DE102009021263A1 - Rolling bearing with a magnetic device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein Wälzlager mit Wälzkörpern (4, 5), die zwischen zwei Lagerelementen (16, 17, 19, 20, 30, 31), insbesondere Lagerringen oder Lagerschienen, bewegbar sind und mit einer Magneteinrichtung, die wenigstens eine an einem Lagerelement befestigte magnetische Flussleiteinrichtung (1, 2, 33) aufweist, welche wenigstens einen im Bereich der Bewegungsbahn der Wälzkörper endenden Polschuh (6, 7, 8, 9, 33, 34) aufweist, wobei wenigstens ein Wälzkörper magnetisch aktiv, insbesondere magnetisch leitfähig ausgebildet und wobei die magnetische Flussleiteinrichtung eine elektrische Wicklung (12, 13, 14, 15, 36) zur induktiven Spannungserzeugung aufweist. Im Zuge der Bewegung des Lagers öffnen und schließen die Wälzkörper einen magnetischen Kreis, wodurch in den vorgesehenen Wicklungen eine nutzbare Spannung induziert wird.The invention relates to a rolling bearing with rolling elements (4, 5) which are movable between two bearing elements (16, 17, 19, 20, 30, 31), in particular bearing rings or bearing rails, and with a magnetic device, the at least one on a Supported magnetic flux conducting device (1, 2, 33), which has at least one in the region of the trajectory of the rolling elements ending pole piece (6, 7, 8, 9, 33, 34), wherein at least one rolling element magnetically active, in particular magnetically conductive formed and wherein the magnetic flux guide comprises an electrical winding (12, 13, 14, 15, 36) for inductive voltage generation. In the course of the movement of the bearing, the rolling elements open and close a magnetic circuit, whereby a usable voltage is induced in the windings provided.
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet des Maschinenbaus und der Elektrotechnik. Sie befasst sich speziell mit Messeinrichtungen und elektrischen Generatoren, die im baulichen Zusammenhang mit Wälzlagern aufgebaut werden können und platzsparend den Aufbau von Sensoreinrichtungen, Generatoren oder Elektromotoren in Verbindung mit Lagern erlauben.The Invention is in the field of mechanical engineering and electrical engineering. It deals specifically with measuring equipment and electrical Generators that are structurally related to rolling bearings can be constructed and save space the construction of Sensor devices, generators or electric motors in conjunction with warehouses allow.
Wälzlager werden in der Technik vorzugsweise dort eingebaut, wo die Führung einer Bewegung, sowohl einer rotatorischen als auch einer translatorischen Bewegung bei mittleren bis hohen Belastungen möglichst reibungsarm, dauerhaft und verschleißarm aufgebaut werden soll.roller bearing are preferably installed in the art where the guide a movement, both a rotational and a translational Movement at medium to high loads possible low-friction, durable and low-wear construction should.
Als Wälzkörper kommen dabei Kugeln, Kegel, Walzen, Spindeln, Nadeln oder Tonnen oder ähnliche Körper in Frage, die rotationssymmetrische Querschnitte aufweisen und zwischen zwei Lagerelementen wie beispielsweise zwei Lagerringen abrollen können.When Rolling elements are balls, cones, rollers, Spindles, needles or tons or similar bodies in question, which have rotationally symmetric cross sections and between two bearing elements such as two bearing rings can roll.
Solche
Lager werden oft mit einer Sensorik zur Überwachung verbunden,
die Drehzahlmessungen ermöglicht und auch den Nachweis
von Unregelmäßigkeiten bei der Bewegung des Lagers
erlaubt, wodurch frühzeitig auf Lagerschäden aufmerksam gemacht
werden kann. Eine derartige Einrichtung ist beispielsweise aus der
Aus
der
Aus
der
Den drei vorgenannten Lösungen aus dem Stand der Technik ist gemeinsam, dass jeweils Teile, die auf einem Lagerring befestigt sind, mit anderen Bauteilen, die auf dem jeweils anderen Lagerring befestigt sind, Wechselwirken, wodurch verwertbare Signale erzeugt werden.The three aforementioned solutions of the prior art common to each, parts attached to a bearing ring are, with other components, on the other bearing ring are fixed, interact, generating usable signals become.
Die
Schriften
Der vorliegenden Erfindung liegt vor dem Hintergrund des Standes der Technik die Aufgabe zugrunde, ein Wälzlager mit einer verbesserten Magneteinrichtung in möglichst einfacher und kostengünstiger Bauform zu schaffen.Of the The present invention is based on the prior art Technique based on the task, a rolling bearing with an improved Magnetic device in as simple and inexpensive To create a design.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.The Task is according to the invention with the features of claim 1.
