DE102012200773A1

DE102012200773A1 - Wälzkörper

Info

Publication number: DE102012200773A1
Application number: DE201210200773
Authority: DE
Inventors: Arno Stubenrauch; Philipp Krebs; Armin Olschewski; Sebastian ZIEGLER
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2012-01-20
Filing date: 2012-01-20
Publication date: 2013-07-25
Anticipated expiration: 2032-01-21
Also published as: DE102012200773B4

Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Wälzkörper (11; 11a; 11b) mit wenigstens einem Wälzkörperelement (10; 10a; 10b), welches zumindest eine Lauffläche (12; 12a; 12b) aufweist. Es wir vorgeschlagen, dass der Wälzkörper (11; 11a; 11b) wenigstens einen kapazitiven Sensor (14; 14a; 14b) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wälzkörper nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es ist ein Wälzkörper mit einem Wälzkörperelement bekannt, welche die Lauffläche des Wälzkörpers bildet und welches hohlzylinderförmig ausgebildet ist. Zu einer Registrierung einer Deformation des Wälzkörperelements sind auf die Innenseite des Wälzkörperelements vier Dehnungsmessstreifen geklebt, welche zu einer Wheatstone-Brücke zusammengeschaltet sind. An die Wheatstone-Brücke ist eine Batterie angeschlossen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, einen gattungsgemäßen Wälzkörper mit einer effizienten Bauweise bereitzustellen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
Die Erfindung geht aus von einem Wälzkörper mit wenigstens einem Wälzkörperelement, welches zumindest eine Lauffläche aufweist.
Es wird vorgeschlagen, dass der Wälzkörper wenigstens einen kapazitiven Sensor aufweist. Mit einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann eine effiziente Bauweise erreicht werden. Im Besonderen kann ein geringer Energieverbrauch bei einem Sensieren erreicht werden. Ferner kann insbesondere eine einfache Montage des Sensors erreicht werden. Insbesondere kann ein einfaches und präzises Sensieren erzielt werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass der kapazitive Sensor dazu vorgesehen ist, zumindest eine Deformation des Wälzkörperelements zu registrieren. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell ausgelegt und/oder speziell ausgestattet und/oder speziell programmiert verstanden werden. Hierdurch kann eine Belastungssituation des Wälzkörperelements erkannt werden. Insbesondere kann ein Verschleiß des Wälzkörpers und des Wälzlagers erkannt werden.
Vorzugsweise weist der Wälzkörper wenigstens eine erste Verbindungseinheit auf, welche bei wenigstens einer Deformation zumindest eines Teils der Lauffläche eine Position wenigstens eines Teilbereichs einer ersten Elektrode des kapazitiven Sensors relativ zu zumindest einem Teilbereich einer zweiten Elektrode des kapazitiven Sensors ändert. Dadurch kann eine Deformation der Lauffläche auf einfache Weise sensiert werden.
Mit Vorteil weist der Wälzkörper wenigstens eine zweite Verbindungseinheit auf, welche bei wenigstens einer Deformation zumindest eines Teils der Lauffläche eine Position wenigstens eines Teilbereichs der zweiten Elektrode des kapazitiven Sensors relativ zu zumindest einem Teilbereich der ersten Elektrode des kapazitiven Sensors ändert. Auf diese Weise kann eine große Klasse von Deformationen der Lauffläche durch den Sensor sensiert werden.
Außerdem wird vorgeschlagen, dass die erste Verbindungseinheit einstückig mit dem Wälzkörperelement ausgebildet ist. Unter „einstückig“ soll insbesondere aus einem Guss und/oder aus einer Spritzung und/oder nur unter Zerstörung voneinander trennbar verstanden werden. Hierdurch kann eine einfache Herstellbarkeit erreicht werden.
Vorzugsweise weist der Wälzkörper ein Verbindungselement auf, welches die erste Elektrode mit dem Wälzkörperelement verbindet und welches in einem Querschnitt des Wälzkörpers eine Längsrichtung aufweist, welche einen Winkel mit einer Längsrichtung der ersten Verbindungseinheit einschließt, der im Wesentlichen neunzig Grad beträgt. Darunter, dass ein Winkel „im Wesentlichen“ neunzig Grad beträgt, soll insbesondere verstanden werden, dass der Winkel höchstens um dreißig Grad, vorzugsweise höchstens um fünfzehn Grad und besonders bevorzugst höchstens um fünf Grad von neunzig Grad abweicht. Dadurch kann eine effektive Konstruktion erreicht werden. Insbesondere kann eine effektive mechanische Kopplung zwischen dem Wälzkörperelement und dem Sensor erreicht werden.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Verbindungseinheit Teil eines T-Profils des Wälzkörpers ist. Auf diese Weise können Deformationen der Lauffläche effizient durch den Sensor sensiert werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der kapazitive Sensor zumindest teilweise innerhalb einer Ausnehmung des Wälzkörperelements angeordnet. Dadurch kann eine kompakte Bauweise erreicht werden.
Ferner wird ein Wälzlager mit dem Wälzkörper vorgeschlagen, wodurch eine effiziente Bauweise erreicht werden kann. Das Wälzlager kann insbesondere ein Zylinderrollenlager, ein Pendelrollenlager, ein Toroidalrollenlager oder ein Kegelrollenlager sein.
Des Weiteren wird eine Maschine mit dem Wälzlager vorgeschlagen. Dadurch kann eine effiziente Bauweise erreicht werden. Die Maschine kann insbesondere eine Windkraftanlage, eine Transportmaschine im Bergbau, eine Maschine zur Lagerung in Schiffen oder eine Maschine mit einem Großgetriebe sein.
Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen und Figuren Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert.
1 zeigt eine schematische Ansicht einer Windkraftanlage, welche ein Wälzlager aufweist,
2 zeigt eine schematische Ansicht des Wälzlagers, welches einen erfindungsgemäßen Wälzkörper aufweist,
3 zeigt einen Schnitt durch den Wälzkörper senkrecht zu einer Längsrichtung des Wälzkörpers,
4 zeigt einen Schnitt durch eine alternative Ausbildung eines erfindungsgemäßen Wälzkörpers senkrecht zu einer Längsrichtung des Wälzkörpers,
5 zeigt einen Schnitt durch eine weitere alternative Ausbildung eines erfindungsgemäßen Wälzkörpers senkrecht zu einer Längsrichtung des Wälzkörpers, wobei Druck auf den Wälzkörper ausgeübt wird,
