DE102012200779A1

DE102012200779A1 - Wälzkörper

Info

Publication number: DE102012200779A1
Application number: DE201210200779
Authority: DE
Inventors: Arno Stubenrauch; Hendrik MOL; Simon Van Ballegooij; Defeng Lang; Philipp Krebs; Sebastian ZIEGLER; Armin Olschewski
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: DE102012200779B4

Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Wälzkörper mit einem Wälzkörperelement (12; 12a), welches eine Lauffläche (14; 14a) und wenigstens eine Ausnehmung (16; 16a) aufweist, und mit einem Sensor (18; 18a), welcher zu einer quantitativen Erfassung von Verformungsstärken von Verformungen des Wälzkörperelements (12; 12a) vorgesehen ist, wobei eine von dem Wälzkörperelement (12; 12a) gebildete Berandung (20; 20a) der Ausnehmung (16; 16a) wenigstens einen Teilbereich (22; 22a) aufweist, welcher den Sensor (18; 18a) entlang einer Umfangsrichtung (24; 24a) des Wälzkörpers vollständig umgibt. Es wird vorgeschlagen, dass der Sensor (18; 18a) an wenigstens einem erheblichen Teil einer Gesamtumfangserstreckungslänge des Teilbereichs (22; 22a) anliegt.

Description

Die Erfindung geht aus von einem 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. Eine Batterie liefert eine Stromversorgung für die Dehnungsmessstreifen.
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.
Es wird ein Wälzkörper mit einem Wälzkörperelement, welches eine Lauffläche und eine Ausnehmung aufweist, und mit einem Sensor, welcher zu einer quantitativen Erfassung von Verformungsstärken von Verformungen des Wälzkörperelements vorgesehen ist, vorgeschlagen, wobei eine von dem Wälzkörperelement gebildete Berandung der Ausnehmung wenigstens einen Teilbereich aufweist, welcher den Sensor entlang einer Umfangsrichtung des Wälzkörpers vollständig umgibt.
Es wird vorgeschlagen, dass der Sensor an wenigstens einem erheblichen Teil einer Gesamtumfangserstreckungslänge des Teilbereichs anliegt. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell ausgelegt und/oder speziell ausgestattet und/oder speziell programmiert verstanden werden. Darunter, dass der Teilbereich den Sensor „entlang einer Umfangsrichtung des Wälzkörpers vollständig umgibt“, soll insbesondere verstanden werden, dass es eine Ebene gibt, zu welcher eine axiale Richtung des Wälzkörpers eine Normale bildet und welche den Teilbereich in einer geschlossenen Kurve schneidet, innerhalb welcher wenigstens ein Schnittpunkt der Ebene mit dem Sensor liegt. Unter einer „Gesamtumfangserstreckungslänge” des Teilbereichs soll insbesondere die Gesamtlänge der geschlossenen Kurve verstanden werden. Unter einem „erheblichen Teil“ der Gesamtumfangserstreckungslänge sollen insbesondere wenigstens ein Viertel, vorzugsweise wenigstens die Hälfte und besonders bevorzugt wenigstens drei Viertel der Gesamtumfangserstreckungslänge verstanden werden. Darunter, dass der Sensor „zu einer quantitativen Erfassung von Verformungsstärken von Verformungen des Wälzkörperelements vorgesehen ist“, soll insbesondere verstanden werden, dass bei zeitlich nacheinander vorkommenden Kompressionen – insbesondere entlang von radialen Richtungen des Wälzkörpers – des Wälzkörperelements der Sensor Daten liefert, aufgrund welcher geschlossen werden kann, durch welche der Kompressionen ein Durchmesser des Wälzkörperelements am meisten abgenommen hat. Mit einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann eine hohe Effizienz und insbesondere eine hohe Sensiereffizienz erreicht werden. Insbesondere kann bei einer einfachen Bauweise des Sensors ein präzises Sensieren verschiedenster Verformungsweisen des Wälzkörperelements erreicht werden. Im Besonderen kann ein geringer Energieverbrauch des Sensors erreicht werden. Insbesondere kann erreicht werden, dass Scherverformungen des Wälzkörperelements erfasst werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass der Sensor wenigstens zwei quantitative Sensierelemente aufweist. Unter einem „quantitativen Sensierelement“ soll insbesondere ein Sensierelement verstanden werden, welches zu einer quantitativen Erfassung einer Verformung, insbesondere einer quantitativen Erfassung einer Auslenkung eines Teils des Wälzkörperelements, welche bei der Verformung auftritt, vorgesehen ist. Dadurch kann eine hohe Sensiereffektivitiät erreicht werden.