Die Erfindung geht dabei von einer magnetischen Flussleiteinrichtung an einem Lagerelement, beispielsweise einem Lagerring eines Radial- oder Axiallagers aus, wobei mindestens ein magnetischer Kreis mit einem Polschuh vorausgesetzt ist, aus dem der magnetische Fluss wenigstens teilweise in Form eines Streuflusses austritt.The The invention is based on a magnetic flux guide on a bearing element, for example a bearing ring of a radial or thrust bearing, wherein at least one magnetic circuit with a pole piece is provided from which the magnetic flux at least partially exits in the form of a leakage flux.
Erfindungsgemäß befindet sich der Polschuh im Bereich der Bewegungsbahn der Wälzkörper des Wälzlagers, so dass wenigstens ein magnetisch aktiver und/oder leitfähiger, insbesondere weichmagnetischer Wälzkörper, bei Bewegung des Lagers den Polschuh passiert und damit den magnetischen Fluss in der Flussleiteinrichtung vorübergehend (zeitlich) verändert.According to the invention the pole piece in the region of the trajectory of the rolling elements of the rolling bearing, so that at least one magnetically active and / or conductive, in particular soft magnetic rolling elements, as the bearing moves, it passes the pole piece and thus the magnetic flux in the flux guide temporarily (temporally) changed.
Durch den geänderten Fluss wird in der elektrischen Wicklung eine Spannung induziert, die entweder zum Zwecke der Wandlung in elektrischer Energie weiter verarbeitet, gleichgerichtet und gespeichert werden kann oder die in einer Sensoreinrichtung als Information über das Passieren eines Wälzkörpers weiter verarbeitet werden kann. Im Sinne einer Sensoreinrichtung kann hierdurch beispielsweise die Drehzahl des Lagers oder noch genauer die Drehzahl des Lagerkäfigs oder der Wälzkörper bestimmt werden.By the changed flow is in the electrical winding induces a voltage, either for the purpose of conversion in electrical energy further processed, rectified and stored can be or in a sensor device as information about the passage of a rolling element processed further can be. In the sense of a sensor device, for example, the Speed of the bearing or more precisely the speed of the bearing cage or the rolling elements are determined.
Die induzierte Spannung kann auch dadurch verwendet werden, dass einerseits eine Nutzspannung erzeugt wird, die zum Betrieb einer Sensoreinrichtung verwendet wird und dass andererseits die detektierte Magnetflussänderung als Eingangssignal der Sensoreinrichtung genutzt wird.The induced tension can also be used by, on the one hand a useful voltage is generated, which is used to operate a sensor device and, on the other hand, the detected magnetic flux change is used as an input signal of the sensor device.
Zur Erzeugung eines magnetischen Flusses kann in der Flussleiteinrichtung entweder ein Permanentmagnet vorgesehen sein und/oder es kann eine Selbsterregungsspule als Wicklung um/an Elemente der Flussleiteinrichtung vorgesehen sein.to Generation of a magnetic flux may occur in the flux guide either a permanent magnet may be provided and / or it may be a self-excitation coil provided as a winding around / on elements of the flux guide be.
Die magnetische Flussleiteinrichtung bildet einen magnetischen Kreis, der durch einen oder mehrere Wälzkörper in einer bestimmten Position der Wälzkörper auf der Bewegungsbahn geschlossen wird. Damit wird der magnetische Flusswiderstand in dieser Position der Wälzkörper geändert, so dass der magnetische Fluss sich entsprechend zeitlich ändert, mit der Folge einer Spannungsinduktion.The magnetic flux guide forms a magnetic circuit, by one or more rolling elements in one certain position of the rolling elements on the trajectory is closed. Thus, the magnetic flux resistance in this Changed position of the rolling elements, so that the magnetic flux changes with time accordingly, with the consequence of a stress induction.
Die Wälzkörper müssen zu diesen Zweck aus einem magnetisch aktiven und/oder leitenden Stoff, beispielsweise einem Weicheisen bestehen. Es ist auch denkbar, dass die Wälzkörper aus einen hartmagnetischen, insbesondere magnetisierten Werkstoff bestehen, wodurch sie selbst in der Lage sind, in dem magnetischen Kreis beziehungsweise in der Flussleiteinrichtung einen magnetischen Fluss vorübergehend zu erzeugen.The Rolling elements must be made for this purpose a magnetically active and / or conductive substance, for example consist of a soft iron. It is also conceivable that the rolling elements made of a hard magnetic, in particular magnetized material exist, whereby they are able to be in the magnetic Circle or in the flux guide a magnetic Temporarily generate flow.
