DE102010005476A1 - Device for acquisition of load in roller bearing, has unit, which determines alteration of scope contour of body of roller body under load, where unit comprises sensing unit - Google Patents

Device for acquisition of load in roller bearing, has unit, which determines alteration of scope contour of body of roller body under load, where unit comprises sensing unit Download PDF

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Abstract

The device has a unit, which determines alteration of scope contour of the body of the roller body (4) under the load. The unit comprises a sensing unit (7), where the sensing unit determines a passage for measuring points (15) at scope contour. The two measuring points have spacing in direction of load. An independent claim is also included for a method for detecting load in a roller bearing.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren nach Anspruch 8 zur Bestimmung der Last in einem Wälzlager, wobei das Wälzlager mindestens einen Wälzkörper umfasst.The invention relates to a device according to claim 1 and a method according to claim 8 for determining the load in a rolling bearing, wherein the rolling bearing comprises at least one rolling element.

Dem Fachmann ist bekannt, dass bei Betrieb eines Wälzlagers eine Last auftritt, insbesondere eine Kraft, beispielsweise aufgrund eines Gewichtes einer in dem Wälzlager gelagerten Welle, die insbesondere in einer Richtung in dem Wälzlager auftritt, also über die Erstreckung des Wälzlagers ungleichmäßig verteilt ist. Eine Kenntnis der Last, insbesondere eine Bestimmung der Last nach Betrag und Richtung, ist erforderlich, um ggf. zusammen mit anderen Parametern Lagerschäden rechtzeitig erkennen zu können.It is known to the person skilled in the art that during operation of a roller bearing a load occurs, in particular a force, for example due to a weight of a shaft mounted in the roller bearing, which occurs in particular in one direction in the roller bearing, that is unevenly distributed over the extent of the roller bearing. A knowledge of the load, in particular a determination of the load in terms of amount and direction, is required in order, if necessary, to be able to recognize bearing damage in good time together with other parameters.

Aus dem Stand der Technik ist bekannt, zur Erfassung der Last in einem Wälzlager an einem der Lagerringe des Wälzlagers einen Signalgeberring anzuordnen, wobei an dem anderen Lagerring mindestens ein Sensor angeordnet ist, wobei die von dem mindestens einem Sensor erfassten Signale des Signalgeberrings lastabhängig sind. Der Signalgeberring stellt dabei eine aufwendig durchzuführende Maßnahme dar, die den Aufbau des Wälzlagers aufwendig macht. Weiter lassen sich die Signale des mindestens einen Sensors nur aufwendig, mittels nachgeschalteter Rechnungen, auswerten, um die Last bestimmen zu können.From the prior art it is known to arrange for detecting the load in a rolling bearing on one of the bearing rings of the bearing a signal generator ring, wherein at the other bearing ring at least one sensor is arranged, wherein the signals detected by the at least one sensor sensor ring are load-dependent. The signal generator ring is a complex measure to be performed, which makes the structure of the rolling bearing consuming. Furthermore, the signals of the at least one sensor can be evaluated only with great difficulty, by means of downstream calculations, in order to be able to determine the load.

US 7,501,811 B2 beschreibt eine Vorrichtung zur Erfassung der Last in einem Wälzlager, wobei die Vorrichtung einen Encoderring umfasst, der an dem sich drehenden Lagerring des Wälzlagers angeordnet ist, sowie einen Sensor, der auf die Signale des Encoderrings anspricht, und der an dem stehenden Lagerring angeordnet ist. Tritt eine Last auf, verschieben sich die beiden Lagerringe und damit der Encoderring relativ zu dem Sensor, so dass sich die von dem Sensor empfangenen Signale des Encoderrings ändern. Eine nachgeschaltete elektronische Auswertung ermöglicht dann die Bestimmung der Last aus den Signalen des Sensors. US 7,501,811 B2 describes a device for detecting the load in a rolling bearing, wherein the device comprises an encoder ring which is arranged on the rotating bearing ring of the rolling bearing, and a sensor which is responsive to the signals of the encoder ring, and which is arranged on the stationary bearing ring. If a load occurs, the two bearing rings, and thus the encoder ring, move relative to the sensor, so that the signals of the encoder ring received by the sensor change. A downstream electronic evaluation then allows the determination of the load from the signals of the sensor.

US 7,557,569 B2 beschreibt eine Vorrichtung zur Erfassung der Last in einem Wälzlager, umfassend einen mit dem sich drehenden Lagerring drehfesten Signalgeber, der zwei in verschiedene Richtungen weisende Flächenabschnitte aufweist, sowie mindestens drei am Umfang des anderen Lagerrings angeordnete Sensoren, die jeweils zwei Teilsensoren umfassen, die ihrerseits jeweils auf einen der beiden Flächenabschnitte ansprechen. Insgesamt sind mindestens sechs Teilsensoren erforderlich, die eine aufwendige, nachgeschaltete Auswertung erforderlich machen. US 7,557,569 B2 describes a device for detecting the load in a rolling bearing, comprising a rotationally fixed to the rotating bearing ring signal generator having two facing in different directions surface portions, and at least three arranged on the circumference of the other bearing ring sensors, each comprising two part sensors, each in turn respond to one of the two surface sections. Overall, at least six partial sensors are required, which require a complex, downstream evaluation.