Vorzugsweise weist der Sensor wenigstens eine ebene Fläche auf, auf welcher wenigstens ein quantitatives Sensierelement aufgebracht ist. Dadurch kann eine hohe Effizienz erreicht werden. Insbesondere kann ein einfaches Aufbringen des Sensierelements auf die ebene Fläche erreicht werden.
Mit Vorteil weist der Sensor wenigstens einen Dehnungsmessstreifen mit einem Widerstand auf, welcher größer als 500 Ohm ist. Dadurch kann eine hohe Energieeffizienz erreicht werden. Vorzugsweise ist der Widerstand größer als 2000 Ohm und besonders bevorzugt größer als 4000 Ohm, wodurch eine besonders hohe Energieeffizienz erzielt werden kann.
Außerdem wird vorgeschlagen, dass der Sensor Modulbauweise aufweist. Darunter, dass der Sensor „Modulbauweise aufweist“, soll insbesondere verstanden werden, dass der Sensor nur Bauteile aufweist, welche in einem Zustand vor der Montage des Sensors an das Wälzkörperelement, in welchem der Sensor unverbunden mit dem Wälzkörperelement ist, alle miteinander verbunden sind. Hierdurch kann ein geringer Montageaufwand erreicht werden.
Mit Vorteil weist der Wälzkörper wenigstens eine weitere Ausnehmung auf, in welcher zumindest ein Teil eines elektronischen Bauteils des Wälzkörpers angeordnet ist. Hierdurch kann eine stabile Bauweise erreicht werden.
Vorzugsweise ist das elektronische Bauteil ein Verformungssensor, welcher zu einer Sensierung und insbesondere einer quantitativen Sensierung von Verformungen des Wälzkörperelements vorgesehen ist. Dadurch kann eine hohe Sensiergenauigkeit erzielt werden.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass der Wälzkörper wenigstens eine elektrische Verbindung aufweist, welche das elektronische Bauteil mit dem Sensor verbindet. Dadurch kann eine hohe Funktionalität erreicht werden.
Mit Vorteil ist das Wälzlagerelement einstückig ausgebildet. Unter „einstückig“ soll insbesondere aus einem Guss und/oder nur unter Zerstörung trennbar verstanden werden. Unter einer „Lauffläche“ soll insbesondere eine gesamte Fläche des Wälzkörperelements verstanden werden, die bei einem Betrieb auf einem Lagerinnenring und/oder Lageraußenring abrollt.
Ferner wird ein Wälzlager vorgeschlagen, welches den Wälzkörper aufweist. Auf diese Weise kann eine hohe Effizienz erreicht werden. Das Wälzlager kann insbesondere als Zylinderrollenlager, Kegelrollenlager oder dergleichen ausgebildet sein.
Außerdem wird eine Windkraftanlage mit dem Wälzlager vorgeschlagen, wodurch eine hohe Effizienz erreicht werden kann. Ferner kann das Wälzlager insbesondere auch bei Transportvorrichtungen im Bergbau, bei Lagereinrichtungen von Schiffen oder bei Großgetrieben eingebaut sein.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
1 zeigt eine Windkraftanlage mit einem Wälzlager,
2 zeigt einen schematischen Teilschnitt durch einen erfindungsgemäßen Wälzkörper des Wälzlagers,
3 zeigt einen schematischen Teilschnitt durch ein alternatives Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wälzkörpers.