Eine derartige Gestaltung bringt jedoch das Problem mit sich, dass aufgrund der Rotation der Wälzkörper die Richtung des magnetischen Flusses nicht notwendigerweise vorhersagbar ist, so dass beispielsweise bei einer Sensoreinrichtung mit wechselnden Spannungsrichtungen gerechnet werden muss.A However, such a design involves the problem that due to the rotation of the rolling elements the direction of the magnetic River is not necessarily predictable, so for example in a sensor device with alternating voltage directions must be expected.
Werden walzenförmige Wälzkörper eingesetzt, so können diese in Richtung der Längsachse der Walze magnetisiert sein, so dass die Magnetflussrichtung des erzeugten magnetischen Flusses in der Flussleiteinrichtung vorhersagbar ist.Become roller-shaped rolling elements used, so these may be in the direction of the longitudinal axis of the Roller to be magnetized, so that the magnetic flux direction of the generated magnetic flux in the flux guide is predictable.
Die magnetische Flussleiteinrichtung kann einen/oder mehrere magnetische(n) Kreis(e) entweder auf nur einer Seite der Bewegungsbahn der Wälzkörper bilden oder auf beiden Seiten der Bewegungsbahn, wobei ein oder mehrere Wälzkörper gleichzeitig in den magnetischen Kreis eingefügt werden können.The magnetic flux guide may include one or more magnetic (s) Circle (s) either on only one side of the trajectory of the rolling elements form or on both sides of the trajectory, with an or several rolling elements simultaneously in the magnetic Circle can be inserted.
Es können dann auch beispielsweise auf beiden Seiten der Bewegungsbahn Permanentmagnete in der Flussleiteinrichtung vorgesehen sein.It can then also, for example, on both sides of the trajectory Permanent magnets may be provided in the flux guide.
Vorteilhaft kann auch vorgesehen sein, dass die Magneteinrichtung eine oder mehrere Platinen aufweist, die jeweils magnetische Flussleitelemente in Form einer Beschichtung sowie wenigstens eine elektrisch leitende, ein Flussleitelement umgebende Wicklung aufweisen.Advantageous can also be provided that the magnetic device one or comprises a plurality of boards, each magnetic flux guide in Form of a coating and at least one electrically conductive, having a flux guide surrounding winding.
Damit ist die Magneteinrichtung sehr einfach zwischen zwei Lagerelemente einschiebbar und kann als Ganze an einem der Lagerelemente befestigt werden. Die Magneteinrichtung ist zudem einfach industriell in großem Maßstab mit geringen Toleranzen herstellbar.In order to The magnetic device is very easy between two bearing elements retractable and can be attached as a whole to one of the bearing elements become. The magnetic device is also simply industrially in large Scale can be produced with narrow tolerances.
Beispielsweise ist es vorteilhaft denkbar, dass die Platine als kaschierte Platte im Ätzverfahren hergestellt ist.For example It is advantageously conceivable that the board as a laminated plate produced in the etching process.
Dabei kann die Kaschierung teilweise in einem elektrisch leitenden Material, teilweise mit einem magnetisch leitenden, insbesondere weichmagnetischen, Material bestehen, das in einem Ätzverfahren zur Ausformung von entsprechenden Leitelementen beziehungsweise Flussleitelementen ätzbar ist. In bekannter Weise wird durch Lackieren der Teile, die erhalten bleiben sollen, vor dem Ätzvorgang die gewünschte Form festgelegt.there the lamination may be partially in an electrically conductive material, partly with a magnetically conductive, in particular soft magnetic, Material consist in an etching process for molding Etchable by corresponding guide elements or flux guide elements is. In known manner, by painting the parts that received should remain before the etching process the desired Form set.
Eine derartige Platine kann beispielsweise auch biegsam sein, insbesondere zu einem Hohlzylinder formbar, so dass sie zwischen zwei Lagerringe eines Radiallagers einführbar ist.A such board can for example also be flexible, in particular formable to a hollow cylinder, so that they are between two bearing rings of a Radial bearing is insertable.
In flacher Form kann eine derartige Platine beispielsweise in ein Axiallager oder ein Linearlager eingeschoben werden.In flat form, such a board, for example, in a thrust bearing or a linear bearing can be inserted.
Soll die Magnetflusseinrichtung sich auf beiden Seiten der Bewegungsbahn der Wälzkörper erstrecken, so können auch mehrere Platinen kombiniert und von verschiedenen Seiten in den Lagerzwischenraum geschoben werden.Should the magnetic flux device is on both sides of the trajectory extend the rolling elements, so can also combined several boards and from different sides in be pushed the bearing gap.
