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Ausführungsbeispiele betreffen eine Sensoranordnung zur Detektion einer Bewegungsrichtung wenigstens eines Wälzkörpers sowie ein Wälzlager mit der Sensoranordnung.
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Bei Lagerordnungen kann es aus unterschiedlichen Gründen notwendig oder erwünscht sein, bestimmte Zustände, beispielsweise Geschwindigkeit, Last und/oder Vibration der Lageranordnung zu überwachen und zu erfassen. Einer dieser Zustände kann beispielsweise eine Bewegungs- oder eine Drehrichtung der Lageranordnung betreffen. Bei konventionellen Methoden zur Erfassung der Drehrichtung werden Komponenten, die über einen Sensor detektierbar sind, dazu an einem Innenring, der sich bewegt, befestigt. Dadurch werden zusätzliche Massen bewegt. Dies ist meistens unerwünscht. Diese Probleme können auch beim Erfassen der anderen, bereits genannten Zustände auftreten.
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Es besteht daher ein Bedarf daran, ein Konzept zur verbesserten Detektion einer Bewegungsrichtung einer Lageranordnung bereitzustellen. Diesem Bedarf tragen die unabhängigen Ansprüche Rechnung.
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Ausführungsbeispiele betreffen eine Sensoranordnung zur Detektion einer Bewegungsrichtung wenigstens eines Wälzkörpers. Die Sensoranordnung umfasst wenigstens einen ersten Sensor und einen zweiten Sensor, die wenigstens einem, den Wälzkörper führenden Laufbahnsegment zugeordnet sind. Die beiden Sensoren sind in einem Abstand zueinander angeordnet, der sich von einem Abstand zwischen einem Mittelpunkt eines ersten Wälzkörpers und einem Mittelpunkt eines zweiten Wälzkörpers unterscheidet. Dadurch, dass zwei Sensoren in dem genannten Abstand angeordnet sind, kann bei manchen Ausführungsbeispielen eine Reihenfolge, in der der Wälzkörper an den Sensoren vorbeiläuft und so auch eine Bewegungsrichtung des Lagers ermittelt werden. Durch den gewählten Abstand kann bei manchen Ausführungsbeispielen die Gefahr vermieden werden, dass zeitgleich unterschiedliche Wälzkörper von den Sensoren detektiert werden.
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Sensoren, die einem Bauteil, beispielsweise einem Laufbahnelement, zugeordnet sind, können zum Beispiel auf jedwede Weise angeordnet sein, die es erlaubt, dass sie eine Zustandsänderung des Bauteils, beispielsweise Dehnung, Erwärmung Vibration des Bauteils erfassen. Dazu können die Sensoren direkt an dem Bauteil oder aber auch mit einer Komponente, die direkt mit dem Bauteil, beispielsweise einem Gehäuse oder dergleichen, in Kontakt steht, angeordnet sein.
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Ergänzend können der erste Sensor und der zweite Sensor entlang der Bewegungsrichtung beispielsweise einen Abstand aufweisen, der sich auch von einem ganzzahligen Vielfachen des Abstands zwischen den Mittelpunkten der direkt benachbarten Wälzkörper unterscheidet. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann so auch vermieden werden, dass nicht direkt benachbarte Wälzkörper sondern weitere Wälzkörper gleichzeitig unterschiedliche Sensoren überrollen und so ein falsches Messergebnis liefern.
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Ergänzend oder alternativ weist der wenigstens erste Sensor entlang der Bewegungsrichtung eine Ausdehnung auf, die kleiner ist als der Abstand zwischen den Mittelpunkten der direkt benachbarten Wälzkörper. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann so verhindert werden, dass ein Sensor gleichzeitig von zwei Wälzkörpern überrollt wird. Die genannte Ausdehnung kann natürlich auch für den zweiten und möglicherweise weitere vorhandene Sensoren gelten. Genauso kann es sich beispielsweise mit einem Abstand zwischen dem zweiten und einem dritten Sensor oder auch zwischen dem ersten Sensor und dem dritten Sensor bzw. weiteren Sensoren verhalten. Bei Linearrollenlagern kann es sich bei dem Abstand und/oder auch der Ausdehnung zum Beispiel um eine gerade Strecke handeln. Die Bewegungsrichtung kann beispielsweise parallel zu einer axialen Richtung angeordnet sein. Es kann sich beispielsweise um eine translatorische oder sogar um eine lineare Bewegung handeln. Bei Ausführungsbeispielen, bei denen es sich bei dem Laufbahnsegment um einen Ring, beispielsweise einen Außenring handelt, kann der Abstand und/oder auch die Ausdehnung eventuell in einem Winkel angegeben werden. Bei dem Abstand kann es sich also nicht nur um die kürzeste Distanz zwischen zwei Punkten, sondern auch um einen Winkel, den die Punkt einschließen, handeln. Bei diesen Fällen kann es sich bei der Bewegungsrichtung zum Beispiel um eine Umfangsrichtung handeln.
