body about its own axis of rotation particularly strong and reliably detectable voltage induced in the toroidal coil.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Magnetfeld durch einen Permanentmagneten ausgebildet ist, der an dem Korpus des Wälzkörpers befestigt ist. Ein derartiger Permanentmagnet lässt sich leicht nachträglich, insbesondere auch in ein bereits in Betriebsstellung befindliches Lager einbauen. Der Permanentmagnet ist baulich von dem eigentlichen Korpus des Wälzkörpers hergestellt und an dem Korpus des Wälzkörpers befestigt, beispielsweise mittels einer Schraubverbindung, die ein nachträgliches Entfernen des Permanentmagneten ermöglicht.Preferably is provided that the magnetic field through a permanent magnet is formed, which on the body of the rolling element is attached. Such a permanent magnet can be easily retrofitted, especially in an already in Install bearing in operating position. The permanent magnet is structurally made of the actual body of the rolling element and attached to the body of the rolling element, for example by means of a screw connection, which is a subsequent Removing the permanent magnet allows.

Hinsichtlich der Ausbildung des Magnetfeldes durch einen an dem Korpus des Wälzkörpers zusätzlich befestigten Permanentmagneten ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Permanentmagnet als Stabmagnet ausgebildet ist. Ein Stabmagnet kann dabei so gestaltet sein, dass die das Magnetfeld ausbildenden Pole an den beiden Enden des Stabmagneten angeordnet sind, so dass bei der Drehung des Wälzkörpers und damit des Stabmagneten je einer der beiden Pole der Ringspule nahe kommt. Es versteht sich ferner, dass zwei oder mehr Magnetpolpaare das Magnetfeld an dem Wälzkörper ausbilden können, wobei je zwei benachbarte Magnetpole der zwei oder mehr Magnetpolpaare einen konstanten Winkel untereinander einschließen, um ein mehrpoliges Magnetfeld auszubilden.Regarding the formation of the magnetic field by a on the body of the rolling body additionally attached permanent magnets is preferred provided that the permanent magnet formed as a bar magnet is. A bar magnet can be designed so that the magnetic field forming poles arranged at the two ends of the bar magnet are such that upon rotation of the rolling element and thus the bar magnet depending one of the two poles of the toroidal coil comes close. It is further understood that two or more magnetic pole pairs can form the magnetic field on the rolling element, wherein each two adjacent magnetic poles of the two or more pairs of magnetic poles enclose a constant angle with each other form a multipolar magnetic field.

Alternativ zu einem Stabmagneten kann als Permanentmagnet auch eine flache, zylindrische Scheibe vorgesehen sein, wobei an den beiden Stirnflächen der Scheibe mindestens ein Nord- bzw. Südpol ausgebildet ist. Wiederum alternativ kann als Permanentmagnet eine flache zylindrische Scheibe vorgesehen sein, wobei an einer der beiden Stirnflächen der Scheibe eine sich in Umfangsrichtung der Scheibe erstreckende Abfolge von Nord- und Südpolen ausgebildet ist. Wiederum alternativ hierzu kann als Permanentmagnet eine flache zylindrische Scheibe vorgesehen sein, wobei an beiden Stirnflächen je eine sich in Umfangsrichtung der Scheibe erstreckende Abfolge von Nord- und Südpolen vorgesehen ist, und wobei ein magnetischer Pol auf der ersten Stirnfläche einem ungleichnamigen Pol auf der zweiten Stirnfläche gegenüberliegt.alternative to a bar magnet can also be a flat, permanent magnet be provided cylindrical disc, wherein at the two end faces the disc formed at least one north or south pole is. Again alternatively, as a permanent magnet, a flat cylindrical Was provided disc, wherein at one of the two end faces of the Disc extending in the circumferential direction of the disc sequence is formed by north and south poles. Again, alternatively this can be provided as a permanent magnet, a flat cylindrical disc be, wherein at both end faces one each in the circumferential direction the disk extending sequence of north and south poles is provided, and wherein a magnetic pole on the first end face an unlike pole on the second face opposite.