EP 1 995 580 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Erfassen der Last in einem Wälzlager, umfassend einen Encoderring mit V-förmigen, umlaufenden Ausnehmungen sowie jeweils zwei Sensoren, wobei die Verschiebung der beiden Lagerringe zueinander in axialer Richtung sowie die Neigung der beiden Lagerringe zueinander erfasst wird. EP 1 995 580 A1 describes a device for detecting the load in a rolling bearing, comprising an encoder ring with V-shaped, circumferential recesses and two sensors, wherein the displacement of the two bearing rings to each other in the axial direction and the inclination of the two bearing rings is detected to each other.

Dem Fachmann ist weiter bekannt, dass die Wälzkörper eines Wälzlagers unter Einwirken einer Last eine Formänderung des Korpus des Wälzkörpers erfahren, speziell eine sogenannte Einfederung. Ein ohne Last beispielsweise kugelförmiger Wälzkörper erfährt unter Last eine Formänderung im wesentlichen derart, dass die Erstreckung des Korpus in den Richtungen senkrecht zu der Last unverändert bleibt, die Erstreckung in Richtung der Last jedoch geringer wird, so dass der kugelförmige Wälzkörper in Richtung der Last abgeflacht wird. Aufgrund der Reduzierung der Abmessungen des Korpus des Wälzkörpers in Richtung der einwirkenden Last verlagert sich der Mittelpunkt des Wälzkörpers in Richtung der einwirkenden Kraft, weiter nahern sich die beiden Lagerringe einander an. Eine entsprechende Betrachtung gilt für nicht-kugelförmige Wälzkörper, beispielsweise für Wälzkörper mit kreisförmigem Querschnittsprofil wie zylindrische, tonnenförmige oder kegelige Wälzkörper.The person skilled in the art is further aware that, under the action of a load, the rolling elements of a rolling bearing experience a change in shape of the body of the rolling element, in particular a so-called deflection. A loadless spherical roller, for example, undergoes a change in shape substantially under load such that the extension of the body in the directions perpendicular to the load remains unchanged, but the extension towards the load becomes smaller, so that the spherical rolling element flattened toward the load becomes. Due to the reduction of the dimensions of the body of the rolling element in the direction of the applied load, the center of the rolling element moves in the direction of the applied force, further, the two bearing rings approach each other. A corresponding consideration applies to non-spherical rolling elements, for example, for rolling elements with a circular cross-sectional profile such as cylindrical, barrel-shaped or conical rolling elements.

DE 101 36 438 A1 beschreibt in Absatz (0005) die grundsätzliche Möglichkeit, die Einfederung der Wälzkörper unter Last derart zur Erfassung der Last zu nutzen, dass der Abstand der sich aufgrund der Einfederung der Wälzkörper annähernden Lagerringe erfasst wird. Eine derartige Erfassung ist umständlich durchzuführen, da hier sehr präzise Messungen nahe der Laufbahn durchzuführen sind, wobei die generierten Signale aus dem Wälzlager herausgeführt werden müssten. DE 101 36 438 A1 describes in paragraph (0005) the basic possibility of using the deflection of the rolling elements under load in such a way to detect the load that the distance between the bearing rings approaching due to the deflection of the rolling elements is detected. Such a detection is cumbersome to perform, since very precise measurements are to be carried out near the track, the generated signals would have to be led out of the rolling bearing.

EP 0 637 734 B1 beschreibt eine Vorrichtung zur Erfassung der Last in einem Wälzlager, wobei mindestens ein Wälzkörper eine Bohrung aufweist, an deren Innenwandung ein Sensor, beispielsweise ein Dehnmessstreifen, angeordnet ist. Unter Last verformt sich der Wälzkörper und damit die Innenwandung, so dass ein Signal generiert wird, das aus dem Wälzkörper und aus dem Wälzlager herausgeführt werden muss. Ungünstig ist, dass der mit der Bohrung versehene Wälzkörper eine nur geringe Tragfähigkeit aufweist. EP 0 637 734 B1 describes a device for detecting the load in a rolling bearing, wherein at least one rolling element has a bore, on whose inner wall a sensor, for example a strain gauge, is arranged. Under load, the rolling element and thus the inner wall deforms, so that a signal is generated, which must be led out of the rolling element and from the rolling bearing. It is unfavorable that the rolling element provided with the bore has only a low load capacity.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine einfache Vorrichtung sowie ein einfach durchzuführendes Verfahren zur Erfassung der Last in einem Wälzlager anzugeben.It is the object of the invention, a simple device as well as an easy to perform Specify method for detecting the load in a rolling bearing.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für ein Wälzlager nach Anspruch 7 durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 im wesentlichen gelöst durch ein Mittel, das die Änderung der Umfangskontur des Korpus des Wälzkörpers unter der Last erfasst, sowie nach Anspruch 8 durch ein Verfahren mit dem wesentlichen Verfahrensschritt des Erfassens einer Änderung der Umfangskontur des Korpus des Wälzkörpers unter der Last.This object is achieved according to the invention for a rolling bearing according to claim 7 by a device according to claim 1 substantially by a means which detects the change in the peripheral contour of the body of the rolling element under the load, and according to claim 8 by a method with the essential step of detecting a change in the circumferential contour of the body of the rolling element under the load.

