DE102016207357A1

DE102016207357A1 - Rolling element for a rolling bearing and method for determining a lubricating film thickness

Info

Publication number: DE102016207357A1
Application number: DE102016207357.5A
Authority: DE
Inventors: Jens Graf; Jesko-Henning Tanke; Florin Tatar; Andreas Clemens Van Der Ham
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2016-04-29
Filing date: 2016-04-29
Publication date: 2017-11-02

Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Wälzkörper (10) für ein Wälzlager. Es wird vorgeschlagen, dass der Wälzkörper wenigstens ein Schallerzeugungselement (14) aufweist, welches dazu vorgesehen ist, während zumindest eines Betriebsvorgangs Schall zu erzeugen.The invention is based on a rolling element (10) for a roller bearing. It is proposed that the rolling body has at least one sound generating element (14) which is intended to generate sound during at least one operating operation.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Wälzkörper nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a rolling element according to the preamble of claim 1.

Aus der DE 10 2012 200 777 A1 ist ein Wälzkörper für ein Wälzlager bekannt, welcher einen akustischen Sensor aufweist. From the DE 10 2012 200 777 A1 is a rolling element for a rolling bearing is known, which has an acoustic sensor.

Aus der US 2004/0045356 A1 ist ein Verfahren zur Messung einer Schmierfilmdicke bekannt. From the US 2004/0045356 A1 For example, a method of measuring a lubricant film thickness is known.

Ferner ist aus dem Artikel „The measurement of lubricant-film thickness using ultrasound“, Proceedings of the Royal Society Series A: Mathematical Physical and Engineering Sciences, 459 (2032), pp. 957–976 , ein Verfahren zur Messung einer Schmierfilmdicke bekannt. Furthermore, from the "The Measurement of Lubricant-Film Thickness Using Ultrasound", Proceedings of the Royal Society Series A: Mathematical Physical and Engineering Sciences, 459 (2032), p. 957-976 , a method for measuring a lubricating film thickness is known.

Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, einen gattungsgemäßen Wälzkörper bereitzustellen, welcher bei einem Betrieb eine lange Gebrauchsdauer erlaubt. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und die Merkmale des Patentanspruchs 10 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können. The object of the invention is in particular to provide a generic rolling elements, which allows a long service life during operation. The object is achieved by the features of claim 1 and the features of claim 10, while advantageous embodiments and modifications of the invention can be taken from the dependent claims.

Die Erfindung geht aus von einem Wälzkörper für ein Wälzlager. The invention relates to a rolling element for a rolling bearing.

Es wird vorgeschlagen, dass der Wälzkörper wenigstens ein Schallerzeugungselement aufweist, welches dazu vorgesehen ist, während zumindest eines Betriebsvorgangs Schall zu erzeugen. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell ausgelegt und/oder speziell ausgestattet und/oder speziell programmiert verstanden werden. Unter einem „Schallerzeugungselement“ soll insbesondere ein Element verstanden werden, welches veranlasst durch ein, insbesondere elektronisches, Ansteuern Schall, und zwar insbesondere Ultraschall, generiert. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung erlaubt eine lange Gebrauchsdauer. Außerdem kann früh ein unnormaler Zustand eines Lagers durch insbesondere fortlaufende Überwachung des Schmierzustands mittels des Messen der Dicke des vorhandenen Schmierfilms durch Schallreflexionen erreicht werden. Insbesondere spielt es dabei keine Rolle, ob der nicht optimale Schmierzustand durch gealterte Schmiermittel, Schmutz oder Fremdpartikel im Schmiermittel oder zu viel oder zu wenig Schmiermittel erzeugt wird. It is proposed that the rolling body has at least one sound generating element, which is intended to generate sound during at least one operating process. By "intended" is intended to be understood in particular specifically designed and / or specially equipped and / or specially programmed. A "sound generating element" should be understood to mean, in particular, an element which causes noise, in particular ultrasound, to be generated by a, in particular electronic, triggering. The embodiment of the invention allows a long service life. In addition, an abnormal state of a bearing can be early achieved by particularly continuously monitoring the lubrication state by measuring the thickness of the existing lubricating film by sound reflections. In particular, it does not matter whether the non-optimal lubrication state is produced by aged lubricants, dirt or foreign particles in the lubricant or too much or too little lubricant.