Alternativ ist auch denkbar, die magnetischen Flussleitelemente an ein Lagerelement zu kleben oder in der Art als Teil des Lagerelementes auszubilden, dass bei der Herstellung des Lagerelementes in dieses entsprechende Nuten eingebracht werden, die später mit dem flussleitenden Material, beispielsweise in Form eines magnetischen Pulvers oder einer Paste oder auch eines entsprechend geformten Festkörpers, gefüllt werden. Zudem ist natürlich auch die Anwendung anderer Fügeverfahren wie beispielsweise Löten oder Schweißen zur Befestigung der Flussleitelemente an einem Lagerelement denkbar.alternative is also conceivable, the magnetic flux guide to a bearing element to glue or in the form of part of the bearing element, that in the manufacture of the bearing element in this corresponding Grooves are introduced later with the flux-conducting Material, for example in the form of a magnetic powder or a paste or a correspondingly shaped solid, be filled. In addition, of course, is the application other joining methods such as soldering or Welding for fastening the flux guide elements to a Bearing element conceivable.
Vorteilhaft kann zudem ein nicht magnetischer Käfig für die Wälzkörper vorgesehen sein, jedoch ist das Vorhandensein eines Käfigs für das Funktionieren der Erfindung nicht notwendig. Auch ein Käfig aus magnetisch leitfähigem Material ist bei genügend grossem Luftspalt zwischen Polschuh und Käfig möglich.Advantageous In addition, a non-magnetic cage for the Rolling be provided, however, the presence a cage for the operation of the invention unnecessary. Also a cage of magnetically conductive Material is between sufficiently large pole gap between pole shoe and cage possible.
Zudem kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass zwischen den Lagerelementen in unmittelbarer Nähe der Magnetflussleiteinrichtung insbesondere zwischen mehreren Polschuhen ein Elektronikmodul zur Verarbeitung der induzierten elektrischen Spannung bzw. Energie vorgesehen ist.moreover can be advantageously provided that between the bearing elements in the immediate vicinity of the magnetic flux conducting device in particular between several pole pieces an electronic module for processing the induced electrical voltage or energy is provided.
Das Elektronikmodul kann beispielsweise eine Gleichrichteinrichtung zur Umformung in einen Gleichstrom, eine Energiespeichereinrichtung in Form eines Kondensators, Akkumulators, einer Spule usw. oder eine Verarbeitungseinrichtung für sensorische Impulse enthalten und gegebenenfalls auch einen Sensor um entsprechende Messgrößen aus dem Wälzlager zu erfassen. Das Elektronikmodul kann entweder zusätzlich zu den magnetischen Flussleiteinrichtungen auf einem Lagerelement befestigt werden oder es kann bei Verwendung einer Platine in diese integriert oder auf diese beispielsweise als ASIC aufgesetzt sein.The Electronic module, for example, a rectifying device for conversion into a direct current, an energy storage device in the form of a capacitor, accumulator, a coil, etc. or contain a processing device for sensory impulses and optionally also a sensor for corresponding measured variables from the rolling bearing. The electronics module can either in addition to the magnetic flux guides be mounted on a bearing element or it may be in use a board integrated into this or these, for example be set up as an ASIC.
Soll die Magneteinrichtung sensorisch genutzt werden, so kann die Amplitude der induzierten Spannung sowie deren Verlauf ausgewertet werden, die auf den magnetischen Fluss rückschließen lässt. Beispielsweise kann auch wenigstens ein Wälzkörper und/oder ein Polschuh mit besonderen magnetischen Eigenschaften ausgestattet sein, wie besonders hoher Permeabilität, so dass bei Passieren dieses Referenz-Wälzkörpers vor einem Polschuh oder eines beliebigen Wälzkörpers vor dem Referenz-Polschuh eine besonders große Flussänderung eintritt. Die Auswertung kann dann eine Mitverfolgung der übrigen Wälzkörper über ihre magnetischen Eigenschaften vorsehen, wobei eine Kalibrierung bei jeder Lagerumdrehung über den besonderen Wälzkörper stattfindet.Should the magnetic device can be used sensory, so the amplitude the induced voltage and its course are evaluated, the to draw conclusions about the magnetic flux. For example can also at least one rolling element and / or a Pole shoe equipped with special magnetic properties such as especially high permeability, so when passing this reference rolling element in front of a pole piece or any rolling element in front of the reference pole piece a particularly large flow change occurs. The Evaluation can then be a follow-up of the remaining rolling elements over to provide their magnetic properties, with a calibration occurs at each bearing rotation on the special rolling elements.