Die Erfassung der Änderung der Umfangskontur des Wälzkörpers erfordert keine Änderung des Wälzkörpers selbst, insbesondere kann der Wälzkörper seine Tragfähigkeit beibehalten. Es ist ebenfalls nicht erforderlich, an einen der Lagerringe zusätzlich einen Signalgeberring wie beispielsweise einen Encoderring anzuordnen.The detection of the change in the circumferential contour of the rolling element requires no change in the rolling element itself, in particular, the rolling element can maintain its load capacity. It is also not necessary to additionally arrange a signal generator ring such as an encoder ring on one of the bearing rings.

Die Änderung der Umfangskontur des Korpus des Wälzkörpers liefert eine einfach zu erfassende Messgröße, die unmittelbar mit der Last in Beziehung gesetzt werden kann. Dabei wird die Änderung der Umfangskontur des Wälzkörpers in einer Blickrichtung senkrecht zu der Wirkrichtung der Last erfasst.The change in the circumferential contour of the body of the rolling element provides an easily measurable quantity that can be directly related to the load. In this case, the change in the circumferential contour of the rolling element is detected in a viewing direction perpendicular to the effective direction of the load.

Vorzugsweise ist hinsichtlich der Vorrichtung vorgesehen, dass das Mittel zur Erfassung der Änderung der Umfangskontur des Korpus des Wälzkörpers unter der Last eine Bildaufnahme der Umfangskontur des Korpus des Wälzkörpers erstellt, insbesondere dass das Mittel eine Kamera, speziell eine Wärmebildkamera umfasst. Die Bildaufnahme liefert dabei eine zweidimensionale Darstellung des Korpus des Wälzkörpers unter der Last, aus der sich die eindimensionale Umfangskontur ermitteln lässt. Die Wärmebildkamera stellt sicher, dass Änderungen der Umfangskontur aufgrund der thermischen Ausdehnung des Wälzkörpers im Betrieb des Wälzlagers bei der Auswertung der Bildaufnahme zur Bestimmung der Last mit berücksichtigt werden können. Unabhängig von der konkreten Ausgestaltung des Mittels zur Erfassung der Änderung der Umfangskontur des Korpus des Wälzkörpers unter der Last umfasst das Verfahren in einer bevorzugten Durchführung damit den Schritt des Erfassens der Temperatur des Korpus des Wälzkörpers.With regard to the device, it is preferably provided that the means for detecting the change in the circumferential contour of the body of the rolling element under the load creates an image of the peripheral contour of the body of the rolling element, in particular that the means comprises a camera, especially a thermal imaging camera. The image acquisition provides a two-dimensional representation of the body of the rolling element under the load, from which the one-dimensional circumferential contour can be determined. The thermal imaging camera ensures that changes in the circumferential contour due to the thermal expansion of the rolling element during operation of the rolling bearing can be taken into account in the evaluation of the image acquisition for determining the load. Regardless of the specific embodiment of the means for detecting the change in the peripheral contour of the body of the rolling element under the load, the method in a preferred implementation thus comprises the step of detecting the temperature of the body of the rolling body.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Mittel zur Erfassung der Änderung der Umfangskontur des Korpus des Wälzkörpers unter der Last eine Sensoreinheit umfasst, wobei die Sensoreinheit ein Passieren einer ersten Messstelle an der Umfangskontur und einer zweiten Messstelle an der Umfangskontur erfasst, und wobei die beiden Messstellen in Richtung der Last einen Abstand aufweisen. Die Erfassung der Änderung der Umfangskontur vereinfacht sich dabei wesentlich, da nur zwei Messstellen angemessen werden müssen, deren Positionsänderung aufgrund der Einfederung des Korpus des Wälzkörpers für die Änderung der Gestalt des gesamten Korpus des Wälzkörpers charakteristisch ist. Da nur zwei Messwerte erfasst werden, reduziert sich der für die Auswertung erforderliche Aufwand deutlich. Die beiden angemessenen Messstellen sind bezogen auf die Richtung der Last derart wählbar, dass bei der Verkürzung der Abmessung des Wälzkörpers unter der Einwirkung der Last eine beispielsweise oberhalb des Mittelpunktes des Wälzkörpers gelegene Messstelle ein zeitlich anderes, beispielsweise früheres, Messsignal liefert als eine andere, beispielsweise unterhalb des Mittelpunktes des Wälzkörpers gelegene Messstelle. Eine derartige Vorrichtung ermöglicht eine bevorzugte Durchführung des Verfahrens derart, dass die Änderung der Umfangskontur erfasst wird durch das Erfassen des Passierens einer ersten Messstelle an der Umfangskontur und das Erfassen des Passierens einer zweiten Messstelle an der Umfangskontur, wobei die beiden Messstellen einen Abstand in Richtung der Last aufweisen, wobei zwischen dem jeweiligen Passieren der beiden Messstelle eine zeitliche Differenz ermittelt wird. Aus der zeitlichen Differenz der den beiden Messstellen entsprechenden Messsignale lässt sich – ggf. nach einer einfachen Kalibrierung – auf die Änderung der Umfangskontur des Wälzkörpers bzw. direkt auf die auftretende Last schließen.It is preferably provided that the means for detecting the change of the circumferential contour of the body of the rolling element under the load comprises a sensor unit, wherein the sensor unit detects a passing of a first measuring point on the peripheral contour and a second measuring point on the peripheral contour, and wherein the two measuring points Direction of the load have a distance. The detection of the change in the circumferential contour simplifies considerably, since only two measuring points must be appropriate whose position change is characteristic due to the deflection of the body of the rolling element for the change in the shape of the entire body of the rolling element. Since only two measured values are recorded, the effort required for the evaluation is reduced significantly. The two appropriate measuring points are selected with respect to the direction of the load such that when shortening the dimension of the rolling element under the action of the load, for example, located above the center of the rolling element measuring point provides a different time, for example earlier, measurement signal than another, for example located below the center of the rolling body location. Such a device allows a preferred implementation of the method such that the change of the circumferential contour is detected by detecting the passing of a first measuring point on the peripheral contour and detecting the passing of a second measuring point on the peripheral contour, wherein the two measuring points a distance in the direction of Have load, wherein between the respective passing of the two measuring point, a time difference is determined. From the time difference between the two measuring points corresponding measurement signals can be - possibly after a simple calibration - close to the change of the circumferential contour of the rolling element or directly to the load occurring.