Alternativ zu der Ausbildung des Permanentmagneten durch einen Stabmagneten oder durch eine flache, zylindrische Vollscheibe kann der Permanentmagnet durch einen flachen Ring bzw. durch eine flache, hohlzylindri sche Scheibe ausgebildet sein, wobei auf der äußeren Mantelfläche des Ringes bzw. der hohlzylindrischen Scheibe in Umfangsrichtung mindestens ein Nordpol und mindestens ein Südpol vorgesehen sind. Besonders bevorzugt ist hierbei eine in Umfangsrichtung verlaufende Abfolge von mehreren Polen.alternative to the formation of the permanent magnet by a bar magnet or by a flat, cylindrical solid disk, the permanent magnet by a flat ring or by a flat, hohlzylindri cal Be formed on the disc, being on the outside Lateral surface of the ring or the hollow cylindrical disc in the circumferential direction at least one north pole and at least one south pole are provided. Particularly preferred is one in the circumferential direction proceeding sequence of several poles.

Hinsichtlich der Ausbildung des Magnetfeldes durch einen an dem Korpus des Wälzkörpers befestigten Permanentmagneten ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Permanentmagnet als mehrpolige Magnetscheibe, insbesondere als Encoderring, ausgebildet ist. Die mehrpolige Magnetscheibe weist zwei oder mehr, an ihrem Umfang ausgebildete magnetische Pole aus und lässt sich als magnetische Scheibe an einer Stirnfläche des Wälzkörpers befestigen. Im Vergleich zu einem Stabmagneten mit zwei magnetischen Polen ermöglicht die Magnetscheibe eine feinere zeitliche Auflösung der Drehung des Wälzkörpers um dessen Eigendrehachse, da je zwei benachbarte Pole ein Signal liefern, so dass die vollständige Umdrehung des Wälzkörpers mit einer Vielzahl von Signalen codiert wird. Geeignete Magnetscheiben sind als Encoderringe verfügbar.Regarding the formation of the magnetic field by a on the body of the rolling body fixed permanent magnets is preferably provided that the permanent magnet as a multi-pole magnetic disk, in particular as Encoder ring, is formed. The multi-pole magnetic disk has two or more, formed at its periphery magnetic poles and can be used as a magnetic disc on a face fasten the rolling element. In comparison to one Bar magnet with two magnetic poles allows the Magnetic disc a finer temporal resolution of rotation of the rolling body about its own axis of rotation, as ever two adjacent poles provide a signal, so the full Rotation of the rolling element with a variety of Signals is encoded. Suitable magnetic disks are as encoder rings available.

Hinsichtlich der Ausbildung des Magnetfeldes ist vorzugsweise vorgesehen, dass das Magnetfeld in dem Korpus des Wälzkörpers eingeprägt ist, so dass ein zusätzliches Element, das an dem Korpus befestigt werden muss, überflüssig wird. Damit werden die kinematischen Eigenschaften des das Magnetfeld aufweisenden Wälzkörpers nicht beeinflusst, was insbesondere bei schnelllaufenden Lagern oder bei kleinbauenden Wälzkörpern vorteilhaft ist. Das Magnetfeld kann mittels einer gepulsten Bestromung des Korpus des Wälzkörpers eingeprägt werden, sofern das Material des Korpus des Wälzkörpers magnetisierbar und elektrisch leitend ist.Regarding the formation of the magnetic field is preferably provided that imprinted the magnetic field in the body of the rolling body is, so that an additional element attached to the body must be fixed, becomes unnecessary. With that the kinematic properties of the magnetic field Rolling elements not influenced, in particular in high-speed bearings or in small-sized rolling elements is advantageous. The magnetic field can be achieved by means of a pulsed current supply be imprinted on the body of the rolling element, provided the material of the body of the rolling element is magnetizable and electrically conductive.

Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung weiter einen magnetischen Schalter, der an dem Umfang der Laufbahn angeordnet ist, und der das Passieren des Magnetfeldes des Wälzkörpers erfasst. Damit lässt sich neben der Drehzahl des Wälzkörpers auch erfassen, an welcher Stelle sich der Wälzkörper befindet. Es lässt sich beispielsweise erkennen, in welchem Ausmaß sich die Drehzahl des Wälzkörpers bei Eintreten in die Lastzone des Lagers ändert, wenn der magnetische Schalter nahe der Lastzone angeordnet ist.Preferably, the device further comprises a magnetic switch which is arranged on the circumference of the raceway, and which detects the passage of the magnetic field of the rolling body. This can be in addition to the speed of the rolling element also detect at which point be the rolling elements be place. It can be seen, for example, to what extent the rotational speed of the rolling element changes when it enters the load zone of the bearing when the magnetic switch is arranged close to the load zone.

Vorzugsweise ist hinsichtlich der Ausbildung des magnetischen Schalters vorgesehen, dass der magnetische Schalter einen Magnetfeldsensor (beispielsweise einen Hall-Sensor oder einen magnetoresistiven Sensor), einen induktiven Sensor oder einen Reed-Kontakt umfasst. Der Reed-Kontakt weist einen elektrische leitenden Kontakt auf, der geschlossen wird, wenn ein Magnetfeld ausreichender Stärke vorliegt, und sich bei Abwesenheit des Magnetfeldes wieder öffnen kann.Preferably is provided with regard to the design of the magnetic switch, that the magnetic switch a magnetic field sensor (for example a Hall sensor or a magnetoresistive sensor), an inductive Sensor or a reed contact. The reed contact has one electrical conductive contact, which is closed when a Magnetic field of sufficient strength is present, and at Absence of the magnetic field can reopen.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels.Further Advantages and features of the invention will become apparent from the dependent Claims and from the description of an embodiment.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung näher beschrieben und erläutert.The Invention will be described in the following with reference to the appended Drawing described and explained in detail.

Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing

1 zeigt ausschnittsweise einen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lagers sowie einen Teilschritt bei einer beispielhaften Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. 1 shows a detail of a cross section of an embodiment of a device according to the invention, an embodiment of a bearing according to the invention and a sub-step in an exemplary implementation of the method according to the invention.

Detaillierte Beschreibung der ZeichnungDetailed description the drawing

1 zeigt ausschnittsweise ein Lager 1, das einen ersten Lagerring 3 und einen zweiten Lagerring 2 aufweist. Der erste Lagerring 3 ist als Außenring des Lagers 1 ausgebildet und bezüglich des zweiten Lagerrings 2, der als Innenring ausgebildet ist, feststehend. An einer Laufbahn 4 des Außenrings 3 laufen Wälzkörper ab, wobei der eine dargestellte Wälzkörper 5 ein Magnetfeld aufweist. 1 shows a detail of a camp 1 that has a first bearing ring 3 and a second bearing ring 2 having. The first bearing ring 3 is as outer ring of the bearing 1 formed and with respect to the second bearing ring 2 , which is formed as an inner ring, fixed. At a career 4 of the outer ring 3 Run from rolling elements, wherein the rolling elements shown one 5 has a magnetic field.

Der Wälzkörper 5 bewegt sich im wesentlichen um seine Eigendrehachse 6 drehbar entlang der geschlossenen Laufbahn 4 des Außenrings 3 sowie einer weiteren geschlossenen Laufbahn 7 des Innenrings, so dass das Lager 1 als Wälzlager ausgebildet ist. Der Wälzkörper 5 weist dabei ein im wesentlichen zylindrisches Korpus auf. Die Eigendrehachse 6 des Wälzkörpers 5 definiert dabei einen Teilkreis des Wälzlagers, der im wesentlichen mittig zwischen den beiden Laufbahnen 4, 7 angeordnet ist.The rolling element 5 essentially moves around its own axis of rotation 6 rotatable along the closed track 4 of the outer ring 3 as well as another closed career 7 of the inner ring, leaving the bearing 1 is designed as a rolling bearing. The rolling element 5 has a substantially cylindrical body. The rotation axis 6 of the rolling element 5 defines a pitch circle of the rolling bearing, which is substantially in the middle between the two raceways 4 . 7 is arranged.

