DE102015103408A1

DE102015103408A1 - Instrumentiertes lagerund herstellungsverfahren eines derartigen instrumentierten lagers

Info

Publication number: DE102015103408A1
Application number: DE102015103408.5A
Authority: DE
Inventors: Laurent Varnoux; Olivier Verbe
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2014-03-11
Filing date: 2015-03-09
Publication date: 2015-09-17
Also published as: US9752623B2; CN104912916B; CN104912916A; FR3018569B1; FR3018569A1; US20150260229A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft instrumentiertes Lager (1), das umfasst: einen Außenring (2) und einen Innenring (3), zwischen denen ein Lagergehäuse (4) begrenzt ist; Rollkörper (5), die im Lagergehäuse (4) angeordnet sind und von einem Rollenkäfig (6) gehalten werden; und eine Messvorrichtung (10), die mindestens einen Sensor (11) einschließt, der ausgebildet ist, um mindestens einen Funktionsparameter des instrumentierten Lagers (1) zu messen, wobei die Messvorrichtung (10) mindestens teilweise in den Rollenkäfig (6) integriert ist. Das instrumentierte Lager (1) ist dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (10) mindestens ein Kabel (13) oder eine Antenne (113) umfasst, die sich entlang des Rollenkäfigs (6) im Lagergehäuse (5) erstrecken. Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf ein Herstellungsverfahren eines derartigen instrumentierten Lagers (1).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein instrumentiertes Lager sowie ein Herstellungsverfahren eines derartigen instrumentierten Lagers.
In klassischer Weise umfasst ein Lager einen Außenring und einen Innenring, zwischen denen ein Lagergehäuse begrenzt ist. Das Lager umfasst ebenfalls Rollkörper, die im Lagergehäuse angeordnet sind und dabei von einem Rollenkäfig gehalten werden.
Das Lager kann mit einer Messvorrichtung verbunden sein, die einen Sensor einschließt, der ausgebildet ist, um einen charakteristischen Kennwert der Funktion des Lagers zu messen, beispielsweise eine Temperatur, eine Geschwindigkeit, eine Beschleunigung, einen Schmierstand, eine Vibrations- oder akustische Amplitude.
Die Messvorrichtung ist im Allgemeinen außerhalb des Lagers angeordnet, beispielsweise in einem Gehäuse, das den Außenring des Lagers aufnimmt, oder auf einer Welle, die den Innenring des Lagers aufnimmt. Damit sind die Messungen von der Umgebung des Lagers beeinflusst. Darüber hinaus muss ein spezieller Ort für die Positionierung der Messvorrichtung in der Nähe des Lagers vorgesehen sein.
WO-A-2006/083736 beschreibt mehrere Ausführungsformen eines instrumentierten Lagers, das einen Korrektor, eine Detektionseinheit, einen Prozessor, einen Transmitter und eine Übertragungsantenne umfasst. Dieses instrumentierte Lager hat eine komplexe Konstruktion und benötigt viel Platz.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes instrumentiertes Lager anzubieten.
Zu diesem Zweck hat die Erfindung ein instrumentiertes Lager zum Gegenstand, das umfasst: einen Außenring und einen Innenring, zwischen denen ein Lagergehäuse begrenzt ist; Rollkörper, die im Lagergehäuse angeordnet sind und dabei von einem Rollenkäfig gehalten werden; und eine Messvorrichtung, die mindestens einen Sensor einschließt, der ausgebildet ist, um mindestens einen Funktionsparameter des instrumentierten Lagers zu messen, wobei die Messvorrichtung mindestens teilweise in den Rollenkäfig integriert ist. Das instrumentierte Lager ist dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung mindestens ein Kabel oder eine Antenne umfasst, die sich entlang des Rollenkäfigs im Lagergehäuse erstrecken.
Damit erlaubt die Erfindung, den Platzbedarf des instrumentierten Lagers, das die Messvorrichtung einschließt, zu reduzieren, und dabei gleichzeitig die Präzision der Messungen zu verbessern. In vorteilhafter Weise werden die Messungen im Lagergehäuse und nicht außerhalb des Lagers durchgeführt. Bei der Überwachung des Lagers im Betrieb wird der Einfluss seiner Umgebung gemildert. Eine Antenne, die sich entlang des Rollenkäfigs erstreckt, erlaubt, mit der Außenwelt des instrumentierten Lagers zu kommunizieren. Ein Kabel, das sich entlang des Rollenkäfigs erstreckt, erlaubt, mehrere Sensoren anzuschließen, die im Lagergehäuse angeordnet sind. Gemäß anderen vorteilhaften Merkmalen der Erfindung, die einzeln oder in Kombination herangezogen werden:

– ist der Sensor in den Rollenkäfig in einem Zwischenraum zwischen zwei Rollkörpern integriert,
– ist der Sensor in den Rollenkäfig durch Übergießen integriert,
– ist der Sensor in den Rollenkäfig durch Einrasten integriert,
– umfasst die Messvorrichtung mehrere Sensoren, wobei jeder Sensor ausgebildet ist, um mindestens einen Funktionsparameter des instrumentierten Lagers zu messen,
– umfasst die Messvorrichtung einen in den Sensor integrierten drahtlosen Sender,
– umfasst die Messvorrichtung einen drahtlosen Sender, der sich vom Sensor unterscheidet und in den Rollenkäfig integriert ist,
– umfasst die Messvorrichtung mindestens ein in den Rollenkäfig integriertes Gegengewicht.

Die Erfindung hat ebenfalls ein Herstellungsverfahren eines instrumentierten Lagers wie oben erwähnt zum Gegenstand. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

a) Herstellen des Außenrings, des Innenrings und der Rollkörper,
b) Integrieren mindestens teilweise der Messvorrichtung in den Rollenkäfig, wobei die Messvorrichtung mindestens ein Kabel oder eine Antenne umfasst, die sich entlang des Rollenkäfigs im Lagergehäuse erstrecken,
c) Montieren des instrumentierten Lagers.