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Ergänzend oder alternativ kann das Laufbahnsegment, an dem die wenigstens zwei Sensoren angeordnet sind, statisch sein. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann dadurch, dass das Laufbahnelement sich nicht bewegt, eine Energieversorgung und/oder Signalauswertung der Sensoren vereinfacht sein. Bei dem statischen Laufbahnelement kann es sich beispielsweise um einen Außenring eines Wälzlagers handeln. Ein Bauteil, ein Außenring oder ein Innenring, die statisch angeordnet sind, führen beispielsweise keine Rotationsbewegung aus. Unter Umständen kann der Außenring, der Innenring oder ein anderes Bauteil, beispielsweise einer Anordnung in einem Fahrzeug oder einer Maschine, jedoch translatorische Bewegungen ausführen.
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Ergänzend oder alternativ können die Sensoren in einem Bereich entlang der Bewegungsrichtung angeordnet sein, der kleiner ist als ein Viertel einer Ausdehnung des Laufbahnsegments entlang der Bewegungsrichtung. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann so eine Befestigung des Laufbahnsegments in einem Lagersitz, beispielsweise in einem Gehäuse, möglichst wenig beeinträchtigt sein.
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Ergänzend oder alternativ können die Sensoren in Reihe geschaltet sein. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann so eine einfachere Montage der Sensoranordnung erfolgen. Unter Umständen können bei manchen Ausführungsbeispielen die Sensoren auch zur Erfassung weiterer Zustände wie einer Last, einer Geschwindigkeit oder dergleichen eingesetzt werden. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann durch eine Reihenschaltung eventuell ermöglicht werden, dass Zustände mit einer größeren Auflösung erfasst werden können.
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Ergänzend oder alternativ kann es sich bei dem ersten und/oder dem zweiten Sensor um jedwedes Bauteil handeln, das ausgebildet ist, um zu detektieren, ob ein Wälzkörper in einen Bereich eintritt, der senkrecht zu der Bewegungsrichtung mit dem Sensor überlappt. Solche Bauteile können z.B. optische Sensoren, beispielsweise ein Lichtwellenleiter mit wenigstens einem optischen Interferenzfilter, wenigstens ein Dehnungsmessstreifen, wenigstens ein Piezoelement, ein magnetischer Sensor, ein resistiver Sensor, ein induktiver Sensor, ein kapazitiver Sensor oder auch ein Hallsensor sein. Bei manchen Ausführungsbeispielen können genau zwei oder eine Mehrzahl von Sensoren oder auch genau drei Sensoren eingesetzt sein. Eventuell können alle Sensoren das gleiche Funktionsprinzip aufweisen oder sich in Ihrer Funktion und/oder Bauart unterscheiden. Bei manchen Ausführungsbeispielen ist jeder der Sensoren ausgebildet, um Signale einer eigenen Frequenz zu erzeugen, die sich von der Frequenz des Signals des anderen Sensors unterscheidet, sodass die Signale bestimmten Umfangswinkelbereichen oder Abständen zugeordnet werden können.
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Bei manchen Ausführungsbeispielen sind der erste und der zweite Sensor als optische Interferenzfilter ausgebildet, die in einen einzigen Lichtwellenleiter eingeschrieben sind. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann so eine besonders einfache Reihenschaltung der Sensoren bewirkt werden. Ferner kann bei manchen Ausführungsbeispielen auch eine Montage vereinfacht werden, da nur der Lichtwellenleiter, eventuell sogar nur ein einziger Lichtwellenleiter an dem Laufbahnsegment zu befestigen ist. Beispielsweise kann es sich bei den optischen Interferenzfiltern um Faser-Bragg-Gitter handeln.