Mit dem Korpus des Wälzkörpers 5 ist ein Magnetfeld fest verbunden, so dass bei der Drehung des Wälzkörpers 5 um die Eigendrehachse 6 sich das Magnetfeld mitdreht und dabei die Richtung des Magnetfeldes zeitlich veränderlich ist.With the body of the rolling element 5 a magnetic field is firmly connected, so that during the rotation of the rolling element 5 around the self-rotation axis 6 The magnetic field rotates while the direction of the magnetic field is variable over time.

Das Magnetfeld wird durch einen Permanentmagneten 8 ausgebildet, der an dem Korpus des Wälzkörpers 5 befestigt ist. Der Stabmagnet 8 weist einen Nord- und einen Südpol auf, wobei an dem einen Pol das Magnetfeld aus dem Stabmagneten 8 aus und an dem anderen Pol wieder in den Stabmagneten 8 eintritt. Dabei steht das Magnetfeld unter einem Winkel, im wesentlichen unter einem rechten Winkel, zu der Eigendrehachse 6 des Wälzkörpers 5. Der Permanentmagnet 8 ist dabei als Stabmagnet ausgebildet, der drehfest an dem Korpus des Wälzkörpers 5 in einem bezogen auf die Eigendrehachse 6 axialen Abstand zu einer Stirnfläche 9 des Korpus des Wälzkörpers 5 mittels einer Schraubverbindung angebracht ist.The magnetic field is through a permanent magnet 8th formed on the body of the rolling element 5 is attached. The bar magnet 8th has a north and a south pole, wherein at one pole, the magnetic field from the bar magnet 8th from and to the other pole back in the bar magnet 8th entry. The magnetic field is at an angle, substantially at a right angle, to the axis of self-rotation 6 of the rolling element 5 , The permanent magnet 8th is designed as a bar magnet, the rotationally fixed to the body of the rolling element 5 in a related to the axis of rotation 6 axial distance to an end face 9 the body of the rolling element 5 is attached by means of a screw connection.

Die Schraubverbindung umfasst dabei eine Schraube 10, deren Außengewinde in ein im dem Korpus des Wälzkörpers 5 an dessen Stirnfläche 9 ausgebildetes Innengewinde greift, wobei die Schraubenachse mit der Eigendrehachse 6 fluchtend ausgebildet ist. Die Schraube 10 umfasst ein Zwischenstück 11, das auf der Stirnseite 9 des Wälzkörpers 5 aufliegt und auf dem der Stabmagnet 8 angeordnet ist, so dass der Stabmagnet 8 von dem metallischen Korpus des Wälzkörpers 5 beabstandet gehalten wird.The screw connection comprises a screw 10 , whose external thread in a in the body of the rolling element 5 at the end face 9 trained internal thread engages, the screw axis with the axis of rotation 6 is formed in alignment. The screw 10 includes an intermediate piece 11 on the front 9 of the rolling element 5 rests and on the bar magnet 8th is arranged so that the bar magnet 8th from the metallic body of the rolling element 5 is kept at a distance.

Drehfest an dem Außenring 3 und damit bezüglich der umlaufenden Wälzkörper 5 feststehend ist eine Ringspule 12 angeordnet, deren Spulenachse mit der nicht dargestellten Drehachse des Innenrings 2 des Wälzlagers 1 fluchtet. Um diese Drehachse des Lagers 1 ist die Ringspule 12 konzentrisch angeordnet, verläuft also bezogen auf die beiden Laufbahnen 4, 7 zu diesen parallel, wenn auch in radialer und axialer Richtung versetzt. Die Ringspule 12 umfasst eine Mehrzahl von Wicklungen aus einem Kupferleiter, die die Drehachse bzw. die Spulenachse mehrfach umlaufen und an deren nicht dargestellten Enden die Spannung abgegriffen werden kann, die in der Ringspule 12 induziert wird, wenn sich der die Ringspule 12 durchsetzende magnetische Fluss ändert.Rotationally fixed to the outer ring 3 and thus with respect to the rotating rolling elements 5 stationary is a toroidal coil 12 arranged, the coil axis with the axis of rotation of the inner ring, not shown 2 of the rolling bearing 1 flees. Around this axis of rotation of the bearing 1 is the toroidal coil 12 arranged concentrically, so runs relative to the two raceways 4 . 7 parallel to these, albeit offset in the radial and axial directions. The toroidal coil 12 comprises a plurality of windings of a copper conductor, which rotate around the axis of rotation or the coil axis multiple times and at the ends, not shown, the voltage can be tapped, in the toroidal coil 12 is induced when the ring coil 12 passing magnetic flux changes.