Die Auswertung der Signale kann auch eine Nullstellenbestimmung des ermittelten Flussverlaufs bzw. der induzierten Spannung vorsehen, wodurch der Algorithmus besonders einfach wird. Wird eine Verlaufsfunktion linear interpoliert bzw. iterativ berechnet, so kann unter Zugrundelegen dieser Funktion auch eine absolute Lagerposition zwischen 2 Wälzkörperpassagen bestimmt werden, wenn die Zahl/der Abstand der magnetisch aktiven Wälzkörper bekannt ist. Besonders einfach ist eine Drehzahlbestimmung des Lagers und der Wälzkörper.The evaluation of the signals can also provide a zero position determination of the determined flow profile or the induced voltage, whereby the algorithm is particularly simple. If a gradient function is interpolated linearly or iteratively Based on this function, an absolute bearing position between 2 rolling element passages can also be determined if the number / distance of the magnetically active rolling elements is known. Particularly simple is a speed determination of the bearing and the rolling elements.
Es ist auch eine Fourieranalyse als Auswertungsmethode zur Bestimmung der Drehzahl denkbar, wenn die Zahl/der Abstand der magnetisch aktiven Wälzkörper bekannt ist.It is also a Fourier analysis as evaluation method for the determination The speed conceivable when the number / distance of the magnetically active Rolling is known.
Zusätzlich zu den durch die Bewegung der Wälzkörper erzeugten Flußänderungen kann auch an dem sich gegenüber der Magneteinrichtung bewegenden Lagerelement ein Magnet oder eine magnetische Dotierung vorgesehen sein, die einen zusätzlichen Fluß erzeugt uns damit zur Ermittlung einer Referenzposition des Lagers herangezogen werden kann.additionally to those generated by the movement of the rolling elements River changes can also be on the opposite the magnetic device moving bearing element is a magnet or a be provided with magnetic doping, an additional Flow thus creates us to determine a reference position of the warehouse can be used.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein oder mehrere Magnete mit Abstand zueinander am Umfang eines Lagerrings angeordnet und gemeinsam von einer am Umfang des Lagers umlaufenden Wicklungsspule umgeben sind.A Further advantageous embodiment of the invention provides that one or more magnets spaced apart on the circumference of a Bearing ring arranged and shared by one on the circumference of the bearing Surrounding winding coil are surrounded.
Diese Ausgestaltung führt zu einer einfachen Konstruktion mit einem technisch gut verwendbaren Niveau der Induktionsspannung. Die Konstruktion hat außerdem den Vorteil, dass das Lagerinnere von äußeren Einflüssen durch die Magneteinrichtung abgeschirmt wird.These Design leads to a simple construction a technically usable level of induction voltage. The construction also has the advantage that the bearing interior external influences by the magnetic device is shielded.
Die Konstruktion kann vorteilhaft auch mit einer Spalt- oder Lippendichtung kombiniert werden.The Construction can also be beneficial with a split or lip seal be combined.
Es kann dabei außerdem vorgesehen sein, dass die Magneteinrichtung einen Ring mit an diesem in regelmäßigen Abständen befestigten Magneten aufweist, wobei der Ring als Spannring in eine am Umfang eines Lagerrings umlaufende Nut einlegbar ist. Dies führt zu einer einfachen Montierbarkeit und auch zur Nachrüstbarkeit von Lagern mit einer Magneteinrichtung. Zudem können Fertigungstoleranzen aufgenommen werden.It can also be provided that the magnetic device a ring with this at regular intervals having fixed magnets, wherein the ring as a clamping ring in a On the circumference of a bearing ring circumferential groove can be inserted. this leads to for easy mounting and retrofitting of bearings with a magnetic device. In addition, manufacturing tolerances can be added become.
Auf dem Käfig zwischen den Wälzkörpern können Magnete den magnetischen Fluss verstärken oder schwächen und somit eine größere Flussänderung hervorrufen, die wiederum zu einer höheren Induktionsspannung führt.On the cage between the rolling elements can Magnets strengthen or weaken the magnetic flux and thus a larger flow change cause, in turn, a higher induction voltage leads.
Zudem ist eine Belastungserkennung durch die Änderung des magnetischen Widerstandes des magnetischen Kreises bei Belastung des Lagers möglich.moreover is a load detection by the change of the magnetic Resistance of the magnetic circuit under load of the bearing possible.