Die Erfindung wird bei der Lektüre der nun folgenden Beschreibung besser verstanden werden, die lediglich als nicht beschränkendes Beispiel gegeben wird und sich auf die anliegenden Zeichnungen bezieht, von denen:
die 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen instrumentierten Lagers gemäß einer axialen Richtung ist,
die 2 ein Schnitt gemäß der Linie II-II auf der 1 ist, und
die 3 eine Ansicht in einem größeren Maßstab des Details III auf der 1 ist.
Auf den 1 bis 3 ist ein erfindungsgemäßes instrumentiertes Lager 1 dargestellt.
Das Lager 1 umfasst einen Außenring 2 und einen Innenring 3, zwischen denen ein Lagergehäuse 4 begrenzt ist. Das Lager 1 weist eine zentrale Achse X1 auf, die die entsprechende Rotationsachse der Ringe 2 und 3 bildet. Das Lager 1 umfasst Rollkörper 5, die im Gehäuse 4 angeordnet sind und dabei von einem Rollenkäfig 6 gehalten werden.
Auf dem Beispiel der 1 bis 3 sind die Rollkörper 5 Kugeln. Alternativ können die Rollkörper 5 anders als Kugeln sein, beispielsweise Rollen oder Nadeln.
Der Rollenkäfig 6 umfasst Halteteile 7, die die Rollkörper 5 umgeben, sowie Übergangsteile 8, die die Halteteile 7 verbinden. Auf dem Beispiel der 1 bis 3 kann der Käfig 6 aus Kunststoffmaterial geformt sein. Alternativ kann der Käfig 6 aus Metall sein.
Das Lager 1 umfasst ebenfalls eine Messvorrichtung 10, die ausgebildet ist, um mindestens einen charakteristischen Kennwert der Funktion des Lagers 1 zu messen.
Im Rahmen der Erfindung ist die Vorrichtung 10 mindestens teilweise in den Rollenkäfig 6 integriert, wie nachfolgend im Detail beschrieben werden wird. Vorzugsweise ist die Vorrichtung 10 wie auf dem Beispiel der 1 bis 3 vollständig in dem zwischen den Ringen 2 und 3 begrenzten Lagergehäuse 4 angeordnet.
Die Vorrichtung 10 umfasst einen ersten Sensor 11, einen zweiten Sensor 12 und ein Kabel 13, das die beiden Sensoren 11 und 12 verbindet. Das Kabel 13 ist aus Gründen der Vereinfachung nur auf der 1 als gestrichelte Linie dargestellt. Das Kabel 13 erstreckt sich entlang des Käfigs 6 ganz um die Achse X1 herum. Vorzugsweise, um die Vorrichtung 10 und damit das Lager 1 auszuwuchten, sind die Sensoren 11 und 12 auf der einen und der anderen Seite der Achse X1, anders gesagt, in 180 Grad um diese Achse X1 verteilt, angeordnet. Jeder der Sensoren 11 und 12 ist ausgebildet, um mindestens einen charakteristischen Kennwert der Funktion des Lagers 1 zu messen.
Die nachfolgenden Erläuterungen für den Sensor 11 gelten ebenfalls für den Sensor 12.
Der Sensor 11 kann eine oder mehrere Messzellen umfassen, die jeweils ausgebildet sind, um einen Funktionsparameter des Lagers 1 zu messen. Als nicht beschränkende Beispiele können die Kennwerte ausgewählt sein aus: einer Temperatur, einer Rotationsgeschwindigkeit, einer Beschleunigung, einem Schmierstand, einer Vibrations- oder akustischen Amplitude. Die Messungen werden in der unmittelbaren Umgebung des Sensors 11 durchgeführt, das heißt, im Lagergehäuse 4.
Vorzugsweise ist der Sensor 11 in den Rollenkäfig 6 integriert. Wie auf der 2 gezeigt wird, ist der Sensor 11 in einem zu diesem Zweck in einem Übergangsteil 8 zwischen zwei Rollkörpern 5 vorgesehenen Hohlraum 9 angeordnet. Der Sensor 11 kann in den Hohlraum 9 durch Übergießen bei der Herstellung des Käfigs 6 integriert sein. Alternativ kann der Sensor 11 in den Hohlraum 9 eingerastet sein. Alternativ oder komplementär zum Einrasten kann der Sensor 11 in den Hohlraum 9 geklebt sein.
Gemäß einer nicht dargestellten Variante kann der Sensor 11 auf dem Rollenkäfig 6 montiert, das heißt, auf einem der Halteteile 7 und/oder auf einem der Übergangsteile 8 des Käfigs 6 angeordnet sein. Beispielsweise kann der Sensor 11 auf eine Außenfläche eines der Übergangsteile 8 geklebt sein.
Vorzugsweise umfasst die Messvorrichtung 10 mindestens einen drahtlosen Sender, der direkt in den Sensor 11 integriert ist. Insbesondere kann der drahtlose Sender ein RFID-Sender (auf Englisch „Radio Frequency Identification“) sein. In einer selben Hülle kann der Sensor 11 ebenfalls eine Signalverarbeitungseinheit, die zwischen der Messzelle und dem drahtlosen Sender angeordnet ist, sowie eine Energieversorgungseinheit umfassen.
In einer Variante kann die Messvorrichtung 10 einen Sensor 11 und einen drahtlosen Sender 112 umfassen, die durch ein Kabel 13 verbunden sind. Der Sender 112 unterscheidet sich vom Sensor 11 und ist in den Rollenkäfig 6 integriert. In einer selben Hülle kann der Sender 112 ebenfalls eine Signalverarbeitungseinheit und eine Energieversorgungseinheit umfassen.
Gemäß einer anderen Variante kann die Messvorrichtung 10 zwei Sensoren 11 und 12 ohne integrierten drahtlosen Sender sowie eine kreisförmige Antenne 113 umfassen, die sich entlang des Käfigs 6 im Gehäuse 5 zwischen den Sensoren 11 und 12 erstreckt. Die Antenne kann außen auf dem Käfig 6 befestigt oder direkt in den Käfig 6 integriert sein, beispielsweise durch Übergießen.
Gemäß einer anderen Variante umfasst die Messvorrichtung 10 einen Sensor 11 und ein in den Rollenkäfig 6 integriertes Gegengewicht 212. Um die Vorrichtung 10 und damit das Lager 1 auszuwuchten, sind der Sensor 11 und das Gegengewicht 212 auf der einen und der anderen Seite der Achse X1, anders gesagt, in 180 Grad um diese Achse X1 verteilt, angeordnet. Wenn die Vorrichtung 10 zwei Sensoren oder mehr umfasst, die in den Käfig 6 integriert sind, können Gegengewichte auf dem Umfang des Käfigs 6 entsprechend verteilt sein.
Erfindungsgemäß werden die mit dem instrumentierten Lager 1 verbundenen Kennwerte so nah wie möglich an der Funktionszone des Lagers 1 im Lagergehäuse 4 gemessen, was erlaubt, relevante und präzise Messwerte zu erhalten. Der Platzbedarf des instrumentierten Lagers 1 ist optimiert. Die Anzahl der Kabel ist reduziert, vor allem für die Versorgung mit Energie und die Datenübertragung.
Gemäß einer besonderen Anwendung erlaubt die Erfindung, mit der Schmierung des Lagers 1 verbundene Kennwerte zu analysieren, selbst wenn dieses Lager 1 von Organen geschützt wird, die die Lagergehäuse 4 von außen schützen (auf Englisch „capped bearing“).
Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf ein Herstellungsverfahren eines instrumentierten Lagers 1. Das Verfahren umfasst einen Schritt a), der darin besteht, den Außenring 2, den Innenring 3 und die Rollkörper 5 herzustellen. Das Verfahren umfasst ebenfalls einen Schritt b), der darin besteht, die Messvorrichtung 10 mindestens teilweise in den Rollenkäfig 6 zu integrieren, wobei die Messvorrichtung 10 mindestens ein Kabel 13 oder eine Antenne 113 umfasst, die sich entlang des Käfigs 6 im Gehäuse 5 erstrecken. In der Praxis kann der Käfig 6 vor dem Schritt b) gleichzeitig wie die Elemente 2, 3 und 5 hergestellt werden, oder der Käfig 6 kann während des Schritts b) hergestellt werden, beispielsweise, wenn die Elemente 11, 12 und/oder 13 in den Käfig 6 durch Übergießen integriert werden. Schließlich umfasst das Verfahren einen Schritt c), der darin besteht, das instrumentierte Lager 1 zu montieren. Der Schritt a) kann vor oder nach Schritt b) durchgeführt werden. Der Schritt c) wird nach den Schritten a) und b) durchgeführt.
Das instrumentierte Lager 1 und insbesondere die Messvorrichtung 10 können anders als auf den 1 bis 3 und die oben erwähnten Varianten ausgebildet sein, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Unabhängig von der Ausführungsform der Erfindung schließt die Messvorrichtung 10 mindestens einen Sensor 11 ein und ist mindestens teilweise in den Rollenkäfig 6 integriert.
Ferner können die technischen Merkmale der verschiedenen, hier oben erwähnten Ausführungsformen und Varianten insgesamt oder, für einige von ihnen, teilweise untereinander kombiniert werden. So ist das instrumentierte Lager 1 im Hinblick auf Kosten, Funktion, Platzbedarf und Leistung anpassbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2006/083736 A [0005]