Eine derartige Änderung des magnetischen Flusses tritt beispielsweise auf, wenn das mit dem Wälzkörper 5 verbundene, durch den Stabmagneten 8 hervorgerufene Magnetfeld mit dem Wälzkörper 5 rotiert, da insbesondere Bereiche des Magnetfeldes des Stabmagneten 8 außerhalb des von der Ringspule 12 berandeten Bereiches geraten und damit zu dem die Ringspule 12 durchsetzenden magnetischen Fluss nicht mehr beitragen.Such a change in the magnetic flux occurs, for example, when that with the rolling elements 5 connected, by the bar magnet 8th caused magnetic field with the rolling elements 5 rotates, in particular areas of the magnetic field of the bar magnet 8th outside of the ring coil 12 bordered area and thus to the ring coil 12 permeating magnetic flux no longer contribute.

Um das Erfassen der zeitlichen Änderung des Magnetfeldes des Permanentmagneten 8 zu erleichtern, ist die Ringspule 12 in radialer Richtung bezogen auf den Teilkreis mit der Eigendrehachse 6 außen angeordnet, und zwar in Richtung der Eigendrehachse 6 etwas axial von dem Permanentmagneten 8 versetzt angeordnet. Im Bereich der Ringspule 12 krümmen sich die Feldlinien des Magnetfeldes zu dem einen magnetischen Pol an einem der beiden Enden des Stabmagneten 8, so dass hier ein starker Gradient des Magnetfeldes bei der Drehung des Stabmagneten 8 um die Eigendrehachse 6 des Wälzkörpers 5 entsteht.To detect the temporal change of the magnetic field of the permanent magnet 8th To facilitate, is the toroidal coil 12 in the radial direction be pulled on the pitch circle with its own axis of rotation 6 arranged outside, in the direction of the axis of rotation 6 slightly axially from the permanent magnet 8th staggered. In the area of the toroidal coil 12 The field lines of the magnetic field curve to the one magnetic pole at one of the two ends of the bar magnet 8th , so that here is a strong gradient of the magnetic field during the rotation of the bar magnet 8th around the self-rotation axis 6 of the rolling element 5 arises.

Die Ringspule 12 ist in einer Aufnahme 13 angeordnet, die aus einem nicht-magnetischen Material wie Kunststoff besteht und mittels derer die Ringspule 12 an dem Außenring 3 lösbar festlegbar ist.The toroidal coil 12 is in a recording 13 arranged, which consists of a non-magnetic material such as plastic and by means of which the toroidal coil 12 on the outer ring 3 is releasably fixed.

Die Aufnahme 13 mit der Ringspule 12 sowie der Permanentmagnet 8 mit der Schraube 10 sind von dem Lager 1 unabhängig gefertigt und nachträglich an den Außenring 3 des Lagers 1 bzw. an das Korpus des Wälzkörpers 5 befestigt worden, um die Eigendrehung des Wälzkörpers 5 entlang der gesamten Laufbahn 4, 7 erfassen zu können. Zur Durchführung des vorbeschriebenen Verfahrens wurde der Wälzkörper 5 durch die Befestigung des Permanentmagneten 8 an dem Korpus des Wälzkörpers 5 mit dem Magnetfeld versehen. In der weiteren Durchführung des Verfahrens wird dann das sich bei der Drehung des Wälzkörpers 5 um dessen Eigendrehachse 6 zeitlich ändernde Magnetfeld mittels der Spule, speziell der Ringspule 12, erfasst.The recording 13 with the toroidal coil 12 as well as the permanent magnet 8th with the screw 10 are from the camp 1 independently manufactured and subsequently to the outer ring 3 of the camp 1 or to the body of the rolling element 5 attached to the internal rotation of the rolling element 5 along the entire career 4 . 7 to be able to capture. To carry out the method described above, the rolling elements 5 by the attachment of the permanent magnet 8th on the body of the rolling element 5 provided with the magnetic field. In the further implementation of the method then becomes the case of the rotation of the rolling body 5 around its own axis of rotation 6 time-varying magnetic field by means of the coil, especially the toroidal coil 12 , detected.