Vorzugsweise weist der Wälzkörper eine elektronische Baueinheit auf, die dazu vorgesehen ist, das Schallerzeugungselement anzusteuern. Unter einer „elektronischen Baueinheit“ soll insbesondere eine Baueinheit verstanden werden, welche eine Recheneinheit, eine Speichereinheit und ein in der Speichereinheit gespeichertes Betriebsprogramm aufweist. Preferably, the rolling element has an electronic unit which is intended to control the sound generating element. An "electronic component" is to be understood, in particular, as an assembly which has a computing unit, a memory unit and an operating program stored in the memory unit.

Ferner wird vorgeschlagen, dass der Wälzkörper wenigstens ein Schallempfangselement und zumindest eine elektronische Baueinheit mit einem Betriebsprogramm aufweist, wobei die elektronische Baueinheit dazu vorgesehen ist, in einem Zusammenwirken mit dem Schallerzeugungselement und dem Schallempfangselement während des Betriebsvorgangs auf eine Schmierfilmdicke eines Schmierfilms zu schließen, den eine Lauffläche des Wälzkörpers während des Betriebsvorgangs berührt. Hierdurch kann eine wichtige Kenngröße für die Gebrauchsdauer des Wälzlagers ermittelt werden. Insbesondere können das Schallerzeugungselement und das Schallempfangselement identisch sein. It is also proposed that the rolling element has at least one sound receiving element and at least one electronic component with an operating program, wherein the electronic module is intended to close in cooperation with the sound generating element and the sound receiving element during the operation on a lubricating film thickness of a lubricating film, the one Tread of the rolling element during the operation touched. As a result, an important parameter for the service life of the bearing can be determined. In particular, the sound generating element and the sound receiving element may be identical.

Außerdem wird vorgeschlagen, dass der Wälzkörper wenigstens einen Temperatursensor aufweist, welcher dazu vorgesehen ist, zumindest eine Temperatur zu messen, und wenigstens einen Geschwindigkeitssensor aufweist, der dazu vorgesehen ist, wenigstens eine Geschwindigkeit des Wälzkörpers zu messen, wobei die elektronische Baueinheit dazu vorgesehen ist, ein Signal auszusenden, wenn die Schmierfilmdicke und die Temperatur und die Geschwindigkeit kombiniert ein in der elektronischen Baueinheit hinterlegtes Kriterium erfüllen. Auf diese Weise kann eine Warnung ausgesendet werden, falls in dem Wälzlager nicht optimale Betriebsbedingungen, die zu einer verminderten Gebrauchsdauer führen, vorherrschen. In addition, it is proposed that the rolling body has at least one temperature sensor which is provided to measure at least one temperature and has at least one speed sensor which is intended to measure at least one speed of the rolling body, wherein the electronic unit is intended to send out a signal if the lubricating film thickness and the temperature and the speed combined fulfill a criterion stored in the electronic unit. In this way, a warning can be sent out if prevail in the rolling bearing not optimal operating conditions that lead to a reduced service life.

Mit Vorteil weist die elektronische Baueinheit wenigstens einen Energiesparbetriebsmodus auf. Advantageously, the electronic module has at least one energy-saving operating mode.

Vorzugsweise weist der Wälzkörper wenigstens einen Sensor auf, der wenigstens eine Ortskenngröße des Wälzkörpers sensiert. Insbesondere kann der Sensor einen Massenmittelpunkt und/oder eine räumliche Orientierung des Wälzkörpers in einem Inertialsystem sensieren. Preferably, the rolling element has at least one sensor which senses at least one local characteristic of the rolling element. In particular, the sensor can sense a center of mass and / or a spatial orientation of the rolling element in an inertial system.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der Wälzkörper wenigstens eine elektronische Baueinheit aufweist, die dazu vorgesehen ist, das Schallerzeugungselement dazu zu veranlassen, Schall auszusenden, wenn die wenigstens eine sensierte Ortskenngröße ein in der elektronischen Baueinheit hinterlegtes Kriterium erfüllt. Auf diese Weise können Messungen durchgeführt werden, wenn der Wälzkörper sich an einer bestimmten Stelle in einer bestimmten Orientierung im Wälzlager befindet. Furthermore, it is proposed that the rolling body has at least one electronic unit which is provided to cause the sound generating element to emit sound when the at least one sensed area characteristic fulfills a criterion stored in the electronic unit. In this way, measurements can be made when the rolling element is in a certain position in a certain orientation in the rolling bearing.