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Ergänzend oder alternativ kann der Lichtleiter eine Länge aufweisen, die kleiner ist als ein eine Hälfte, ein Drittel, ein Viertel, ein Fünftel, ein Sechstel, ein Siebtel, ein Achtel oder ein Zehntel einer Ausdehnung des Laufbahnsegments entlang der Bewegungsrichtung. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann der Lichtleiter so eine Montage des Laufbahnsegments an einem weiteren Bauteil nur sehr geringfügig beeinflussen. Bei Ausführungsbeispielen, bei denen es sich bei dem Laufbahnsegment um einen Lagerringring handelt und die Bewegungsrichtung der Umfangsrichtung entspricht, kann sich der Lichtleiter beispielsweise um einen Winkelbereich entlang des Lageringrings erstrecken, der kleiner als 90°, 50°, 45°, 40°, 30°, 15° ist.
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Ergänzend oder alternativ können die Sensoren an der radial nach außen gerichteten Fläche und/oder einer Stirnfläche des Lagerrings angeordnet sein, der als Laufbahnsegment dient. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann die Sensoranordnung so besonders leicht montiert werden. Beispielsweise können die Sensoren an eine Oberfläche des Außenrings geklebt sein. Eventuell kann der Außenring auch wenigstens eine Bohrungen und/oder eine Nut zur Aufnahme der Sensoren aufweisen. Bei der Stirnfläche des Außenrings kann es sich zum Beispiel um eine Fläche des Außenrings handeln, die eine radial nach innen gerichtete Fläche und eine radial nach außen gerichtete Fläche des Außenrings verbindet. Eventuell kann die Stirnfläche in die radiale Richtung gerichtet sein, also einen Normalvektor aufweisen, der parallel zur axialen Richtung angeordnet ist.
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Bei manchen Ausführungsbeispielen umfasst die Sensoranordnung eine Auswerteeinheit, die ausgebildet ist, um die an den Sensoren erzeugten Signale aufzunehmen. Signale können je nach Bauart des Sensors, elektrisch oder optisch sein. Bei den Signalen kann es sich beispielsweise um an den Interferenzfiltern oder Faser-Bragg-Gittern reflektierte Lichtwellen handeln. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann so ermöglicht werden, dass die Auswerteeinheit auf derselben Seite des Lichtleiters angeordnet ist wie die Lichtquelle, wodurch sich ein Bauraum der Sensoranordnung erheblich verringern kann. Natürlich kann bei anderen Ausführungsbeispielen der Lichtleiter von einer Seite mit Licht bestrahlt werden und an einer in Bewegungsrichtung gegenüberliegenden Seite die veränderten Lichtwellen ausgewertet werden.
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Ausführungsbeispiele betreffen auch ein Wälzlager mit einer Sensoranordnung gemäß wenigstens einem der beschriebenen Ausführungsbeispiele. Bei dem Wälzlager ist an einem als Laufbahnsegment dienenden Außenring ein Lichtleiter angeordnet. Dieser Lichtleiter weist wenigstens zwei oder genau drei Faser-Bragg-Gitter als Sensoren auf, wobei alle Faser-Bragg-Gitter eines Lichtleiters unterschiedliche Reflektionscharakteristiken aufweisen. Zwei benachbarte Faser-Bragg-Gitter weisen in Umfangsrichtung einen Abstand zueinander auf, der sich von einem ganzzahligen Vielfachen eines Abstands von Mittelpunkten zweier direkt benachbarter Wälzkörper unterscheidet. Die drei Faser-Bragg-Gitter weisen ebenfalls in Umfangsrichtung eine Ausdehnung auf, die kleiner ist als der Abstand zwischen den Mittelpunkten der Wälzkörper. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann dadurch eine Rotationsrichtung des Wälzkörpers überwacht werden, und elektrische Komponenten an dem Außenring oder Laufbahnelement können entfallen.