6 zeigt einen Schnitt durch den Wälzkörper, wobei Druck auf den Wälzkörper ausgeübt wird und der Wälzkörper im Vergleich zu 5 um neunzig Grad gedreht ist.
7 zeigt eine schematische Ansicht einer Stirnseite eines weiteren alternativen Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Wälzkörpers
1 zeigt schematisch eine Windkraftanlage mit einem Wälzlager 44, welches als Zylinderrollenlager ausgebildet ist und einen Innenring 46 und einen Außenring 48 aufweist (2). Das Wälzlager 44 umfasst einen erfindungsgemäßen Wälzkörper 11 (2 und 3). Der Wälzkörper 11 umfasst ein Wälzkörperelement 10, welches eine Lauffläche 12 aufweist, welche die Form eines Zylindermantels eines geraden Kreiszylinders aufweist. Bei einer Rotation des Innenrings 46 relativ zu dem Außenring 48 rollt die Lauffläche 12 auf dem Innenring 46 und dem Außenring 48 ab. Der Wälzkörper 11 umfasst einen kapazitiven Sensor 14, der in einer Ausnehmung 42 des Wälzkörperelements 10 angeordnet ist.
Der kapazitive Sensor 14 ist dazu vorgesehen, eine Deformation des Wälzkörperelements 10 zu sensieren. Hierzu weist der Sensor 14 eine erste Elektrode 22 und eine zweite Elektrode 26 auf, welche einen Kondensator bilden. Bei einem Sensieren misst der Sensor 14 die Kapazität des Kondensators. Wird von dem Innenring 46 und dem Außenring 48 an Bereichen 50 der Lauffläche 12 Druck auf das Wälzkörperelement 10 ausgeübt, so bewirkt ein Verbindungseinheit 16, an welcher die erste Elektrode 22 befestigt ist, eine Übertragung des Drucks auf einen Teilbereich 20 der ersten Elektrode 22, welcher sich aufgrund des Drucks in Richtung der zweiten Elektrode 26 bewegt, so dass ein Abstand zwischen dem Teilbereich 20 und einem Teilbereich 24 der zweiten Elektrode 26 verkleinert wird. Die Abstandsverkleinerung bewirkt eine Veränderung der Kapazität des Kondensators. Die Verbindungseinheit 16 ist ein Festkörper.
Des Weiteren weist der Wälzkörper 11 eine zweite Verbindungseinheit 28 auf, welches ebenfalls ein Festkörper ist. Wird von dem Innenring 46 und dem Außenring 48 an den Bereichen 50 der Lauffläche 12 Druck auf das Wälzkörperelement 10 ausgeübt, so bewirkt die Verbindungseinheit 28, an welcher die zweite Elektrode 26 befestigt ist, eine Übertragung des Drucks auf einen Teilbereich 30 der zweiten Elektrode 26, welcher sich aufgrund des Drucks in Richtung der ersten Elektrode 22 bewegt, so dass ein Abstand zwischen dem Teilbereich 30 und einem Teilbereich 32 der ersten Elektrode 22 verkleinert wird.
Außerdem weist der Wälzkörper 11 ein Verbindungselement 34 auf, welches die erste Elektrode 22 mit dem Wälzkörperelement verbindet und welches ebenfalls ein Festkörper ist. Bezüglich eines Querschnitts senkrecht zu einer Längsrichtung des Wälzkörpers 11, welche parallel zu einer Symmetrieachse 54 der Lauffläche 12 verläuft, bildet eine Längsrichtung 36 des Verbindungselements 34 einen Winkel von neunzig Grad mit einer Längsrichtung 38 der ersten Verbindungseinheit 16.
Zusammen mit einem weiteren Verbindungselement 56, welches die die erste Elektrode 22 mit dem Wälzkörperelement 10 verbindet, bildet das Verbindungselement 34 mit der ersten Verbindungseinheit 16 ein T-Profil 40. Die Verbindungselemente 34, 56, die Verbindungseinheiten 16, 28 und das Wälzkörperelement 10 sind alle einstückig miteinander ausgebildet. Sie bilden ein homogenes Bauteil.
Eine Energieversorgung des kapazitiven Sensors 14 erfolgt durch eine Batterie (nicht gezeigt) des Wälzkörpers 11. Die Energieversorgung kann prinzipiell auch durch einen Akkumulator und/oder durch Energy Harvesting erfolgen. Aufgrund des geringen Energieverbrauchs des kapazitiven Sensors 14 hat die Batterie eine lange Lebensdauer. Ferner weist der Wälzkörper eine elektronische Sende- und Empfangseinheit auf, welche Messergebnisse des Sensors 14 per Funk an eine Empfangseinheit (nicht gezeigt) verschickt. Die Empfangseinheit kann Teil des Wälzlagers 44 sein. Alternativ kann die Empfangseinheit getrennt von dem Wälzlager ausgebildet sein und ein Teil der Windkraftanlage sein. Aus den Messergebnissen des Sensors 14 extrahiert eine Recheneinheit Informationen über Verformungen des Wälzkörpers. Die Recheneinheit kann Teil der Windkraftanlage sein.
Die Elektroden erstrecken sich in einer Richtung senkrecht zu der Symmetrieachse über einen Großteil eines Durchmessers des Wälzkörpers 11 (3).
In den 4 bis 7 sind alternative Ausführungsbeispiele dargestellt. Im Wesentlichen gleich bleibende Bauteile, Merkmale und Funktionen sind grundsätzlich mit den gleichen Bezugszeichen beziffert. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele sind jedoch den Bezugszeichen der Ausführungsbeispiele in den 4 bis 7 der Buchstabe die Buchstaben „a“, „b“ usw. hinzugefügt. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zu dem Ausführungsbeispiel in den 1 bis 3, wobei bezüglich gleich bleibender Bauteile, Merkmale und Funktionen auf die Beschreibung des Ausführungsbeispiels in den 1 bis 3 verwiesen werden kann.
4 zeigt einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Wälzkörper 11a senkrecht zu einer Längsrichtung des Wälzkörpers 11a. Der Wälzkörper 11a weist ein rechtwinkliges Profil auf, welches von einer Verbindungseinheit 16a und einem Verbindungselement 34a gebildet wird. Ein Umriss des Wälzkörpers 11a ist ein Kreis. Bezüglich des Schnitts senkrecht zu der Längsrichtung des Wälzkörpers 11a weisen Elektroden 22a, 26a eines Sensors 14a eine maximale Erstreckung auf, welche kleiner ist als ein Viertel des Kreisdurchmessers.
Die 5 und 6 zeigen ein alternatives Ausführungsbeispiel. Verbindungseinheiten 16b, 28b und Verbindungselemente 34b, 56b eines Wälzkörpers 11b sind einstückig und getrennt von einem Wälzkörperelement 10b des Wälzkörpers 11b ausgebildet und an dem Wälzkörperelement 10b befestigt. Wird Druck an Bereichen 50b ausgeübt, so bewegen sich Teilbereich 20b, 30b aufeinander zu (5). Wird Druck an den Bereichen 58b der Lauffläche 12b des Wälzkörpers 11b ausgeübt, so bewegen sich die Bereiche 20b, 30b voneinander weg (6).