Mit Vorteil ist das Schallerzeugungselement derart relativ zu einer Lauffläche des Wälzkörpers angeordnet, dass Schallwellen, die von dem Schallerzeugungselement erzeugt werden, im Wesentlichen senkrecht auf die Lauffläche treffen. Hierdurch kann eine besonders effiziente Messung einer Dicke des Schmierfilms erfolgen. Advantageously, the sound generating element is arranged relative to a running surface of the rolling body such that sound waves generated by the sound generating element strike the running surface substantially perpendicularly. This can a particularly efficient measurement of a thickness of the lubricating film done.

Außerdem wird ein Wälzlager mit dem Wälzkörper vorgeschlagen. In addition, a rolling bearing is proposed with the rolling elements.

Ferner wird ein Verfahren zur Bestimmung einer Schmierfilmdicke eines Schmierfilms, welcher eine Lauffläche eines Wälzkörper, insbesondere eines vorstehend beschriebenen Wälzkörpers, berührt, vorgeschlagen, wobei ein Schallerzeugungselement in dem Wälzkörper Schall aussendet und nachfolgend ein Schallempfängerelement des Wälzkörpers reflektierten Schall empfängt und eine elektronische Baueinheit in einem Zusammenwirken mit dem Schallempfängerelement zumindest aufgrund des ausgesendeten Schalls und des empfangenen Schalls auf die Schmierfilmdicke schließt. Das Verfahren erlaubt eine lange Gebrauchsdauer, insbesondere des Wälzlagers und des Wälzkörpers. Further, a method for determining a lubricating film thickness of a lubricating film, which contacts a running surface of a rolling element, in particular a rolling element described above, proposed, wherein a sound generating element in the rolling element emits sound and subsequently receives a sound receiver element of the rolling body reflected sound and an electronic assembly in a Cooperation with the sound receiver element at least due to the emitted sound and the received sound on the lubricant film thickness closes. The method allows a long service life, in particular of the rolling bearing and the rolling element.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, 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. Further advantages emerge from the following description of the drawing. In the drawings, an embodiment of the invention is shown. The drawings, the description and the claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will expediently also consider the features individually and combine them into meaningful further combinations.

1 zeigt eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Wälzkörpers. 1 shows a schematic view of a rolling element according to the invention.

1 zeigt eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Wälzkörpers 10, der Teil eines Wälzlager ist und der ein Schallerzeugungselement 14 aufweist, welches dazu vorgesehen ist, während eines Betriebsvorgangs Schall zu erzeugen. Der Wälzkörper ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Kegelrolle ausgebildet. Ferner umfasst der Wälzkörper eine elektronische Baueinheit 16 mit einem Betriebsprogramm, die dazu vorgesehen ist, das Schallerzeugungselement 14 anzusteuern. Die elektronische Baueinheit ist dazu vorgesehen, in einem Zusammenwirken mit dem Schallerzeugungselement und einem Schallempfangselement 17 während des Betriebsvorgangs auf eine Schmierfilmdicke eines Schmierfilms 18 zu schließen, den eine Lauffläche 26 des Wälzkörpers während des Betriebsvorgangs berührt. Das Schallerzeugungselement und das Schallempfangselement sind durch das gleiche Bauteil gebildet. 1 shows a schematic view of a rolling element according to the invention 10 , which is part of a rolling bearing and the sound generating element 14 which is intended to generate sound during an operating process. The rolling element is formed in the present embodiment as a tapered roller. Furthermore, the rolling element comprises an electronic component 16 with an operating program intended for the sound generating element 14 head for. The electronic assembly is intended to cooperate with the sound generating element and a sound receiving element 17 during operation to a lubricating film thickness of a lubricating film 18 close to a tread 26 of the rolling element during the operation touched. The sound generating element and the sound receiving element are formed by the same component.

Der Wälzkörper weist einen Sensor 24 auf, der fortlaufend den Schwerpunkt des Wälzkörpers und die räumliche Orientierung des Wälzkörpers sensiert. Der Sensor 24 weist drei Beschleunigungssensoren auf, welche die auf den Sensor wirkenden Beschleunigungen in drei senkrecht zueinander stehenden Raumrichtungen sensieren. Durch Integration ermittelt der Sensor die vektorielle Geschwindigkeit des Wälzkörpers und die Lage des Schwerpunkts und die räumliche Orientierung des Wälzkörpers. The rolling element has a sensor 24 on, which continuously senses the center of gravity of the rolling element and the spatial orientation of the rolling element. The sensor 24 has three acceleration sensors, which sense the accelerations acting on the sensor in three mutually perpendicular directions in space. Through integration, the sensor determines the vectorial speed of the rolling element and the position of the center of gravity and the spatial orientation of the rolling element.