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Ein Abstand von Wälzkörpern oder direkt benachbarten Wälzkörpern kann beispielsweise durch einen Einsatz eines Käfigs eingestellt und konstant gehalten werden. Beispielsweise können alle Wälzkörper regelmäßig mit einem einheitlichen Abstand zu ihren direkt benachbarten Wälzkörpern angeordnet sein. Bei Ausführungsbeispielen bei denen die Wälzkörper beispielsweise gruppiert angeordnet sind und eventuell wenigstens zwei unterschiedliche Abstände zwischen direkt benachbarten Wälzkörpern auftreten, kann die beschriebene Anordnung und/oder Ausdehnung der Sensoren in Bezug auf alle Abstände der Wälzkörper berücksichtigt werden.
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Bei manchen Ausführungsbeispielen kann der Abstand zwischen den Sensoren kleiner oder gleich einem Faktor 0,95 des Abstands zwischen den Mittelpunkten der Wälzkörper oder größer oder gleich einem Faktor 1,05 des Abstands zwischen den Mittelpunkten der Wälzkörper sein. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann der Abstand zwischen den Sensoren auch kleiner oder gleich einem Faktor 0,98 des Abstands zwischen den Mittelpunkten der Wälzkörper und größer oder gleich einem Faktor 1,02 des Abstands der Mittelpunkte der Wälzkörper sein. Eine Ausdehnung des Sensors entlang der Bewegungsrichtung kann beispielsweise kleiner oder gleich einem Faktor 0,95 des Abstands der Mittelpunkte der Wälzkörper und/oder auch kleiner oder gleich einem Faktor 0,98 des Abstands der Mittelpunkte der Wälzkörper sein.
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Die in der vorstehenden Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und den beigefügten Figuren offenbarten Ausführungsbeispiele sowie deren einzelne Merkmale können sowohl einzeln wie auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung eines Ausführungsbeispiels in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein und implementiert werden.
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So zeigen die Figuren schematisch die nachfolgenden Ansichten.
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1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Sensoranordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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2 zeigt eine schematische Draufsicht einer Sensoranordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1;
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3 zeigt eine schematische Darstellung von Frequenzverläufen der Sensoren der Sensoranordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 und 2.
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Bei der nachfolgenden Beschreibung der beigefügten Darstellungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten. Ferner werden zusammenfassende Bezugszeichen für Komponenten und Objekte verwendet, die mehrfach in einem Ausführungsbeispiel oder in einer Darstellung auftreten, jedoch hinsichtlich eines oder mehrerer Merkmale gemeinsam beschrieben werden. Komponenten oder Objekte, die mit gleichen oder zusammenfassenden Bezugszeichen beschrieben werden, können hinsichtlich einzelner, mehrerer oder aller Merkmale, beispielsweise ihrer Dimensionierungen, gleich, jedoch gegebenenfalls auch unterschiedlich ausgeführt sein, sofern sich aus der Beschreibung nicht etwas anderes explizit oder implizit ergibt.
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1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Sensoranordnung 1 zur Detektion einer Bewegungsrichtung wenigstens eines Wälzkörpers 2. Dazu umfasst die Sensoranordnung 1 wenigstens einen ersten Sensor 3 und einen zweiten Sensor 4. Die beiden Sensoren 3 und 4 sind an einem, den Wälzkörper 2 und einen weiteren, direkt benachbarten Wälzkörper 6 führenden Laufbahnsegment 5 angeordnet. Der erste Sensor 3 ist zu dem zweiten Sensor 4 in einem Abstand β angeordnet, der sich von einem Abstand α zwischen Mittelpunkten direkt benachbarter Wälzkörper 2 und 6 unterscheidet.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der 1 ist die Sensoranordnung 1 an einem Wälzlager 12 angeordnet, das einen Innenring 8 und einen Außenrings 5 aufweist, der als Laufbahnelement dient. Der Außenring 5 und Innenrings 8 sind angeordnet, um in radialer Richtung zwischen sich eine Mehrzahl von Wälzkörpern, und auch die Wälzkörper 2 und 6 zu führen. Bei den Wälzkörpern des Lagers 12 handelt es sich Kugeln. Bei einigen weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen kann als Wälzkörper jedwedes Bauteil eingesetzt sein, das eine Rotation des Laufbahnsegments oder eine Bewegung eines anderen Bauteils, beispielsweise eines Innenrings oder einer Welle gegenüber einem Laufbahnsegment ermöglicht, beispielsweise Kegelrollen, Zylinderrollen, Nadeln oder dergleichen
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Die Wälzkörper des Lagers 12 sind in einem Käfig 10 geführt. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann so ermöglicht werden, dass jeweils direkt benachbarte Wälzkörper, den gleichen Abstand zueinander aufweisen. Direkt benachbarte Wälzkörper sind beispielsweise Wälzkörper zwischen denen kein weiterer Wälzkörper in Bewegungsrichtung angeordnet ist. Bei einigen weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen kann das Laufbahnsegment auch eine Schiene oder eine Hülse sein. Des Weiteren kann bei manchen Ausführungsbeispielen auch ein Innenring entfallen und die Wälzkörper beispielsweise direkt auf der Oberfläche des drehbeweglich gelagerten Bauteils, beispielsweise einer Welle, einem Wellenstummel oder dergleichen, abrollen.