7 zeigt eine schematische Ansicht einer Stirnseite eines weiteren alternativen Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Wälzkörpers. Der Wälzkörper weist vier kapazitive Sensoren 14c, 60c, 62c, 64c auf, welche mit einer gemeinsamen Masse 66c des Wälzkörpers zusammenwirken. Die Sensoren 14c, 60c, 62c, 64c sind baugleich und weisen jeweils im Wesentlichen die Form eines Hohlzylinders auf, der sich über 80° erstreckt. Die Sensoren 14c, 60c, 62c, 64c sind jeweils mit einem Wälzkörperelement 10c, welches die Lauffläche des Wälzkörpers bildet, verbunden, und zwar geklebt oder auf eine andere Weise gefügt. Mittels der Sensoren 14c, 60c, 62c, 64c ist eine differentielle und damit sehr genaue Verformungsmessung durch Vergleich von einer Verformung des Wälzkörperelements 10c in einer ersten Richtung, welche durch eine Verbindungslinie von zwei Schwerpunkten zweier gegenüberliegender Sensoren 14c, 64c gegeben ist, mit einer Verformung des Wälzkörperelements 10c in eine zweite Richtung, welche durch eine Verbindungslinie von zwei Schwerpunkten der beiden anderen gegenüberliegenden Sensoren 60c, 62c gegeben ist, möglich. Zur Durchführung der differentiellen Messung kann der Wälzkörper eine aus Kondensatoren anstatt Widerständen gebildete Wheatstonesche Brücke aufweisen. Bezugszeichenliste