Vorzugsweise ist zum Anmessen der zwei Messstellen vorgesehen, dass die Sensoreinheit einen ersten Näherungssensor zur Messung der ersten Messstelle sowie einen zweiten Näherungssensor zur Messung der zweiten Messstelle umfasst. Die beiden Näherungssensoren können dabei Kontaktstifte umfassen, die das Korpus des Wälzkörpers an den beiden Messstellen berühren, wobei die Kontaktstifte beispielsweise einen elektrischen Kontakt schließen oder öffnen. Alternativ oder ergänzend hierzu können die beiden Näherungssensoren berührungslos wirken und beispielsweise auf magnetischen oder elektrischen, speziell induktiven oder kapazitiven, Messprinzip basieren. Möglich ist weiter, die beiden Näherungssensoren als optische oder akustische Schranke auszubilden.Preferably, in order to measure the two measuring points, it is provided that the sensor unit comprises a first proximity sensor for measuring the first measuring point and a second proximity sensor for measuring the second measuring point. The two proximity sensors may comprise contact pins that touch the body of the rolling element at the two measuring points, wherein the contact pins close or open, for example, an electrical contact. Alternatively or additionally, the two proximity sensors can act without contact and, for example, based on magnetic or electrical, especially inductive or capacitive, measuring principle. It is also possible to design the two proximity sensors as optical or acoustic barriers.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Sensoreinheit einen Temperaturfühler umfasst, der die Temperatur des Korpus des Wälzkörpers erfasst. Der Temperaturfühler kann insbesondere ein berührungslos arbeitender Infrarotsensor sein, der unabhängig von den beiden Näherungssensoren wirkt. Es versteht sich, dass auch einer oder beide Näherungssensoren die zusätzliche Eigenschaft aufweisen können, die Temperatur der angemessenen Messpunkte zu erfassen. It is preferably provided that the sensor unit comprises a temperature sensor which detects the temperature of the body of the rolling body. In particular, the temperature sensor can be a non-contact infrared sensor which acts independently of the two proximity sensors. It is understood that one or both proximity sensors may also have the additional property of detecting the temperature of the appropriate measurement points.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Sensoreinheit in eine Abdeckung des Wälzlagers, insbesondere in eine Dichteinheit des Wälzlagers, baulich integriert ist. Die Abdeckung lässt sich bei Bedarf leicht entfernen bzw. bei Bedarf, insbesondere zu Messzwecken, einfach einbauen. Im Bereich der Abdeckung bzw. der Dichteinheit sind die Sensoren der Sensoreinheit gegenüber Schwingungen des Wälzlagers im Betrieb geschützt angeordnet, da zwischen dem Lagerring und der Abdeckung bzw. der Dichteinheit eine dämpfende elastische Lage, beispielsweise eine anliegende Dichtlippe, vorgesehen ist. Die Sensoren können der Bewegung des Lagers folgen, so dass eine genaue Messung der räumlichen bzw. zeitlichen Abstände ermöglicht wird.It is preferably provided that the sensor unit is structurally integrated in a cover of the rolling bearing, in particular in a sealing unit of the rolling bearing. The cover can be easily removed if necessary or simply installed, if necessary, especially for measurement purposes. In the region of the cover or the sealing unit, the sensors of the sensor unit are protected against vibrations of the rolling bearing during operation, since a damping elastic layer, for example an adjacent sealing lip, is provided between the bearing ring and the cover or the sealing unit. The sensors can follow the movement of the bearing, so that an accurate measurement of the spatial or temporal distances is made possible.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung.Further advantages and features of the invention will become apparent from the dependent claims and from the description of a preferred embodiment of the invention.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher beschrieben und erläutert.The invention will be described and explained in more detail below with reference to the accompanying drawings.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 zeigt in drei Teilbildern eine beispielhafte Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mittels eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, und zwar in 1a für den Fall ohne Last, in 1b für den Fall mit Last, und in 1c den zeitlichen Verlauf der erfassten Messsignale, und 1 shows in three partial images an exemplary implementation of the method according to the invention by means of an embodiment of a device according to the invention, specifically in FIG 1a in the case without load, in 1b in the case with load, and in 1c the time course of the acquired measuring signals, and

2 zeigt eine teilweise geschnittene Ansicht des Ausführungsbeispiels der Vorrichtung aus 1. 2 shows a partially sectioned view of the embodiment of the device 1 ,

Detaillierte Beschreibung der ZeichnungDetailed description of the drawing

1a, b zeigt ein Wälzlager 1 mit einem Innenring 2, einem Außenring 3 sowie einem Wälzkörper 4, der an einer Laufbahn an dem Innenring 2 und an einer Laufbahn an dem Außenring 3 abrollt. Das Wälzlager 1 ist dabei als Radialwälzlager ausgebildet. 1a , b shows a rolling bearing 1 with an inner ring 2 an outer ring 3 and a rolling element 4 that is attached to a track on the inner ring 2 and on a raceway on the outer ring 3 rolls. The rolling bearing 1 is designed as a radial roller bearing.