Claims

Instrumentiertes Lager (1), umfassend: – einen Außenring (2) und einen Innenring (3), zwischen denen ein Lagergehäuse (4) begrenzt ist, – Rollkörper (5), die im Lagergehäuse (4) angeordnet sind und dabei von einem Rollenkäfig (6) gehalten werden; und – eine Messvorrichtung (10), die mindestens einen Sensor (11) einschließt, der ausgebildet ist, um mindestens einen Funktionsparameter des instrumentierten Lagers (1) zu messen, wobei die Messvorrichtung (10) mindestens teilweise in den Rollenkäfig (6) integriert ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (10) mindestens ein Kabel (13) oder eine Antenne (113) umfasst, die sich entlang des Rollenkäfigs (6) im Lagergehäuse (5) erstrecken.
Instrumentiertes Lager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (11) in den Rollenkäfig (6) in einem Zwischenraum (8) zwischen zwei Rollkörpern (5) integriert ist.
Instrumentiertes Lager (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (11) in den Rollenkäfig (6) durch Übergießen integriert ist.
Instrumentiertes Lager (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (11) in den Rollenkäfig (6) durch Einrasten integriert ist.
Instrumentiertes Lager (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (10) mehrere Sensoren (11, 12) umfasst, wobei jeder Sensor ausgebildet ist, um mindestens einen Funktionsparameter des instrumentierten Lagers (1) zu messen.
Instrumentiertes Lager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (10) einen in den Sensor (11) integrierten drahtlosen Sender umfasst.
Instrumentiertes Lager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (10) einen drahtlosen Sender (112) umfasst, der sich vom Sensor (11) unterscheidet und in den Rollenkäfig (6) integriert ist.
Instrumentiertes Lager (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (10) mindestens ein in den Rollenkäfig (6) integriertes Gegengewicht (212) umfasst.
Herstellungsverfahren eines instrumentierten Lagers (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Herstellen des Außenrings (2), des Innenrings (3) und der Rollkörper (5), b) Integrieren mindestens teilweise der Messvorrichtung (10) in den Rollenkäfig (6), wobei die Messvorrichtung (10) mindestens ein Kabel (13) oder eine Antenne (113) umfasst, die sich entlang des Rollenkäfigs (6) im Lagergehäuse (5) erstrecken, c) Montieren des instrumentierten Lagers (1).