Die Erfindung bezieht sich in diesem Rahmen auch auf ein Verfahren zum Betrieb eines Wälzlagers, bei dem ein Sensor, insbesondere eine Wicklung an einem Magnetkreis oder ein Magnetfeldsensor den durch einen einzigen Wälzkörper gehenden magnetischen Fluß detektiert und aus dem erfassten magnetischen Fluß einen mechanischen Belastungszustand des Wälzkörpers ermittelt.The The invention also relates in this context to a method for Operation of a rolling bearing, wherein a sensor, in particular a winding on a magnetic circuit or a magnetic field sensor the by a single rolling element going magnetic River detected and from the detected magnetic flux a mechanical load condition of the rolling element determined.
Einerseits ändert sich der Luftspalt zwischen Wälzkörper und Polschuh bei axialer Belastung, andererseits auch die Kontaktfläche zwischen Wälzkörper/Laufbahn. Dies ist besonders wirksam, wenn wenigstens einer der Lagerringe magnetisch leitend ausgebildet ist.On the one hand changes the air gap between rolling element and pole piece at axial load, on the other hand, the contact surface between rolling element / raceway. This is special effective if at least one of the bearing rings formed magnetically conductive is.
Der magnetische Fluss kann detektiert werden mittels eines Hallsensors mit sehr schmaler Bauweise im magnetischen Kreis oder rückwirkend über die induzierte Spannung mit Hilfe einer Sektor-Wicklung.Of the magnetic flux can be detected by means of a Hall sensor with very narrow construction in the magnetic circuit or retroactively over the induced voltage by means of a sector winding.
Eine genaue Lastzonenerkennung ist möglich, da jeder Wälzkörper über die Magneteinrichtung auch einzeln detektiert werden kann.A accurate load zone detection is possible because each rolling element over the magnetic device can also be detected individually.
Für Anwendungen unter widrigen Umgebungsbedingungen wie beispielsweise im Unterwasserbereich kann die Magneteinrichtung auch mit einem Kunststoff vergossen sein.For Applications in adverse environmental conditions such as in the underwater area, the magnetic device can also with a Be plastic shed.
Um die Meßgenauigkeit zu erhöhen, kann zudem eine Temperaturerfassung der Magneteinrichtung vorgesehen sein. Die Temperatur kann mittelbar durch den Spulenwiderstand oder ein Thermoelement gemessen werden. Dies ist vorteilhaft, um die Temperaturabhängigkeit der magnetischen Flussänderung berücksichtigen zu können.Around can increase the accuracy, can also a Temperature detection of the magnetic device may be provided. The temperature can indirectly through the coil resistance or a thermocouple be measured. This is beneficial to the temperature dependence take into account the magnetic flux change to be able to.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in einer Zeichnung gezeigt und nachfolgend beschrieben.in the The invention is based on an embodiment shown in a drawing and described below.
Dabei zeigtthere shows
Bewegt
sich ein Wälzkörper zwischen die jeweils einander
gegenüberliegenden Polschuhe
Nach Weiterbewegung der Wälzkörper sinkt der Fluss wieder ab.To Further movement of the rolling elements decreases the flow again.
Durch
die Flussänderungen wird in den Wicklungen
Grundsätzlich
kann statt der Permanentmagnete
In
der
Im
Zwischenraum zwischen den Lagerringen ist die Magneteinrichtung
In
der Figur ist mit I zudem die Blickrichtung angedeutet, in der die
Die
Es bleibt festzustellen, dass durch entsprechende Streckung der Lagerelemente auch ein lineares Lager mit der Magneteinrichtung in erfindungsgemäßer Weise aufgebaut werden kann.It remains to be determined that by appropriate stretching of the bearing elements also a linear bearing with the magnetic device in accordance with the invention Way can be constructed.
In
der
Zudem
ist in der
Ein solcher Permanentmagnet kann jedoch auch dadurch erzeugt werden, dass auf die Platine ein hartmagnetischer, möglicherweise pulverförmiger Werkstoff aufgebracht wird, der nachfolgend magnetisiert wird.However, such a permanent magnet can also be generated by the fact that on the board a hard magnetic, possibly powdery material is applied, which is subsequently magnetized.