Das Wälzlager 1 umfasst weiter eine Vorrichtung 5 zur Erfassung einer Last in dem Wälzlager 1. Die Vorrichtung 5 umfasst ein Mittel 6 zur Erfassung der Änderung der Umfangskontur des Korpus des Wälzkörpers 4 unter Last. Das Mittel 6 umfasst eine Sensoreinheit 7 mit zwei Näherungssensoren 8, 9. Die Sensoreinheit 7 ist an dem Außenring 3 befestigt, gegenüber dem Innenring 2 jedoch schwingungsisoliert angeordnet.The rolling bearing 1 further comprises a device 5 for detecting a load in the rolling bearing 1 , The device 5 includes a means 6 for detecting the change of the circumferential contour of the body of the rolling element 4 under load. The middle 6 includes a sensor unit 7 with two proximity sensors 8th . 9 , The sensor unit 7 is on the outer ring 3 attached, opposite the inner ring 2 However, vibration isolation arranged.

In dem in 1a dargestellten Fall ist in dem Wälzlager 1 keine Last wirksam. Der Wälzkörper weist eine kreisförmiges Umfangskontur 13 auf, bezogen auf einen Mittelpunkt 10, durch den die Drehachse verläuft.In the in 1a Case shown is in the rolling bearing 1 no load is effective. The rolling element has a circular peripheral contour 13 on, based on a midpoint 10 through which the axis of rotation passes.

In 1b ist der Fall mit vorhandener Last dargestellt, wobei die Last als Kraft F auftritt, die in Richtung des Pfeils 11 entlang einer Richtung 12 wirkt. Unter der Last verändert sich die Form des Korpus des Wälzkörpers 4, insbesondere auch die Umfangskontur 13 in einer Blickrichtung senkrecht zu der Wirkrichtung 12 der Last. Die Kraft F kann beispielsweise durch die Gewichtskraft einer in dem Innenring 2 gelagerten Welle gebildet werden. Die Last bewirkt, dass die Erstreckung des Wälzkörpers 4 in Richtung 12 der Last geringer wird als in einer Richtung senkrecht zu der Last, insbesondere wird der Wälzkörper 4 an den Kontaktstellen zu den Lagerringen 2, 3 abgeflacht, was in 1b übertrieben dargestellt ist. Weiter verlagert sich der Mittelpunkt 10 unter Einwirken der Last in Richtung der Kraft F, also hin zu dem Außenring 3.In 1b the case is shown with existing load, where the load occurs as force F, in the direction of the arrow 11 along one direction 12 acts. Under the load, the shape of the body of the rolling element changes 4 , in particular the peripheral contour 13 in a viewing direction perpendicular to the direction of action 12 the load. The force F, for example, by the weight of a force in the inner ring 2 stored wave are formed. The load causes the extension of the rolling element 4 in the direction 12 the load is less than in a direction perpendicular to the load, in particular, the rolling element 4 at the contact points to the bearing rings 2 . 3 flattened what was in 1b is exaggerated. Further, the center shifts 10 under the action of the load in the direction of the force F, ie towards the outer ring 3 ,

Der erste Näherungssensor 8 der Sensoreinheit 7 ist so angeordnet, dass er eine erste Messstelle 14 an der Umfangskontur 13 des Korpus des Wälzkörpers 4 anmisst. Hierzu erfasst der erste Näherungssensor 8 den Zeitpunkt, zu dem die erste Messstelle 14 den ersten Näherungssensor 8 passiert. Der zweite Näherungssensor 9 der Sensoreinheit 7 ist so angeordnet, dass er eine zweite Messstelle 15 an der Umfangskontur 13 des Korpus des Wälzkörpers 4 erfasst. Der zweite Näherungssensor 9 erfasst dabei den Zeitpunkt, zu dem die zweite Messstelle 15 den zweiten Näherungssensor 9 passiert. Die beiden Näherungssensoren 8, 9 können beispielsweise optische oder akustische Schranken sein, die von den Messstellen 14, 15 ausgelöst werden. Die beiden Messstellen 14, 15 weisen in Richtung 12 der Last einen Abstand 16 auf.The first proximity sensor 8th the sensor unit 7 is arranged so that it is a first measuring point 14 on the peripheral contour 13 the body of the rolling element 4 anmisst. For this purpose, the first proximity sensor detects 8th the time at which the first measuring point 14 the first proximity sensor 8th happens. The second proximity sensor 9 the sensor unit 7 is arranged so that it has a second measuring point 15 on the peripheral contour 13 the body of the rolling element 4 detected. The second proximity sensor 9 records the time at which the second measuring point 15 the second proximity sensor 9 happens. The two proximity sensors 8th . 9 may be, for example, optical or acoustic barriers that are from the measuring points 14 . 15 to be triggered. The two measuring points 14 . 15 point in the direction 12 the load a distance 16 on.