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Bei dem Außenring 5, der als Laufbahnsegment dient, handelt es sich um ein statisches Bauteil. Der Außenring 5 ist feststehend angeordnet. Dazu ist er beispielsweise mit seiner nach radial außen gerichteten Fläche 11 an einem nicht dargestellten Gehäuse, beispielsweise über einen Lagersitz oder dergleichen, befestigt. An dem Innenring 8 kann beispielsweise eine nicht dargestellte Welle oder ein anderes Maschinenelement befestigt sein, das gegenüber dem Außenring 5 eine Rotationsbewegung ausführt.
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Eine Bewegungsrichtung der Wälzkörper 2 und 6 und damit auch eine Bewegungsrichtung bzw. Drehrichtung des Wälzlager 12 entspricht einer Umfangsrichtung U. Dabei kann die Bewegung sowohl im Uhrzeigersinn oder auch entgegen dem Uhrzeigersinn erfolgen. Der Abstand zwischen den Mittelpunkten der Wälzkörper 2 und 6 wird deshalb über den Winkel α angegeben. Analog wird auch der Abstand zwischen den Sensoren 3 und 4 über den Winkel β angegeben. Bei einigen weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen kann eine Bewegungsrichtung auch linear sein, beispielsweise bei einem Linearrollenlager. Bei solchen Ausführungsbeispielen können die Abstände beispielsweise in Metern oder Millimetern angegeben werden.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der 1 ist ein dritter Sensor 7 vorgesehen, der im gleichen Abstand zu dem zweiten Sensor 4 angeordnet ist, wie der zweite Sensor 4 zu dem ersten Sensor 3. Ferner sind die Sensoren 3, 4 und 7 als Faser-Bragg-Gitter ausgebildet. Es handelt sich dabei um in einen Lichtleiter 9 eingeschriebene Interferenzfilter. Diese sind in der detaillierten Darstellung des Lichtleiters 9 der 2 genauer erkennbar und beschrieben. Bei einigen weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen können genau zwei Sensoren, aber auch vier oder fünf Sensoren vorgesehen sein. Mit der Einschränkung, dass die Sensoren 3, 4 und 7 nicht in einem Abstand angeordnet sind, der einem Abstand der Mittelpunkte der Wälzkörper 2 und 6 entspricht, gilt auch die Einschränkung, dass diese nicht in einem Abstand angeordneten sind, der einem ganzzahligen Vielfachen des Abstands der Mittelpunkte der Wälzkörper entspricht. Genauso weisen die Sensoren 3, 4, und 7 in Umfangsrichtung eine Ausdehnung auf, die kleiner ist als der Abstand zwischen den direkt benachbarten Wälzkörpern 2 und 6.