1 zeigt eine Windkraftanlage mit einem Wälzlager 42, das einen erfindungsgemäßen Wälzkörper 10 (2) aufweist. Der Wälzkörper 42 umfasst ein einstückig ausgebildetes Wälzkörperelement 12, das eine Lauffläche 14 aufweist, welche die Form eines Kegelstumpfmantels aufweist. An einer ersten Stirnseite 44 des Wälzkörpers 10 weist das Wälzkörperelement 12 eine Ausnehmung 16 auf, welche sich ausgehend von der Stirnseite 44 in eine axiale Richtung 46 des Wälzkörpers 10 erstreckt. Die Ausnehmung 16 wird in Bezug auf radiale Richtungen des Wälzkörpers 10 von einer Berandung 20, welche von dem Wälzkörperelement 12 gebildet wird und welche die Form eines Mantels eines Kreiszylinders aufweist, berandet. Ein Sensor 18 des Wälzkörpers 10 ist vollständig in der Ausnehmung 16 angeordnet. Eine Außenwand des Sensors 18, welche den Sensor 18 in Bezug auf radiale Richtungen räumlich abschließt, weist eine äußere Oberfläche 48 auf, welche die Form eines Kreiszylindermantels aufweist. Die Oberfläche 48 liegt vollständig an der Berandung 20 an. Damit weist die Berandung 20 einen Teilbereich 22 auf, welcher die Form eines Kreiszylindermantels aufweist und welcher den Sensor entlang einer Umfangsrichtung 24 des Wälzkörpers 10 vollständig umgibt. Ferner liegt damit der Sensor 18 vollständig an einer Gesamtumfangserstreckungslänge des Teilbereichs 22 an.
Der Sensor 18 ist zu einem quantitativen Erfassen von Verformungsstärken von Verformungen, also der Stärke von Verformungen des Wälzkörperelements 12 vorgesehen. Hierzu weist der Sensor 18 vier quantitative Sensierelemente 26, 28, 30 (das vierte ist nicht gezeigt) auf, welche jeweils als Dehnungsmessstreifen ausgebildet sind. Zwei der Sensierelemente 26, 30 sind besonders sensibel bei der Sensierung von Verformungen des Wälzkörperelements 12 in eine erste radiale Richtung 50, die zwei weiteren Sensierelemente 28 sind besonders sensibel bei der Sensierung von Verformungen des Wälzkörperelements 12 in eine zweite radiale Richtung, welche senkrecht zur ersten radialen Richtung 50 ist. Der Sensor 18 weist eine ebene Fläche 34 auf, auf welcher alle vier Sensierelemente 26, 28, 30 aufgebracht sind. Die vier Sensierelemente 26, 28, 30 sind bezüglich einer Draufsicht auf die Sensierelemente 26, 28, 30 entlang der axialen Richtung 46 in einem Abstand von neunzig Grad zueinander angeordnet. Jeder der vier als Dehnungsmessstreifen ausgebildeten Sensierelemente 26, 28, 30 weist einen Widerstand von fünftausend Ohm auf. Die vier Sensierelemente 26, 28, 30 können zu einer Wheatstone-Brücke zusammengeschaltet sein.
Der Sensor 18 weist Modulbauweise auf. Bei einer Montage des Wälzkörpers 10 wird der Sensor 18, der einen Deckel 54 aufweist, zusammen mit einer Schraube 52 in die Ausnehmung 16 eingeführt, wobei ein Teil der Schraube durch eine Ausnehmung 55 des Wälzkörperelements 12 geschoben wird und mit einer Baueinheit 56 des Wälzkörpers 10, welche Modulbauweise aufweist und in einer weiteren Ausnehmung 58 des Wälzkörperelements 12 angeordnet ist, verschraubt wird. Die Baueinheit 56 weist ein elektronisches Bauteil auf, welches als Mikrokontroller ausgebildet ist. Der Mikrokontroller ist mittels einer Drahtverbindung, welche durch ein Inneres der Schraube 52 verläuft, mit den Sensierelementen 26, 28, 30 verbunden. Ferner weist die Baueinheit 56 eine Batterie auf, welche eine Stromversorgung für den Sensor 18 liefert. Außerdem umfasst die Baueinheit 56 eine Sendeeinheit mit einer Antenne, welche Sensierergebnisse des Sensors 18 an eine Auswerteinheit der Windkraftanlage funkt.
In 3 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel 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 3 der Buchstabe die Buchstaben „a“ hinzugefügt. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zu dem Ausführungsbeispiel in den 1 und 2, wobei bezüglich gleich bleibender Bauteile, Merkmale und Funktionen auf die Beschreibung des Ausführungsbeispiels in den 1 und 2 verwiesen werden kann.