Dreht sich der Wälzkörper 5 mit einer konstanten Drehgeschwindigkeit um die Eigendrehachse 6, wird in der Ringspule 12 eine Spannung induziert, die im wesentlichen einer Sinuskurve entspricht, wobei ein Nulldurchgang der Sinuskurve einer halben Umdrehung des Wälzkörpers 5 entspricht. Aus der Periode der Sinuskurve lässt sich dann die Drehzahl des Wälzkörpers 5 um die Eigendrehachse 6 ermitteln. Stoppt die Drehung des Wälzkörpers 5 um die Eigendrehachse 6, bleibt der magnetische Fluss durch die Ringspule 12 im wesentlichen konstant und es wird in der Ringspule 12 keine Spannung induziert. Beginnt der Wälzkörper 5 mit der Drehung um die Eigendrehachse 6, wird eine Spannung in der Ringspule 12 induziert, deren Amplitude und Periode zunimmt. Mit der vorbeschriebenen Vorrichtung lässt sich insbesondere feststellen, ob der mit dem Magnetfeld ausgewiesene Wälzkörper 5 während eines gesamten Umlaufes entlang der Laufbahnen 4, 7 eine konstante Drehgeschwindigkeit um die Eigendrehachse 6 aufweist. Weiter lässt sich ermitteln, unter welchen Bedingungen die Drehung des Wälzkörpers 5 um die Eigendrehachse 6 sich verlangsamt bzw. zum Erliegen kommt, so dass ein Schlupf des Wälzkörpers 5 nachweisbar wird.The rolling element rotates 5 with a constant rotational speed about the axis of rotation 6 , is in the ring coil 12 induces a voltage which substantially corresponds to a sinusoid, wherein a zero crossing of the sine curve of half a revolution of the rolling body 5 equivalent. From the period of the sinusoid then the speed of the rolling element can be 5 around the self-rotation axis 6 determine. Stops the rotation of the rolling element 5 around the self-rotation axis 6 , the magnetic flux remains through the toroidal coil 12 essentially constant and it is in the toroidal coil 12 no voltage induced. Starts the rolling element 5 with the rotation about the axis of rotation 6 , a voltage in the toroidal coil 12 induced, whose amplitude and period increases. With the device described above can be determined in particular whether the designated with the magnetic field rolling elements 5 during one entire round along the raceways 4 . 7 a constant rotational speed about the axis of rotation 6 having. Furthermore, it can be determined under which conditions the rotation of the rolling element 5 around the self-rotation axis 6 slows or stops, so that a slip of the rolling element 5 becomes detectable.