Die Näherungssensoren 8, 9 sind in der Sensoreinheit 7 so angeordnet und die beiden Messstellen 14, 15 an der Umfangskontur 13 so gewählt, dass im Fall ohne Last (1a) beide Näherungssensoren 7, 8 gleichzeitig ansprechen, so dass keine zeitliche Differenz zwischen dem jeweiligen Passieren der Messstellen 14, 15 auftritt (1c, oberes Teilbild). Unter Last (1b) passiert aufgrund der Einfederung des Wälzkörpers 4 die erste Messstelle 14 den ersten Näherungssensor 8 zu einem früheren Zeitpunkt (1c, unten) als die zweite Messstelle 15 den zweiten Näherungssensor 9 (1c, Mitte). Die Änderung der Umfangskontur 13 bewirkt eine zeitliche Differenz t (Pfeil 18), die in der Sensoreinheit 7 erfasst und ermittelt wird. Die zeitliche Differenz t ist für das Ausmaß der Einfederung charakteristisch und lässt auf die Kraft bzw. die Last schließen.The proximity sensors 8th . 9 are in the sensor unit 7 arranged and the two measuring points 14 . 15 on the peripheral contour 13 chosen so that in case of no load ( 1a ) Both proximity sensors 7 . 8th address at the same time, so that there is no time difference between the respective passing of the measuring points 14 . 15 occurs ( 1c , upper part of the picture). Under load ( 1b ) happens due to the deflection of the rolling element 4 the first measuring point 14 the first proximity sensor 8th at an earlier point in time ( 1c , below) as the second measuring point 15 the second proximity sensor 9 ( 1c , Middle). The change of the circumferential contour 13 causes a time difference t (arrow 18 ) in the sensor unit 7 is recorded and determined. The time difference t is characteristic for the extent of the deflection and is indicative of the force or the load.

In einer abgewandelten Durchführung des Verfahrens erfasst der erste Näherungssensor 8 nicht nur das Passieren der ersten Messstelle 14, sondern auch das Passieren einer dritten Messstelle 19 an der Umfangskontur 13 des gleichen Wälzkörpers 4, wobei die dritte Messstelle der ersten Messstelle 14 bezogen auf die Richtung 12 der Last gegenüberliegend angeordnet ist. Weiter erfasst der zweite Näherungssensor 9 nicht nur das Passieren der zweiten Messstelle 15, sondern auch ein Passieren einer vierten Messstelle 20, wobei die vierte Messstelle 20 an der Umfangskontur 13 der zweiten Messstelle 15 bezogen auf die Richtung 12 der Last gegenüberliegt. Die beiden Näherungssensoren 8, 9 erfassen damit die Zeitspanne, die zwischen dem Passieren der ersten und der dritten Messstelle 14, 19 (erstes Messstellenpaar) bzw. zwischen dem Passieren der zweiten und der vierten Messstelle 15, 20 (zweites Messstellenpaar) verstreicht. Tritt keine Last auf (1a), ist diese Zeitspanne T für beide Messstellenpaare gleich (1c, oberes Teilbild). Tritt eine Last auf, ist die Zeitspanne T14,19 für das erste Messstellenpaar länger als die Zeitspanne T15,20 für das zweite Messstellenpaar. Aus der Differenz der Zeitspannen T14,19 und T15,20 lässt sich ebenfalls entweder unmittelbar die Änderung der Umfangskontur des Korpus des Wälzkörpers 4 unter Last ermitteln, oder die Zeitspanne t ermitteln, die nach den Angaben des vorstehenden Absatzes zur Erfassung der Änderung der Umfangskontur 13 des Korpus des Wälzkörpers 4 herangezogen wird.In a modified implementation of the method, the first proximity sensor detects 8th not just the passing of the first measuring point 14 but also passing a third measuring point 19 on the peripheral contour 13 of the same rolling element 4 , wherein the third measuring point of the first measuring point 14 based on the direction 12 The load is arranged opposite. Next detects the second proximity sensor 9 not just the passing of the second measuring point 15 but also passing a fourth measuring point 20 , where the fourth measuring point 20 on the peripheral contour 13 the second measuring point 15 based on the direction 12 the load is opposite. The two proximity sensors 8th . 9 record the time span between passing the first and the third measuring point 14 . 19 (first measuring point pair) or between passing the second and the fourth measuring point 15 . 20 (second measuring point pair) elapses. Does not load ( 1a ), this time period T is the same for both measuring point pairs ( 1c , upper part of the picture). If a load occurs, the time period T 14.19 for the first measuring point pair is longer than the time period T 15.20 for the second measuring point pair. From the difference of the time periods T 14,19 and T 15,20 can also be either directly the change of the circumferential contour of the body of the rolling element 4 under load, or determine the time t following the indications in the previous paragraph to record the change in the peripheral contour 13 the body of the rolling element 4 is used.