10	Wälzkörperelement
11	Wälzkörper
12	Lauffläche
14	Sensor
16	Verbindungseinheit
20	Teilbereich
22	Elektrode
24	Teilbereich
26	Elektrode
28	Verbindungseinheit
30	Teilbereich
32	Teilbereich
34	Verbindungselement
36	Längsrichtung
38	Längsrichtung
40	T-Profil
42	Ausnehmung
44	Wälzlager
46	Innenring
48	Außenring
50	Bereich
54	Symmetrieachse
56	Verbindungselement
58	Bereich
60	Sensor
62	Sensor
64	Sensor
66	Masse

Claims

Wälzkörper mit wenigstens einem Wälzkörperelement (10; 10a; 10b), welches zumindest eine Lauffläche (12; 12a; 12b) aufweist, gekennzeichnet durch wenigstens einen kapazitiven Sensor (14; 14a; 14b).
Wälzkörper nach Anspruch 1, wobei der kapazitive Sensor (14; 14a; 14b) dazu vorgesehen ist, zumindest eine Deformation des Wälzkörperelements (10; 10a; 10b) zu registrieren.
Wälzkörper nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Wälzkörper (11; 11a; 11b) wenigstens eine erste Verbindungseinheit (16; 16a; 16b) aufweist, welche bei wenigstens einer Deformation zumindest eines Teils der Lauffläche (12; 12a; 12b) eine Position wenigstens eines Teilbereichs (20; 20a; 20b) einer ersten Elektrode (22; 22a; 22b) des kapazitiven Sensors (14; 14a; 14b) relativ zu zumindest einem Teilbereich (24; 24a; 24b) einer zweiten Elektrode (26; 26a; 26b) des kapazitiven Sensors (14; 14a; 14b) ändert.
Wälzkörper nach Anspruch 3, wobei der Wälzkörper (11; 11a; 11b) wenigstens eine zweite Verbindungseinheit (28; 28a; 28b) aufweist, welche bei wenigstens einer Deformation zumindest eines Teils der Lauffläche (12; 12a; 12b) eine Position wenigstens eines Teilbereichs (30; 30a; 30b) der zweiten Elektrode (26; 26a; 26b) des kapazitiven Sensors (14; 14a; 14b) relativ zu zumindest einem Teilbereich (32; 32a; 32b) der ersten Elektrode (22; 22a; 22b) des kapazitiven Sensors (14; 14a; 14b) ändert.
Wälzkörper nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei die erste Verbindungseinheit (16; 16a; 16b) einstückig mit dem Wälzkörperelement (10; 10a; 10b) ausgebildet ist.
Wälzkörper nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei der Wälzkörper (11; 11a; 11b) ein Verbindungselement (34; 34a; 34b) aufweist, welches die erste Elektrode (22; 22a; 22b) mit dem Wälzkörperelement (10; 10a; 10b) verbindet und welches in einem Querschnitt des Wälzkörpers (11; 11a; 11b) eine Längsrichtung (36; 36a; 36b) aufweist, welche einen Winkel mit einer Längsrichtung (38; 38a; 38b) der ersten Verbindungseinheit (16; 16a; 16b) einschließt, der im Wesentlichen neunzig Grad beträgt.
Wälzkörper nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die erste Verbindungseinheit (16; 16b) Teil eines T-Profils (40; 40b) des Wälzkörpers (11; 11b) ist.
Wälzkörper nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der kapazitiven Sensor (14; 14a; 14b) zumindest teilweise innerhalb einer Ausnehmung (42; 42a; 42b) des Wälzkörperelements (10; 10a; 10b) angeordnet ist.
Wälzlager, insbesondere für eine Windkraftanlage, mit einem Wälzkörper (11; 11a; 11b) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
Windkraftanlage mit einem Wälzlager nach Anspruch 9.