Die elektronische Baueinheit 16 ist dazu vorgesehen, das Schallerzeugungselement dazu zu veranlassen, Schall in Form jeweils eines Anregungsimpulses 34 auszusenden, kurz bevor, während und kurz nachdem ein Laufflächenbereich 26, der von von dem Schallerzeugungselement erzeugten Schallwellen senkrecht durchsetzt wird, eine Kraft auf die Laufbahn 19 des Wälzlagers überträgt und parallel zu einem am kürzesten beabstandeten Bereich der Laufbahn 19 angeordnet ist. Die räumliche Anordnung des Wälzkörper und damit des Laufflächenbereichs 26 wird dabei mittels des Sensors 24 bestimmt. Damit findet eine Analyse der Dicke des Schmierfilms kurz vor, in und nach der Herzchen Zone zwischen Wälzkörper und Laufbahn statt. Das Schallerzeugungselement sendet einen Anregungspuls 34 aus, welcher an dem Laufflächenbereich 26 als Echo 36 und an der diesem direkt gegenüberliegenden Bereich der Laufbahn 19 als Echo 38 reflektiert wird. Die Echos werden von dem Schallempfangselement empfangen. Mittels des Anregungspuls und der Echos schließt die elektronische Baueinheit mit einer Methode, wie sie aus dem eingangs zitierten Stand der Technik bekannt ist, auf die Dicke des Schmierfilms 18, der zwischen dem Laufflächenbereich 26 und dem Bereich der Laufbahn 19 angeordnet ist. Ferner können von der elektronischen Baueinheit und dem Schallempfangselement mit Frequenzanteilen der Echos, die über 10 MHz liegen, Schmutzpartikel im Schmierfilm wahrgenommen werden. Mittels der empfangenen Echos schließt die elektronische Baueinheit auch auf den vorliegenden Schmierzustand, welcher beispielsweise auch durch Mischreibung oder kein vorhandenes Schmiermittel gekennzeichnet sein kann. Messungen, die von der elektronischen Baueinheit, dem Schallempfangselement und den Schallerzeugungselement durchgeführt werden, wenn der Laufflächenbereich 26 sich um 90° von der Laufbahn weg gedreht hat, können als Referenzmessungen verwendet werden. Eine Vibrationseinheit 30, die als Vibrationssensor ausgebildet ist, kann dazu verwendet werden, die Detektion des Schmierzustands und die Detektion von Schmutzpartikeln zu verbessern, wobei es vorteilhaft ist, dass der Vibrationssensor nahe an der Lauffläche angeordnet ist. Eine Energieversorgungseinheit 28 des Wälzkörpers, die als Energiegewinnungssystem, englischsprachig auch power harvesting system genannt, ausgebildet ist, versorgten Wälzkörper mit Energie. The electronic assembly 16 is intended to cause the sound generating element to sound in the form of each one excitation pulse 34 just before, during and shortly after a tread area 26 , which is penetrated perpendicularly by sound waves generated by the sound generating element, a force on the raceway 19 the rolling bearing transmits and parallel to a shortest-spaced portion of the raceway 19 is arranged. The spatial arrangement of the rolling element and thus the tread area 26 is doing by means of the sensor 24 certainly. Thus, an analysis of the thickness of the lubricating film takes place shortly before, in and after the heart zone between the rolling element and the raceway. The sound generating element sends an excitation pulse 34 off, which at the tread area 26 as an echo 36 and at this directly opposite area of the track 19 as an echo 38 is reflected. The echoes are received by the sound receiving element. By means of the excitation pulse and the echoes, the electronic assembly closes with a method, as is known from the cited prior art, to the thickness of the lubricating film 18 that is between the tread area 26 and the field of career 19 is arranged. Furthermore, dirt particles in the lubricating film can be perceived by the electronic module and the sound receiving element with frequency components of the echoes which are above 10 MHz. By means of the received echoes, the electronic assembly also closes to the present lubricating condition, which may for example also be characterized by mixed friction or no lubricant present. Measurements performed by the electronic package, the sound receiving element and the sound generating element when the tread area 26 rotated 90 ° away from the track can be used as reference measurements. A vibration unit 30 , which is formed as a vibration sensor, can be used to improve the detection of the lubrication state and the detection of dirt particles, wherein it is advantageous that the vibration sensor is arranged close to the tread. An energy supply unit 28 of the rolling element, which is called energy harvesting system, also called power harvesting system, formed, supplied rolling elements with energy.