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel war das Magnetfeld an dem Wälzkörper 5 durch einen einzigen Stabmagneten 8 als Permanentmagnet ausgebildet. Es versteht sich, dass das Magnetfeld auch durch voll- oder hohlzylindrische, dünne scheibenförmige Permanentmagnete ausgebildet sein kann, wobei an den Stirnflächen bzw. an den Mantelflächen der Scheiben mindestens ein Magnetpol mindestens eines Magnetpolpaars ausgebildet ist, so dass ein Magnetfeld entsteht, das mehr als ein Polpaar aufweist. Es versteht sich weiter, dass das Magnetfeld auch durch eine voll- oder hohlzylindrische dünne Scheibe mit zwei oder mehr ungleichnamigen Polen ausgebildet sein kann, wobei die Scheibe auf der Stirnfläche 9 des Wälzkörpers 5 befestigt ist, beispielsweise allein durch magnetische Kräfte zwischen der Scheibe und dem Korpus des Wälzkörpers 5, so dass die Schraubverbindung wegfallen kann. Die Anbindung des Permanentmagneten an den Wälzkörper 5 kann auch durch -Kleben oder Aufpressen hergestellt werden. Wird der Magnet direkt in der Stirnseite des Wälzkörpers eingebettet, ist eine magnetische Isolation vorzusehen, damit sich das Magnetfeld in Richtung der Ringspule 12 ausbilden kann.In the embodiment described above, the magnetic field was on the rolling element 5 by a single bar magnet 8th designed as a permanent magnet. It is understood that the magnetic field can also be formed by solid or hollow cylindrical, thin disc-shaped permanent magnets, wherein at least one magnetic pole of at least one pair of magnetic poles is formed on the end faces or on the lateral surfaces of the discs, so that a magnetic field is created which exceeds having a pole pair. It is further understood that the magnetic field can also be formed by a solid or hollow cylindrical thin disk with two or more poles of unlike poles, wherein the disk on the end face 9 of the rolling element 5 is fixed, for example, solely by magnetic forces between the disc and the body of the rolling element 5 so that the screw connection can be omitted. The connection of the permanent magnet to the rolling elements 5 can also be made by gluing or pressing. If the magnet is embedded directly in the end face of the rolling element, a magnetic insulation must be provided so that the magnetic field in the direction of the toroidal coil 12 can train.

Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben, bei dem der Wälzkörper 5 eine zylindrische Gestalt mit der Eigendrehachse 6 aufwies. Es versteht sich, dass der Wälzkörper auch eine andere, um eine Eigendrehachse 6 drehsymmetrische Form aufweisen kann.The invention has been described above with reference to an embodiment in which the rolling elements 5 a cylindrical shape with the axis of rotation 6 had. It is understood that the rolling element is also another, about an axis of rotation 6 can have rotationally symmetrical shape.

Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben, bei dem die Ringspule 12 in der Aufnahme 13 an dem Außenring 3, also bezogen auf den durch die Eigendrehachse 6 umschriebenen Teilkreis radial außenliegend, angeordnet war. Es versteht sich, dass die Ringspule 12 auch an einer Lageraufnahme, an der der Außenring 3 drehfest aufgenommen ist, angeordnet sein kann. Es versteht sich weiter, dass die Ringspule 12 auch an dem Innenring 2, insbesondere bezogen auf den Teilkreis radial innenliegend, angeordnet sein kann.The invention has been described above with reference to an embodiment in which the toroidal coil 12 in the recording 13 on the outer ring 3 , So based on the by the rotation axis 6 circumscribed circle radially outboard, was arranged. It is understood that the toroidal coil 12 also on a bearing receiver, on which the outer ring 3 rotatably received, can be arranged. It goes without saying that the toroidal coil 12 also on the inner ring 2 , in particular with respect to the pitch radially inwardly disposed, may be arranged.

11
Lagercamp
22
zweiter Lagerringsecond bearing ring
33
erster Lagerringfirst bearing ring
44
Laufbahncareer
55
Wälzkörperrolling elements
66
EigendrehachseAutorotation axis
77
Laufbahncareer
88th
Permanentmagnetpermanent magnet
99
Stirnflächeface
1010
Schraubescrew
1111
Zwischenstückconnecting piece
1212
Ringspuletoroid
1313
Aufnahmeadmission

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • - GB 1509170 A [0005] GB 1509170 A [0005]

Claims (11)