3 zeigt einen schematischen Teilschnitt durch ein alternatives Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wälzkörpers 10a. Der Wälzkörpers 10a weist zwei baugleiche erfindungsgemäße Sensoren 18a auf, welche in unterschiedlichen Ausnehmungen 16a, 58a des eines Wälzkörperelements 12a des Wälzkörpers 10a angeordnet sind. In der Ausnehmung 58a ist eine Baueinheit 56a angeordnet. In der Ausnehmung 16a ist eine weitere Baueinheit 60a angeordnet, welche eine Batterie aufweist, welche die Sensoren 18a und die Baueinheit 56a mit Energie versorgt. Die Sensoren 18a und die Baueinheiten 56a, 60a sind durch eine Schraube 52a miteinander befestigt. Bezugszeichenliste

10	Wälzkörper
12	Wälzkörperelement
14	Lauffläche
16	Ausnehmung
18	Sensor
20	Berandung
22	Teilbereich
24	Umfangsrichtung
26	Sensierelement
28	Sensierelement
30	Sensierelement
34	Fläche
42	Wälzlager
44	Stirnseite
46	Richtung
48	Oberfläche
50	Richtung
52	Schraube
54	Deckel
55	Ausnehmung
56	Baueinheit
58	Ausnehmung
60	Baueinheit

Claims

Wälzkörper mit einem Wälzkörperelement (12; 12a), welches eine Lauffläche (14; 14a) und wenigstens eine Ausnehmung (16; 16a) aufweist, und mit einem Sensor (18; 18a), welcher zu einer quantitativen Erfassung von Verformungsstärken von Verformungen des Wälzkörperelements (12; 12a) vorgesehen ist, wobei eine von dem Wälzkörperelement (12; 12a) gebildete Berandung (20; 20a) der Ausnehmung (16; 16a) wenigstens einen Teilbereich (22; 22a) aufweist, welcher den Sensor (18; 18a) entlang einer Umfangsrichtung (24; 24a) des Wälzkörpers vollständig umgibt, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (18; 18a) an wenigstens einem erheblichen Teil einer Gesamtumfangserstreckungslänge des Teilbereichs (22; 22a) anliegt.
Wälzkörper nach Anspruch 1, wobei der Sensor (18; 18a) wenigstens zwei quantitative Sensierelemente (26, 28, 30) aufweist.
Wälzkörper nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Sensor (18) wenigstens eine ebene Fläche (34) aufweist, auf welcher wenigstens ein quantitatives Sensierelement (26, 28, 30) aufgebracht ist.
Wälzkörper nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Sensor wenigstens einen Dehnungsmessstreifen mit einem Widerstand aufweist, welcher größer als 500 Ohm ist.
Wälzkörper nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Sensor (18; 18a) Modulbauweise aufweist.
Wälzkörper nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Wälzkörper wenigstens eine weitere Ausnehmung (58; 58a) aufweist, in welcher zumindest ein Teil eines elektronischen Bauteils des Wälzkörpers angeordnet ist.
Wälzkörper nach Anspruch 6, wobei das elektronische Bauteil ein Verformungssensor (18a) ist, welcher zu einer Sensierung von Verformungen des Wälzkörperelements (12a) vorgesehen ist.
Wälzkörper nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei der Wälzkörper wenigstens eine elektrische Verbindung aufweist, welche das elektronische Bauteil mit dem Sensor (18) verbindet.
Wälzlager mit einem Wälzkörper (10; 10a) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
Windkraftanlage mit einem Wälzlager nach Anspruch 9.