Ferner weist der Wälzkörper einen Temperatursensor 20 auf, welcher während eines Betriebsvorgangs eine Temperatur misst. Während des Betriebsvorgangs liefert ferner der Sensor 24 eine Geschwindigkeit des Wälzkörpers. Die gemessene Temperatur wird dazu verwendet, den Temperatureinfluss auf die Viskosität des Schmiermittels zu kompensieren. Die elektronische Baueinheit sendet ein Signal aus, wenn die Schmierfilmdicke und die Temperatur und die Geschwindigkeit des Wälzkörpers kombiniert ein in der elektronischen Baueinheit hinterlegtes Kriterium erfüllen. Furthermore, the rolling body has a temperature sensor 20 which measures a temperature during an operation. During operation, the sensor also provides 24 a speed of the rolling element. The measured temperature is used to determine the temperature influence to compensate for the viscosity of the lubricant. The electronic unit sends out a signal when the lubricating film thickness and the temperature and the speed of the rolling element combined meet a criterion stored in the electronic unit.

Des Weiteren weist die elektronische Baueinheit wenigstens einen Energiesparbetriebsmodus auf. Furthermore, the electronic module has at least one energy-saving operating mode.

Der von dem Schallerzeugungselement ausgesendete Schall ist Ultraschall. Die Echos werden von dem Schallempfangselement und der elektronischen Baueinheit im Frequenzbereich von 10–50 MHz analysiert. Alternativ kann der Frequenzbereich auch von 10–30 MHz reichen. Die Ergebnisse dieses Analysierens werden mittels einer Funkeinheit 32 des Wälzkörpers zu einer Einheit außerhalb des Wälzkörpers übermittelt. Die Ergebnisse werden dazu verwendet, den Schmierzustand beispielsweise durch Hinzufügung von Schmiermittel oder reparieren des Schmiersystems oder Änderung des Schmiermittels zu verbessern, bevor das Wälzlager beschädigt wird. The sound emitted by the sound generating element is ultrasound. The echoes are analyzed by the sound receiving element and the electronic module in the frequency range of 10-50 MHz. Alternatively, the frequency range can range from 10-30 MHz. The results of this analysis are by means of a radio unit 32 of the rolling element transmitted to a unit outside of the rolling element. The results are used to improve the lubrication condition, for example, by adding lubricant or repairing the lubrication system or changing the lubricant before the rolling bearing is damaged.

Mit der beschriebenen Methode kann auch eine Schmierfilmdicke bestimmt werden, die viel kleiner ist als die Wellenlänge des verwendeten Ultraschalls. Ferner kann insbesondere eine Messung der Schmierfilmdicke auch bei Lagern erreicht werden, bei denen ein Schallerzeugungselement aus Platzgründen nicht direkt unter dem Außenring angeordnet werden kann. The described method can also be used to determine a lubricant film thickness which is much smaller than the wavelength of the ultrasound used. Furthermore, in particular a measurement of the lubricant film thickness can also be achieved in bearings in which a sound-generating element can not be arranged directly under the outer ring for reasons of space.

Typischerweise liegt die Schmierfilmdicke im Bereich von wenigen 100 nm. Deshalb ist die Zeitdifferenz zwischen den beiden Echos extrem klein. Die Wellengeschwindigkeit von Ultraschall in Stahl ist etwa 6000 m/s. Für eine Frequenz von 10 MHz ist die Ultraschallwellenlänge etwa 0,6 mm. Die Distanz zwischen Schallerzeugungselement und Schmierfilm für große Lager ist wahrscheinlich in den meisten Anwendungen größer als 5 mm. Damit ist der relevante Reflektionspunkt klar im Fernfeld. Typically, the lubricating film thickness is in the range of a few 100 nm. Therefore, the time difference between the two echoes is extremely small. The wave velocity of ultrasound in steel is about 6000 m / s. For a frequency of 10 MHz, the ultrasonic wavelength is about 0.6 mm. The distance between the sound generating element and the grease film for large bearings is likely to be greater than 5 mm in most applications. Thus, the relevant reflection point is clearly in the far field.