Die Sensoreinheit 7 umfasst zusätzlich zu den beiden Näherungssensoren 8, 9 einen Temperaturfühler 21, der mittig zwischen den beiden Näherungssensoren 8, 9 angeordnet ist und der die Temperatur des Korpus des Wälzkörpers 4 ermittelt. Der Temperaturfühler 21 umfasst einen auf Wärmestrahlung ansprechenden Wärmesensor.The sensor unit 7 includes in addition to the two proximity sensors 8th . 9 a temperature sensor 21 , which is centered between the two proximity sensors 8th . 9 is arranged and the temperature of the body of the rolling element 4 determined. The temperature sensor 21 includes a thermal radiation responsive thermal sensor.

2 zeigt eine teilweise geschnittene Ansicht des Wälzlagers 1 aus 1, wobei die Schnittebene so gelegt ist, dass der Wälzkörper 4 außerhalb des Mittelpunktes 10 und damit außerhalb der Drehachse geschnitten wird. Damit ist abschnittsweise die Mantelfläche 22 des im wesentlichen zylindrischen Wälzkörpers 4 erkennbar. Die Schnittebene ist so gelegt, dass sie die erste Messstelle 14 sowie die zweite Messstelle 15 schneidet. Die Sensoreinheit 7 umfasst eine Halterung 23 mit drei Bohrungen, wobei in zwei Bohrungen die beiden Näherungssensoren 8, 9 und in der dritten Bohrung der Temperaturfühler 21 aufgenommen ist. Die Sensoreinheit 7 ist an einem der beiden Lagerringe feststehend angeordnet, weiter ist die Sensoreinheit 7 in eine Abdeckung des Wälzlagers 4, nämlich in eine nicht weiter dargestellte Dichteinheit des Wälzlagers 4, als Einheit baulich integriert aufgenommen. 2 shows a partially sectioned view of the bearing 1 out 1 , wherein the cutting plane is placed so that the rolling elements 4 outside the center 10 and thus cut outside the axis of rotation. Thus, in sections, the lateral surface 22 the substantially cylindrical rolling element 4 recognizable. The cutting plane is laid out to be the first measuring point 14 as well as the second measuring point 15 cuts. The sensor unit 7 includes a bracket 23 with three holes, where in two holes the two proximity sensors 8th . 9 and in the third hole the temperature sensor 21 is included. The sensor unit 7 is fixedly arranged on one of the two bearing rings, further is the sensor unit 7 in a cover of the rolling bearing 4 , Namely in a not further shown sealing unit of the rolling bearing 4 , as a unit structurally integrated added.

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Vorrichtung war vorgesehen, dass die Näherungssensoren 8, 9 der Sensoreinheit 7 als optische oder akustische Schranken ausgebildet waren. Es versteht sich, dass die Näherungssensoren auch auf einem anderen Messprinzip beruhen und beispielsweise als induktiv oder kapazitiv wirkende Näherungssensoren ausgebildet sein können.In the embodiment of the device described above, it was provided that the proximity sensors 8th . 9 the sensor unit 7 were designed as optical or acoustic barriers. It is understood that the proximity sensors can also be based on a different measuring principle and, for example, can be designed as inductive or capacitive proximity sensors.

Bei der vorstehend beschriebenen beispielhaften Durchführung war vorgesehen, dass die Änderung der Umfangskontur 13 anhand von zwei bzw. vier Messstellen 14, 15, 19, 20 erfasst wurde, und eine zeitliche Differenz des Passieren der Messstellen erfasst und ermittelt wurde. Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, die Umfangskontur 13 insgesamt, mindestens abschnittsweise, als Kreisbogensegment zu erfassen, also als linienhafter Abschnitt, beispielsweise mittels einer bildgebenden Kamera, die eine Bildaufnahme mindestens eines Abschnittes der Umfangskontur 13 erstellt, wobei die Kamera insbesondere als Wärmebildkamera ausgebildet sein kann, so dass sich eine Information über die Temperatur des Korpus des Wälzkörpers 4 bei der Bildaufnahme erhalten lässt.In the exemplary implementation described above, it was provided that the change of the peripheral contour 13 based on two or four measuring points 14 . 15 . 19 . 20 was detected, and a time difference of passing the measuring points was detected and determined. Alternatively, it may be provided, the peripheral contour 13 in total, at least in sections, as a circular arc segment to capture, so as a linear section, for example by means of an imaging camera, the image acquisition of at least a portion of the peripheral contour 13 created, the camera can be designed in particular as a thermal imaging camera, so that information about the temperature of the body of the rolling body 4 obtained during image capture.

Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben, bei dem der Wälzkörper 4 eine im wesentlichen zylindrische Form aufweist. Es versteht sich, dass das Verfahren bzw. die oben beschriebene Vorrichtung auch bei Wälzkörpern mit kugelförmiger oder kegelförmiger bzw. tonnenförmiger Gestalt vorgesehen sein kann.The invention has been described above with reference to an embodiment in which the rolling elements 4 has a substantially cylindrical shape. It is understood that the method or the device described above can also be provided with rolling elements with a spherical or conical or barrel-shaped design.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Wälzlagerroller bearing
22
Innenringinner ring
33
Außenringouter ring
44
Wälzkörperrolling elements
55
Vorrichtungcontraption
66
Mittel zur Erfassung der Änderung der UmfangskonturMeans for detecting the change of the peripheral contour
77
Sensoreinheitsensor unit
88th
erster Näherungssensorfirst proximity sensor
99
zweiter Näherungssensorsecond proximity sensor
1010
MittelpunktFocus
1111
Pfeil KraftArrow force
1212
Richtung LastTowards the load
1313
Umfangskonturperipheral contour
1414
erste Messstellefirst measuring point
1515
zweite Messstellesecond measuring point
1616
Abstand der beiden Messstellen 14, 15 Distance between the two measuring points 14 . 15
1717
Pfeil LaufrichtungArrow direction
1818
Pfeil zeitliche Differenz tArrow time difference t
1919
dritte Messstellethird measuring point
2020
vierte Messstellefourth measuring point
2121
Temperaturfühlertemperature sensor
2222
Mantelflächelateral surface
2323
Halterungbracket