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Die 2 zeigt eine schematische Draufsicht der Sensoranordnung 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1. Wie in der 2 erkennbar, weist jeder der Sensoren 3, 4 und 7 eine eigene Filtercharakteristik auf. Diese ist durch eine unterschiedliche Anzahl an Strichen in unterschiedlichen Abständen dargestellt. Ein Abstand d zwischen den beiden Sensoren 3 und 4 ist in der Darstellung der 2 an dem nicht gekrümmte Lichtleiter 9 eingezeichnet. Der Abstand d wird zwischen Mittelpunkten der direkt benachbarten Sensoren oder Filter entlang einer Hauptausdehnung des Lichtleiters 9 angegeben. Der Abstand d entspricht einer Länge eine Kreisbogensegments, das den Winkel β einschließt, an einem Durchmesser des Wälzlager 12 auf dem die Sensoren 3, 4, und 7 angeordnet sind. Um die Bewegungsrichtung zuverlässig detektieren zu können, weisen die Filter auch eine maximale Ausdehnung w auf, die kleiner ist als eine Länge eine Kreisbogensegments, das den Winkel α einschließt, an einem Durchmesser des Wälzlager 12 auf dem die Sensoren 3, 4, und 7 angeordnet sind. Dadurch kann verhindert werden, dass beispielsweise der Filter 3 und der Filter 4 gleichzeitig von Wälzkörpern überrollt werden.
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3 zeigt eine schematische Darstellung von Frequenzverläufen der Sensoren der Sensoranordnung gemäß Ausführungsbeispielen. Es ist ein Diagramm dargestellt, das zeigt, welche Frequenzen Signale aufweisen, die an den einzelnen Sensoren 3, 4 und 7, die als Filter ausgebildet sind, reflektiert werden. Mit anderen Worten werden an dem ersten Sensor 3 bzw. Faser-Bragg-Filter Signale mit der Frequenz f1 reflektiert. An dem zweiten Sensor 4 werden Signale mit der Frequenz f2 und an dem dritten Sensor 7 Signale mit der Frequenz f3 reflektiert. Dadurch, dass sich die Signale f1, f2 und f3 in ihrer Frequenz unterscheiden, kann über die empfangenen Signale zugeordnet werden, in welchem Winkelbereich das Signal durch ein Überrollen des Wälzkörpers erzeugt wurde. In einigen weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen kann die Zuordnung der Signale zu den einzelnen Sensoren auch über andere Codierungen erfolgen.
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Alle drei Sensoren 3, 4 und 7 sind bei dem Ausführungsbeispiel der Figuren in dem einzigen Lichtleiter 9 angeordnet. Dadurch ergibt sich eine Reihenschaltung der Sensoren 3, 4, und 7. Durch die Reihenschaltung der Sensoren 3, 4, und 7 werden Signale verstärkt. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann so das Erfassen Vibrationen, Dehnungen oder Belastungen verbessert werden.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der 1 ist der Lichtleiter 9 mit den Faser-Bragg-Gittern 3, 4 und 7 an der in die radial nach außen gerichtete Außenfläche 11 des Außenrings 5 befestigt. Bei einigen weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen können die Sensoren auch an einer Stirnseite des Außenrings oder sogar an einer Lauffläche des Außenrings bzw. eine radial nach innen gerichteten Fläche des Außenrings, in einem Bereich, der von den Wälzkörpern überrollt wird oder auch in einem Bereich, der nicht von den Wälzkörpern überrollt wird, angeordnet sein. Der Lichtleiter 9 kann an dem Laufbahnelement 5 auf jedwede Art und Weise befestigt sein, beispielsweise geklebt, geschraubt, gespritzt. Unter Umständen können das Laufbahnelement bzw. Außenring dazu eine Nut aufweisen, in die der Lichtleiter geklemmt und/oder geklebt wird. Wichtig ist, dass der Lichtleiter in direktem Kontakt mit dem Laufbahnelement oder in direktem Kontakt mit einem Bauteil steht, das an dem Laufbahnelement angeordnet ist. Der Lichtleiter kann also beispielsweise auch an einem Gehäuse angeordnet sein.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der Figuren kann durch die Verwendung einer Mehrzahl von optischen Faserdehnungssensoren, eine Drehbewegung und -Richtung eines Wälzlagers detektiert werden. Ein Lager mit der Sensoranordnung kann zwei oder mehrere Sensoren umfassen, bei denen es sich beispielsweise um optische Faser-Bragg-Gitter handelt. Diese können beispielsweise an dem nicht rotierenden Lagerring befestigt sein. Bei Ausführungsbeispielen, bei denen der Innenring nicht rotiert, können die Sensoren selbstverständlich auch an dem Innenring befestigt sein.