Chronologisch läuft das Messverfahren wie folgt ab. Nach einer Aktivierung lädt die Energieversorgungseinheit einen Energiespeicher des Wälzkörpers. Das Schallerzeugungselement und die elektronische Baueinheit schalten sich in einen Betriebsmodus mit niedrigem Energieverbrauch. Nachfolgend erkennt der Sensor 24 eine voraus gewählte Betriebsposition des Wälzkörpers im Lager. Der Sensor 24 überprüft dann, ob das Schallerzeugungselement Schallwellen senkrecht zum Schmierfilm aussenden kann. Danach kommt das Schallerzeugungselement in eine aktive Phase, die etwa 20 µs lang ist. Die elektronische Baueinheit und das Schallerzeugungselement schalten in einen Betriebsmodus mit hohem Energieverbrauch. Das Schallerzeugungselement sendet dann mehrere Anregungspulse 34. Nachfolgend sampelt das Schallempfangselement die Echos und speichert sie. Danach verlässt das Schallerzeugungselement die aktive Phase. Die elektronische Baueinheit und das Schallerzeugungselement schalten in einen Betriebsmodus mit mittlerem Energieverbrauch. Danach analysiert die elektronische Baueinheit die Daten der Echos und berechnet die Schmierfilmdicke. Nachfolgend schalten die elektronische Baueinheit und das Schallerzeugungselement in einen Betriebsmodus mit niedrigem Energieverbrauch. Danach kann das Messverfahren von vorne beginnen. Chronologically, the measurement procedure is as follows. After activation, the power supply unit charges an energy storage of the rolling element. The sound generating element and the electronic component switch to a low energy consumption mode of operation. Subsequently, the sensor detects 24 a preselected operating position of the rolling element in the camp. The sensor 24 then checks whether the sound generating element can emit sound waves perpendicular to the lubricating film. Thereafter, the sound generating element comes into an active phase, which is about 20 μs long. The electronic component and the sound generating element switch to a high energy consumption mode of operation. The sound generating element then sends a plurality of excitation pulses 34 , Subsequently, the sound receiving element samples the echoes and stores them. Thereafter, the sound generating element leaves the active phase. The electronic assembly and the sound generating element switch to a medium energy consumption mode of operation. The electronic unit then analyzes the data of the echoes and calculates the lubricant film thickness. Subsequently, the electronic package and the sound generating element switch to a low-power operating mode. After that, the measurement process can start over.

In dem Betriebsmodus mit niedrigem Energieverbrauch ist der Durchschnittsstrom < 100 Mikroampere. Dies wird erreicht durch periodisches Messen von Beschleunigungen durch den Sensor 24. Zwischen den Messungen ist der Sensor 24 deaktiviert und die elektronische Baueinheit und das Schallerzeugungselement in einem Betriebsmodus mit extrem geringem Energieverbrauch, wie zum Beispiel einem Schlafmodus. In the low power mode of operation, the average current is <100 microamps. This is accomplished by periodically measuring accelerations through the sensor 24 , Between the measurements is the sensor 24 disabled and the electronic assembly and the sound generating element in an operating mode with extremely low power consumption, such as a sleep mode.

In dem Betriebsmodus mit mittlerem Energieverbrauch führt ein Mikrocontroller der elektronischen Baueinheit Berechnungen durch. Die Sensoren und das Schallerzeugungselement sind abgeschaltet. In the medium power mode of operation, a microcontroller of the electronic package performs calculations. The sensors and the sound generating element are switched off.

In dem Betriebsmodus mit hohem Energieverbrauch ist das Schallerzeugungselement aktiv. Ferner ist hier ein Hochgeschwindigkeits-Analog-Digitalwandler der elektronischen Baueinheit wenigstens teilweise aktiv. Der Mikrocontroller läuft wenigstens teilweise mit voller Leistung, um die gesampelten Echodaten zu speichern. In the high power consumption mode, the sound generating element is active. Furthermore, here is a high-speed analog-to-digital converter of the electronic assembly at least partially active. The microcontroller runs at least partially at full power to store the sampled echo data.