Zudem
befinden sich auf der Platine Wicklungen
In
der
In
der
Die
Käfigdrehzahl kann unmittelbar gemessen werden und hieraus
kann gegebenenfalls unter Berücksichtigung der Abrollkinematik
der Wälzkörper und eines Schlupfes auch die Drehzahl
des Lagers bestimmt werden. Alternativ oder zusätzlich
kann auch eine Gleichrichteinrichtung in dem Modul
Die
Die
Durch
die geschlossene Anordnung der ringförmigen Magneteinrichtung
Das
Flussleitelement
Das
Flussleitelement
Es
bilden sich zwei magnetische Kreise aus. Der erste magnetische Kreis
wird von dem Außenring
Der
zweite magnetische Kreis wird von dem Permanentmagneten
Tritt
eine nur radial gerichtete Belastung auf, ändert sich nur
der Spalt
Tritt
dagegen eine nur axial gerichtete Belastung auf, ändert
sich nur der Spalt
Die
Ausgestaltung des Flussleitelementes
Bei
den in
Bei
der in
An
der inneren Wandung des Außenrings
Die
Wicklungsspule
In
Im
Betrieb des Lagers überlagert sich dann das mit der Lagerdrehzahl
des Innenrings
In
Ein
Magnetfeld wird durch eine erste Wicklungsspule
Es
versteht sich, dass auch auf der anderen Seite der Laufbahn der
Wälzkörper
Der
vorbeschriebene magnetische Kreis ist als erster Teilkreis eines
magnetischen Messsystems ausgebildet. Das magnetische Messsystem
umfasst einen zweiten Teilkreis, der von dem radialen Teilabschnitt
Der
magnetische Fluss in dem ersten Teilkreis, der den Spalt
In
der Kompensationsstrecke
Die
Messspule
Es
versteht sich, dass die in
Die
Wicklungsspule ist in einem Spulenträger
Das
erste Flussleitelement
Bei
dem in
Bei
den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen war
eine Spule, insbesondere eine den Polschuh umgebende oder als Wicklungsspule
Die Induktivität der Spule, die die Änderung des magnetischen Flusses in dem magnetischen Kreis erfasst, kann auch derart genutzt werden, mittels eines ersten Strompulses ein Magnetfeld einer Stärke hervorzurufen, das in den Wälzkörpern einen Wirbelstrom induziert, dessen Magnetfeld wiederum von der Spule erfasst wird, wobei der induzierte Wirbelstrom von dem Abstand der Spule, speziell auch des Spaltes, zu dem Wälzkörper bzw. zu dem Lagerring abhängt.The Inductance of the coil, which is the change of the magnetic River detected in the magnetic circuit, can also be used in this way be, by means of a first current pulse, a magnetic field of a strength cause, in the rolling elements an eddy current whose magnetic field is in turn detected by the coil, wherein the induced eddy current of the distance of the coil, specifically also the gap, to the rolling elements or to the Bearing ring depends.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen waren die magnetischen Sensoren als Hall-Sensoren ausgebildet. Es versteht sich, dass auch magnetische Sensoren vorgesehen sein können, die auf dem magnetoresistiven Effekt basieren, bei der sich also der elektrische Widerstand in Abhängigkeit von Betrag und Richtung eines äußeren Magnetfeldes ändert. Speziell können solche magnetoresistiven Sensoren vorgesehen sein, die auf einem der XMR-Effekte basieren, nämlich auf dem GMR-Effekt (giant magnetoresistance, X = G), dem AMR-Effekt (anisotrope magnetoresistance, X = A), dem CMR-Effekt (colossal magnetoresistance, X = C) oder dem TMR-Effekt (tunneling magnetoresistance, X = T).In the embodiments described above, the magnetic sensors were designed as Hall sensors. It is understood that magnetic sensors can also be provided NEN, which are based on the magnetoresistive effect, in which so the electrical resistance changes depending on the magnitude and direction of an external magnetic field. Specifically, such magnetoresistive sensors can be provided based on one of the XMR effects, namely the GMR effect (X = G), the AMR effect (anisotropic magnetoresistance, X = A), the CMR effect ( colossal magnetoresistance, X = C) or the TMR effect (tunneling magnetoresistance, X = T).
Generell erlaubt die Erfindung die platzsparende Anordnung einer Magneteinrichtung in einem Lager, die entweder sensorischen Zwecken oder der Wandlung von mechanischer Energie in elektrische Energie dienen kann. Es werden hierzu die Wälzkörper selbst als magnetisch aktive Elemente benutzt, die einen Magnetkreis öffnen und schließen oder, falls sie hartmagnetisch ausgebildet und magnetisiert sind, kann durch die sich bewegenden Wälzkörper auch ein zeitlich veränderlicher, zusätzlicher Fluss in dem jeweiligen Magnetkreis aktiv erzeugt werden.As a general rule The invention allows the space-saving arrangement of a magnetic device in a warehouse, either for sensory purposes or transformation from mechanical energy to electrical energy. It For this purpose, the rolling elements themselves as magnetic used active elements that open a magnetic circuit and close or, if they are hard magnetically formed and can be magnetized by the moving rolling elements as well a time-varying, additional flow be actively generated in the respective magnetic circuit.