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • EP 0637734 B1 [0009] EP 0637734 B1 [0009]

Claims (10)

Vorrichtung zur Erfassung der Last in einem Wälzlager (1), wobei das Wälzlager (1) mindestens einen Wälzkörper (4) umfasst, gekennzeichnet durch ein Mittel (6), das die Änderung der Umfangskontur (13) des Korpus des Wälzkörpers (4) unter der Last erfasst.Device for detecting the load in a roller bearing ( 1 ), the rolling bearing ( 1 ) at least one rolling element ( 4 ), characterized by a means ( 6 ), which changes the peripheral contour ( 13 ) of the body of the rolling element ( 4 ) under the load. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (6) eine Sensoreinheit (7) umfasst, wobei die Sensoreinheit (7) ein Passieren einer ersten Messstelle (14) an der Umfangskontur (13) und einer zweiten Messstelle (15) an der Umfangskontur (13) erfasst, und wobei die beiden Messstellen (14, 15) in Richtung (12) der Last einen Abstand aufweisen.Device according to claim 1, characterized in that the means ( 6 ) a sensor unit ( 7 ), wherein the sensor unit ( 7 ) passing a first measuring point ( 14 ) on the peripheral contour ( 13 ) and a second measuring point ( 15 ) on the peripheral contour ( 13 ), and wherein the two measuring points ( 14 . 15 ) in the direction ( 12 ) of the load have a distance. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (7) einen ersten Näherungssensor (8) zur Messung der ersten Messstelle (14) sowie einen zweiten Näherungssensor (9) zur Messung der zweiten Messstelle (15) umfasst.Apparatus according to claim 2, characterized in that the sensor unit ( 7 ) a first proximity sensor ( 8th ) for measuring the first measuring point ( 14 ) and a second proximity sensor ( 9 ) for measuring the second measuring point ( 15 ). Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (7) einen Temperaturfühler (21) umfasst, der die Temperatur des Korpus des Wälzkörpers (4) erfasst.Device according to claim 2 or 3, characterized in that the sensor unit ( 7 ) a temperature sensor ( 21 ), which determines the temperature of the body of the rolling element ( 4 ) detected. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit in eine Abdeckung des Wälzlagers (4), insbesondere in eine Dichteinheit des Wälzlagers (4), baulich integriert ist.Device according to one of claims 2 to 4, characterized in that the sensor unit in a cover of the rolling bearing ( 4 ), in particular in a sealing unit of the rolling bearing ( 4 ), is structurally integrated. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel eine Bildaufnahme der Umfangskontur des Korpus des Wälzkörpers erstellt, insbesondere dass das Mittel eine Kamera, speziell eine Wärmebildkamera umfasst.Apparatus according to claim 1, characterized in that the means creates an image of the peripheral contour of the body of the rolling element, in particular that the means comprises a camera, especially a thermal imaging camera. Wälzlager, umfassend eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6.Rolling bearing, comprising a device according to one of claims 1 to 6. Verfahren zum Erfassen der Last in einem Wälzlager (1), wobei das Wälzlager mindestens einen Wälzkörper (4) umfasst, gekennzeichnet durch den Schritt Erfassen einer Änderung der Umfangskontur (13) des Korpus des Wälzkörpers (4) unter der Last.Method for detecting the load in a rolling bearing ( 1 ), wherein the rolling bearing at least one rolling element ( 4 ) characterized by the step of detecting a change in the peripheral contour ( 13 ) of the body of the rolling element ( 4 ) under the load. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Änderung der Umfangskontur erfasst wird durch das Erfassen des Passierens einer ersten Messstelle (14; 19) an der Umfangskontur (13) und das Erfassen des Passierens einer zweiten Messstelle (15; 20) an der Umfangskontur (13), wobei die beiden Messstellen (14, 15; 19, 20) einen Abstand (16) in Richtung (12) der Last aufweisen, wobei zwischen dem jeweiligen Passieren der beiden Messstelle (14, 15; 19, 20) eine zeitliche Differenz ermittelt wird.The method of claim 8, wherein the change of the circumferential contour is detected by detecting the passing of a first measuring point ( 14 ; 19 ) on the peripheral contour ( 13 ) and detecting the passing of a second measuring point ( 15 ; 20 ) on the peripheral contour ( 13 ), whereby the two measuring points ( 14 . 15 ; 19 . 20 ) a distance ( 16 ) in the direction ( 12 ) of the load, wherein between the respective passing of the two measuring point ( 14 . 15 ; 19 . 20 ) a time difference is determined. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch den zusätzlichen Schritt Erfassen einer Temperatur des Korpus des Wälzkörpers (4).Method according to claim 8 or 9, characterized by the additional step of detecting a temperature of the body of the rolling element ( 4 ).
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