Die elektronische Baueinheit sucht mit den Daten des Sensors 24 eine vorgegebene Meßposition in dem Wälzlager. Die vorgegebene Meßposition kann irgendwo im Lager sein, beispielsweise die Lastzone oder auch gegenüberliegend von dieser. Wird die Position des Schwerpunkts des Wälzkörpers im Wälzlager durch einen Winkel gemessen von einem Mittelpunkt des Wälzlagers angegeben, so kann beispielsweise auch eine periodische Messung der Schmierfilmdicke bei Winkeln von 0°, 90°, 180° und 270° erfolgen, wobei 180° der Lastzone entsprechen. Wenn der Wälzkörper bei seiner Bewegung im Wälzlager kurz vor einer beispielsweise durch eine Gradzahl angegebene Meßposition ist, wartet die elektronische Baueinheit mit dem durchführen der Messung, bis das Schallerzeugungselement in einer Position ist, in der es seine Schallwellen senkrecht zum Schmierfilm absenden kann. Alternativ oder zusätzlich kann die richtige Orientierung des Schallerzeugungselements auch durch eine Analyse einer Radialbeschleunigung erfolgen. The electronic module searches with the data of the sensor 24 a predetermined measuring position in the rolling bearing. The predetermined measuring position can be anywhere in the camp, for example, the load zone or even opposite of this. If the position of the center of gravity of the rolling element in the rolling bearing is indicated by an angle measured from a center of the rolling bearing, then, for example, a periodic measurement of the lubricating film thickness at angles of 0 °, 90 °, 180 ° and 270 °, 180 ° of the load zone correspond. When the rolling element is in its movement in the rolling bearing just before a given for example by a degree measurement position, the electronic assembly waits to perform the measurement until the sound generating element is in a position where it can send its sound waves perpendicular to the lubricating film. Alternatively or additionally, the correct orientation of the sound generating element can also be effected by an analysis of a radial acceleration.

Die Hardware der elektronischen Baueinheit, des Schallerzeugungselements und der Sensoren ist in sechs Schaltkreismodule gruppiert. Das erste Schaltkreismodul umfasst den Hochgeschwindigkeit-Analog-Digitalwandler, den Mikrocontroller und die Funkeinheit 32, wobei statt des Hochgeschwindigkeits-Analog-Digitalwandlers auch nur der interne Analogdigitalwandler des Mikrocontrollers vorhanden sein kann. Das zweite Schaltkreismodul umfasst das Schallerzeugungselement, die diesbezügliche Leistungsstufe und einen Signalverstärker. Das dritte Schaltkreismodul umfasst den Temperatursensor und den Sensor 24. Das vierte Schaltkreismodul umfasst eine Antenne, einen Leistungsverstärker und einen Verstärker für Signale geringer Amplitude. Das fünfte Schaltkreismodul umfasst die Energieversorgungseinheit, einen Spannungsverstärker und -speicher, eine Leistungsversorgungs-Kontrolle und -verteilung. Das sechste Schaltkreismodul weist einen optionalen Piezo-Sensor und einen Verstärker auf. The hardware of the electronic package, the sound generating element and the sensors are grouped into six circuit modules. The first circuit module comprises the high-speed analog-to-digital converter, the microcontroller and the radio unit 32 , wherein instead of the high-speed analog-to-digital converter, only the internal analog-digital converter of the microcontroller can be present. The second circuit module includes the sound generating element, the related power stage, and a signal amplifier. The third circuit module includes the temperature sensor and the sensor 24 , The fourth circuit module includes an antenna, a power amplifier, and a low amplitude signal amplifier. The fifth circuit module includes the power supply unit, a voltage amplifier and storage, power supply control and distribution. The sixth circuit module has an optional piezo sensor and an amplifier.