- 1, 2,1, 2,
- magnetische Flussleitelementemagnetic flux guides
- 33
- Bewegungsbahntrajectory
- 4, 54, 5
- Wälzkörperrolling elements
- 6, 7, 8, 96 7, 8, 9
- Polschuhepole pieces
- 10, 1110 11
- Permanentmagnetepermanent magnets
- 12, 13, 14, 15, 24, 2512 13, 14, 15, 24, 25
- Wicklungenwindings
- 1616
- Außenringouter ring
- 1717
- Innenringinner ring
- 1818
- Laufrinnenspillways
- 19, 2019 20
- Lagerringebearing rings
- 2121
- Platinecircuit board
- 2222
- Magneteinrichtungmagnetic device
- 2323
- Permanentmagnetpermanent magnet
- 2626
- elektronisches Modulelectronic module
- 30, 3130 31
- Lagerringebearing rings
- 3232
- Magneteinrichtungmagnetic device
- 3333
- Ringring
- 3434
- Magnetemagnets
- 3535
- Magnetisierungsrichtungmagnetization direction
- 3636
- Wicklungsspulewinding coil
- 3737
- Wälzkörperrolling elements
- 4040
- Innenringinner ring
- 4141
- Außenringouter ring
- 4242
- radialer Teilabschnittradial part Of
- 4343
- Flussleitelementflux collector
- 4444
- axialer Teilabschnittaxial part Of
- 4545
-
Spalt
mit Innenring
40 Gap with inner ring40 - 4646
- Wälzkörperrolling elements
- 4747
-
Spalt
mit Wälzkörper
46 Gap with rolling elements46 - 4848
- Permanentmagnetpermanent magnet
- 4949
- magnetischer Sensormagnetic sensor
- 5050
- magnetischer Sensormagnetic sensor
- 5151
- SelbsterregungsspuleSelf-excitation coil
- 6060
- Innenringinner ring
- 6161
- Außenringouter ring
- 6262
- radialer Teilabschnittradial part Of
- 6363
- Flussleitelementflux collector
- 6464
- axialer Teilabschnittaxial part Of
- 6666
- Wälzkörperrolling elements
- 6767
-
Spalt
mit Wälzkörper
66 Gap with rolling elements66 - 6868
- Permanentmagnetpermanent magnet
- 6969
- Wicklungsspulewinding coil
- 7070
- magnetisches Elementmagnetic element
- 7171
-
Spalt
zwischen dem axialen Teilabschnitt
64 und dem magnetischen Element70 Gap between the axial section64 and the magnetic element70 - 8080
- Innenringinner ring
- 8181
- Außenringouter ring
- 8282
- radialer Teilabschnittradial part Of
- 8383
- Flussleitelementflux collector
- 8484
- axialer Teilabschnittaxial part Of
- 8888
- Wälzkörperrolling elements
- 8787
- Spaltgap
- 8989
- erste Wicklungsspulefirst winding coil
- 9090
- zweite Wicklungsspulesecond winding coil
- 100100
- Innenringinner ring
- 101101
- Außenringouter ring
- 102102
- radialer Teilabschnittradial part Of
- 103103
- Flussleitelementflux collector
- 104104
- axialer Teilabschnittaxial part Of
- 106106
- Wälzkörperrolling elements
- 107107
- Spaltgap
- 108108
- Permanentmagnetpermanent magnet
- 109109
- SpuleKitchen sink
- 111111
- Kompensationsstreckecompensation range
- 112112
- Hilfssensorauxiliary sensor
- 113113
- Kompensationsspulecompensating coil
- 120120
- Innenringinner ring
- 121121
- Außenringouter ring
- 122, 122a, 122b122 122a, 122b
- radialer Teilabschnittradial part Of
- 123, 123a, 123b123 123a, 123b
- Flussleitelementflux collector
- 124, 124a, 124b124 124a, 124b
- axialer Teilabschnittaxial part Of
- 126126
- Wälzkörperrolling elements
- 127127
- Spaltgap
- 128128
- Permanentmagnetpermanent magnet
- 129, 129a, 129b129 129a, 129b
- Spulenträgercoil carrier
- 130130
- Kunststoff-AbdichtungPlastic sealing
- 131131
- Dichtspaltsealing gap
- 132132
-
Endabschnitt
des axialen Teilabschnittes
124 ,124a End portion of the axial section124 .124a - 133133
-
Endabschnitt
des radialen Teilabschnittes
122 ,122a End portion of the radial section122 .122a - 134134
-
Aufnahmenut
des Außenrings
121 Receiving groove of the outer ring121 - 135135
-
axial
abgestellter Endabschnitt des radialen Teilabschnittes
122b axially parked end portion of the radial portion122b
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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