Vorrichtung zur Erfassung der Bewegung eines Wälzkörpers eines Lagers (1), insbesondere eines Wälzlagers, wobei sich der Wälzkörper (5) um eine Eigendrehachse (6) drehbar entlang einer geschlossenen Laufbahn (4, 7) des Lagers (1) bewegt, wobei die Vorrichtung umfasst: ein mit dem Korpus des Wälzkörpers (5) fest verbundenes Magnetfeld, und eine Ringspule (12), die eine Änderung des Magnetfeldes des Wälzkörpers (5) bei der Drehung des Korpus des Wälzkörpers (5) erfasst.Device for detecting the movement of a rolling element of a bearing ( 1 ), in particular a rolling bearing, wherein the rolling elements ( 5 ) about an axis of rotation ( 6 ) rotatable along a closed track ( 4 . 7 ) of the warehouse ( 1 ), the device comprising: a with the body of the rolling element ( 5 ) fixed magnetic field, and a toroidal coil ( 12 ), which is a change of the magnetic field of the rolling element ( 5 ) during the rotation of the body of the rolling element ( 5 ) detected. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetfeld im wesentlichen senkrecht zu der Eigendrehachse (6) des Wälzkörpers (5) angeordnet ist.Apparatus according to claim 1, characterized in that the magnetic field substantially perpendicular to the axis of rotation ( 6 ) of the rolling element ( 5 ) is arranged. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetfeld durch einen Permanentmagneten (8) ausgebildet ist, der an dem Korpus des Wälzkörpers (5) befestigt ist.Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the magnetic field by a permanent magnet ( 8th ) is formed on the body of the rolling body ( 5 ) is attached. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (8) als Stabmagnet ausgebildet ist.Device according to claim 3, characterized in that the permanent magnet ( 8th ) is designed as a bar magnet. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet als mehrpolige Magnetscheibe, insbesondere als Encoderring, ausgebildet ist.Device according to claim 3, characterized in that that the permanent magnet as a multi-pole magnetic disc, in particular as an encoder ring is formed. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetfeld in dem Korpus des Wälzkörpers (5) eingeprägt ist.Apparatus according to claim 3, characterized in that the magnetic field in the body of the rolling body ( 5 ) is imprinted. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiter umfassend einen magnetischen Schalter, der an dem Umfang der Laufbahn angeordnet ist, und der das Passieren des Magnetfeldes des Wälzkörpers erfasst.Device according to one of claims 1 to 6, further comprising a magnetic switch disposed on the periphery the track is arranged, and the passing of the magnetic field of the rolling body detected. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetische Schalter einen Hall-Sensor, einen magnetoresistiven Sensor, einen induktiven Sensor oder einen Reed-Kontakt umfasst.Device according to claim 7, characterized in that that the magnetic switch has a Hall sensor, a magnetoresistive Sensor, an inductive sensor or a reed contact. Verfahren zum Erfassen der Bewegung eines Wälzkörpers (5) eines Lagers (1), insbesondere eines Wälzlagers, wobei sich der Wälzkörper (5) um eine Eigendrehachse (6) drehbar entlang einer geschlossenen Laufbahn (4, 7) des Lagers (1) bewegt, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Bereitstellen eines Magnetfeldes an dem Korpus des Wälzkörpers (5), und Erfassen einer Änderung des Magnetfeldes bei der Drehung des Korpus des Wälzkörpers (5) um dessen Eigendrehachse (6) mittels einer Spule (12).Method for detecting the movement of a rolling element ( 5 ) of a warehouse ( 1 ), in particular a rolling bearing, wherein the rolling elements ( 5 ) about an axis of rotation ( 6 ) rotatable along a closed track ( 4 . 7 ) of the warehouse ( 1 ), the method comprising the steps of: providing a magnetic field to the body of the rolling element ( 5 ), and detecting a change in the magnetic field during the rotation of the body of the rolling body ( 5 ) about its own axis of rotation ( 6 ) by means of a coil ( 12 ). Lager, insbesondere Wälzlager, umfassend eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8.Bearings, in particular rolling bearings, comprising a Device according to one of claims 1 to 8. Lager nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (12) an einem Lagerring (3) befestigbar ist, entlang dessen Laufbahn (4) der Wälzkörper (5) sich bewegt.Bearing according to claim 10, characterized in that the coil ( 12 ) on a bearing ring ( 3 ) is fastened, along its career ( 4 ) of the rolling elements ( 5 ) moves.
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