Der Mikrocontroller sendet Signale an die Leistungsstufe, welche das Schallerzeugungselement ansteuert. Das Schallerzeugungselement ist mit dem Verstärker des zweiten Schaltkreismoduls verbunden, welches Signale an den Hochgeschwindigkeits-Digital-Analogwandler sendet. Dieser sendet Signale zurück an den Mikrocontroller. Ferner senden der Temperatursensor und der Sensor 24 Signale an den Mikrocontroller. Des Weiteren senden, falls vorhanden, der Piezo-Sensor durch den dazugehörigen Verstärker Signale an den Mikrocontroller. Ferner ist die Funkeinheit mit dem Mikrocontroller verbunden. Des Weiteren ist das vierte Schaltkreismodul mit der Funkeinheit verbunden. Die Energiegewinnungseinheit sendet Energie an den Spannungsverstärker und den dazugehörigen Energiespeicher, welche wiederum Energie an die Leistungsversorgungs-Kontrolle und -verteilung weitergeben. Bezugszeichenliste 10 Wälzkörper 14 Schallerzeugungselement 16 Baueinheit 17 Schallempfangselement 18 Schmierfilm 19 Laufbahn 20 Temperatursensor 22 Geschwindigkeitssensor 24 Sensor 26 Lauffläche 28 Energieversorgungseinheit 30 Vibrationseinheit 32 Funkeinheit 34 Anregungspuls 36 Echo 38 Echo The microcontroller sends signals to the power stage which drives the sound generating element. The sound generating element is connected to the amplifier of the second circuit module, which sends signals to the high-speed digital-to-analog converter. This sends signals back to the microcontroller. Further, the temperature sensor and the sensor send 24 Signals to the microcontroller. Furthermore, if present, the piezo sensor sends signals to the microcontroller through the associated amplifier. Furthermore, the radio unit is connected to the microcontroller. Furthermore, the fourth circuit module is connected to the radio unit. The energy harvesting unit sends energy to the voltage amplifier and the associated energy storage, which in turn pass power to the power supply control and distribution. LIST OF REFERENCE NUMBERS 10 rolling elements 14 Sound generating element 16 unit 17 Sound receiving element 18 filming 19 career 20 temperature sensor 22 speed sensor 24 sensor 26 tread 28 Power supply unit 30 vibration unit 32 radio unit 34 excitation pulse 36 echo 38 echo

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102012200777 A1 [0002]
US 2004/0045356 A1 [0003]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

"The Measurement of Lubricant-Film Thickness Using Ultrasound", Proceedings of the Royal Society Series A: Mathematical Physical and Engineering Sciences, 459 (2032), p. 957-976 [0004]

Claims

Rolling elements ( 10 ) for a roller bearing, characterized by at least one sound generating element ( 14 ), which is intended to generate sound during at least one operation.

Rolling element according to claim 1, wherein the rolling element is an electronic assembly ( 16 ), which is intended, the sound generating element ( 14 ) head for.

Rolling element according to claim 1 or 2, wherein the rolling element ( 10 ) at least one sound receiving element ( 17 ) and at least one electronic assembly ( 16 ) having an operating program, wherein the electronic assembly is provided, in cooperation with the sound generating element and a sound receiving element of the rolling body during the operating process to a lubricating film thickness of a lubricating film ( 18 ), which has a tread ( 26 ) of the rolling element during the operation touched.

Rolling element according to one of claims 2 or 3, wherein the rolling body at least one temperature sensor ( 20 ), which is intended to measure at least one temperature, and at least one speed sensor ( 22 ) provided to measure at least one speed of the rolling element, the electronic component being arranged to emit a signal when the lubricating film thickness and the temperature and the speed combined satisfy a criterion stored in the electronic unit.

Rolling element according to one of claims 2 to 4, wherein the electronic assembly has at least one energy saving mode of operation.

Rolling element according to one of the preceding claims, wherein the rolling body at least one sensor ( 24 ), which senses at least one local characteristic of the rolling element.

Rolling element according to claim 6, wherein the rolling body at least one electronic assembly ( 16 ), which is intended to cause the sound generating element to emit sound when the at least one sensed area characteristic fulfills a criterion stored in the electronic unit.

Rolling element according to one of the preceding claims, wherein the sound-generating element in such a way relative to a tread ( 26 ) of the rolling body is arranged such that sound waves generated by the sound generating element strike the running surface substantially perpendicularly.

Rolling bearing with a rolling element according to one of the preceding claims.

Method for determining a lubricating film thickness of a lubricating film ( 18 ), which has a tread ( 26 ) of a rolling element ( 10 ), in particular a rolling element according to any one of claims 1-8, touched, wherein a sound generating element ( 14 ) emits sound in the rolling body and subsequently a sound receiver element ( 17 ) receives the reflected sound of the rolling element and an electronic assembly ( 16 ) in an interaction with the sound receiver element, at least on the basis of the emitted sound and the received sound on the lubricant film thickness closes.