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Die als Faser-Bragg-Gitter-Sensoren ausgebildeten Sensoren 3, 4, und 7 können beispielsweise eine Dehnung erfassen, die in dem Laufbahnelement 5 an dem die Sensoren 2, 4, und 7 angeordnet sind, durch die Last der Wälzkörper 2 und 6 erzeugt wird. Die Dehnungswelle kann sich mit der Bewegung des Wälzkörpers durch den Lagerstahl bzw. den Werkstoff des Laufbahnelements bewegen. Diese Dehnung kann beispielsweise genutzt werden, um eine Last, die auf das Lager wirkt, eine Temperatur, eine Vibration und/oder eine Richtung der Bewegung erfassen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann dazu ein Zeitsignal der Sensoren, beispielsweise der Faser-Bragg-Gitter-Sensoren, analysiert werden.
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Um die Bewegungsrichtung anhand einer Analyse des Zeitsignals der Sensoren zu detektieren, kann es erforderlich sein, dass die Sensoren in den beschriebenen Abständen in Bezug auf den Abstand der Wälzkörpermittelpunkte angeordnet sind und die beschriebene Ausdehnung entlang der Bewegungsrichtung aufweisen. Mit anderen Worten darf der Abstand zwischen den Sensoren keinem ganzzahligen Vielfachen und auch nicht dem einfachen Abstand zwischen Wälzkörpermittelpunkten entsprechen.
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Jeder der Sensoren bzw. jedes der Faser-Bragg-Gitter 3, 4 und 7 weist sein eigenes charakteristisches Muster auf, welches zu einer Frequenz korrespondiert. Die Frequenz ändert sich aufgrund einer Dehnung, die das Faser-Bragg-Gitter erfährt, wenn der Wälzkörper über das Faser-Bragg-Gitter bzw. einen der Sensoren 3, 4 und 7 rollt. Eine Analyse des Dehnungssignals über die Zeit erlaubt bei manchen Ausführungsbeispielen eine Richtung zu bestimmen, in die sich der Wälzkörper bewegt. Die Bewegungsrichtung des Wälzkörpers entspricht der Bewegungsrichtung der Welle. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann so ermöglicht werden, dass das Überwachen einer Bewegungsrichtung in einer anspruchsvollen oder schwierigen Umgebungen, beispielsweise bei hoher Temperatur, hohen Drücken, in einer explosiven Umgebung oder unter dem Einfluss von korrosiven Chemikalien, erfasst werden kann, ohne elektronische Bauteil oder elektrische Signale zu verwenden, da der Lichtleiter 9 nur mit Lichtwellen auskommt. Elektronische Bauteile erfordern unter den genannten Bedingungen meist besondere Sicherungs- oder Dichtungseinrichtungen, die bei einem Einsatz des Lichtleiters 9 entfallen oder zumindest vereinfacht eingesetzt werden können.
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Die Sensoreinrichtung kann, nicht nur wie in den Figuren beschrieben bei Lageranordnungen zum drehbeweglichen Lagern, sondern in allen möglichen Lageranordnungen, beispielsweise Fahrzeugen, Windkraftanlagen, bei Werkzeugen oder Vorrichtungen für Tiefbohrungen, im Unterseebereich, im Tiefseebereich und/oder bei Pumpvorrichtungen vorgesehen sein. Die Anwendung eignet sich auch für Fälle, bei denen elektrische Komponenten schwierig einsetzbar sind. Zustände, die über die Sensoren erfasst werden können, sind beispielsweise Temperatur, Last, Geschwindigkeit, Vibration und/oder eine Bewegungsrichtung.
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Die in der vorstehenden Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und den beigefügten Figuren offenbarten Ausführungsbeispiele sowie deren einzelne Merkmale können sowohl einzeln wie auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung eines Ausführungsbeispiels in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein und implementiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Sensoranordnung
- 2
- Wälzkörper
- 3
- erster Sensor
- 4
- zweiter Sensor
- 5
- Laufbahnsegment
- 6
- Wälzkörper
- 7
- Sensor
- 8
- Außenring
- 9
- Lichtleiter
- 10
- Käfig
- 11
- nach radial außen gerichtete Fläche
- 12
- Wälzlager
- U
- Umfangsrichtung
