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Umfeld der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Lagerkäfig mit einer Antenne gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Hintergrund der Erfindung
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Es ist bekannt, Lager, wie beispielsweise Kugellager oder Rollenlager, mit Temperatursensoren auszustatten. Zum Überwachen des Lagers wird Wärme, die an der Berührungsfläche von Kugeln/Rollen und den Laufflächen erzeugt wird, von einem Temperatursensor, der so nah wie möglich an dieser Berührungsfläche angeordnet ist, detektiert. Dies macht einen Lagerkäfig zu einer wünschenswerten Stelle für die Temperaturmessung. Ein Lagerkäfig dreht sich jedoch und ist nicht leicht zugänglich und der zur Verfügung stehende Raum ist eng. Insbesondere für kleine Lager ist es schwierig, Batterien oder ein Stromerzeugungselement in den Lagerkäfig zu integrieren.
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Das Dokument
EP 1 849 013 B1 offenbart ein Lager mit einem Käfig, der mit einer stromempfangenden Spule ausgestattet ist. Ein Transmitter zum Senden eines, einen detektierten Zustand des Lagers anzeigenden Signals an weitere Antennen, die an dem Außenring angeordnet sind, ist in den Käfig integriert. Diese Lösung ist jedoch nur für größere Lager realisierbar, bei denen ein Käfig dazu fähig ist, die Transmitterelektronik zu tragen.
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Passive kabellose Temperatursensoren für Lagerkäfige wurde beispielsweise in dem Artikel „A Passive Wireless Temperature Sensor for Harsh Environment Applications", Sensors 2008, 7982–7995 von Ya Wang, Yi Jia, Qiushui Chen und Yanyun Wang, vorgeschlagen. Ein passiver Schwingkreis mit einer temperaturabhängigen Kapazität und einem Induktor ist an einem Käfig derart angeordnet, dass die Induktionsspule mit einer Transmitterspule eines angetriebenen Schwingkreises, der an einem sich nicht drehenden Ring des Lagers angeordnet ist, interagiert. Die Temperaturabhängigkeit der Kapazität resultiert in einer Temperaturabhängigkeit der Resonanzfrequenz des Resonanzschaltkreises in dem Lager, die gemessen werden kann. Ähnliche Systeme wurden von S. Scott et al. der Purdue University, siehe beispielsweise http://docs.lib.purdue.edu/nanopub/1089, untersucht.
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Der Resonanzschaltkreis in dem Käfig absorbiert die Energie von dem Primärschaltkreis mit einer Spule an dem nicht drehenden Ring, so dass die Resonanzfrequenz aus einer Absorptionsspitze in der Frequenzabtastung abgeleitet werden kann. Das Verfahren misst die Energie, die in der Schwingungsfrequenz fehlt.
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Es ist weiterhin bekannt, Lagereinheiten für Züge oder Achslager für Züge von Hochgeschwindigkeitszügen mit Polyamidkäfigen auszustatten. Diese Lagereinheiten für Züge werden manchmal überwacht, indem Heißläuferinfrarotscanner, die entlang der Gleise angeordnet sind, verwendet werden. Diese Infrarotscanner detektieren eine erhöhte Temperatur in den Lagerkomponenten, um defekte Lager zu erkennen. Während die Polyamidkäfige sich als sicherer als die vorher benutzten Stahlkäfige herausgestellt haben, sind Defekte in Polyamidkäfigen nicht mittels der Heißläuferinfrarotscanner detektierbar. Die Detektion von Käfigausfällen wäre auch nützlich bei Lagern von Luftfahrzeugen, Hochgeschwindigkeitslagern und vielen anderen Anwendungen.
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Die Erfindung strebt danach, verbesserte Polymerkäfige für Lager mit vereinfachten Möglichkeiten, um einen Lagerschaden zu detektieren, bereitzustellen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Um die oben genannte Aufgabe zu lösen, schlägt die Erfindung einen Lagerkäfig mit einem aus einem Polymermaterial hergestellten Lagerkäfighauptkörper vor, der Taschen zum Aufnehmen von zumindest einer Reihe von Wälzkörpern eines Lagers aufweist. Der Käfig ist mit einem passiven Resonanzschaltkreis ausgestattet, der mindestens eine Antennenspule, die an dem Lagerkäfighauptkörper angebracht ist, aufweist. Geeigneter Weise dient die mindestens eine Antennenspule als Induktionsspule für den passiven Resonanzschaltkreis.
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Es wird vorgeschlagen, dass die Antennenspule als eine leitende Schicht ausgebildet ist, die direkt an dem Polymermaterial des Lagerkäfighauptkörpers angebracht ist, und dazu ausgelegt ist, eine Zerreißgrenze aufzuweisen, die gleich oder geringer ist, als eine Zerreißgrenze des Polymermaterials. Das Polymermaterial des Käfighauptkörpers kann Polyamid, Phenolharz, Polyetheretherketon (PEEK), Polyetherketonketon (PEKK) oder andere Polymere aufweisen.
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In diesem Zusammenhang bedeutet Zerreißgrenze insbesondere eine Bruchdehnung des Materials, und die Materialien des Polymerbasiskörpers und der Antennenspule sollten derart gewählt werden, dass die Antennenspule reißt, wenn dieses auch das Käfigmaterial des Lagerkäfighauptkörpers tut. Dies kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass eine dünne leitende Schicht als Antennenspule verwendet wird. Zur gleichen Zeit sollte die Anhaftungskraft der Antennenspule an der Fläche des Lagerkäfighauptkörpers ausreichend stark sein, um sicherzustellen, dass die Antennenspulenschicht eher reißt, als dass sie sich ablöst, wenn die Dehnung zu groß wird.
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Diese spezielle Relation zwischen der Reißstärke des Polymerbasiskörpers und der leitenden Schicht kann insbesondere in Ausführungsbeispielen erreicht werden, bei denen die Antennenspule auf das Käfigmaterial aufgedruckt ist, oder bei denen die Antennenspule als Auflage auf das Käfigmaterial ausgebildet ist.
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In einem Ausführungsbeispiel ist die Antennenspule als Einzelschleife ausgebildete, die sich um den gesamten Umfang des Käfighauptkörpers erstreckt. In manchen Ausführungsbeispielen ist die Einzelschleife an einer axial orientierten Seitenfläche des Käfigs vorgesehen. In anderen Ausführungsbeispielen ist die Einzelschleife an einer radial orientierten Fläche des Käfigs vorgesehen. Die Einzelschleife kann dann Abschnitte umfassen, die sich in eine axiale Richtung des Käfigs zwischen benachbarten Taschen des Käfigs erstrecken, und weiterhin Abschnitte umfassen, die sich in eine umfängliche Richtung des Käfigs zwischen einer axialen Seite der Käfigtaschen und einem lateralen Rand des Käfigs erstrecken.
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Eine solche Ausgestaltung vergrößert den Oberflächenbereich des Käfighauptkörpers, der von der Induktionsspule bedeckt ist, wodurch die Wahrscheinlichkeit vergrößert wird, dass auch ein kleiner lokaler Riss in dem Käfig ein Zerreißen der Antennenspule verursacht.
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Der Vorteil einer Einzelschleife ist, dass ein Zerreißen der Antennenspule an irgendeiner Stelle darin resultiert, dass der passive Resonanzschaltkreis seine Resonanzfähigkeit verliert. Dies kann leicht und zuverlässig detektiert werden, um festzustellen, dass ein Käfigausfall aufgetreten ist.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst die Antennenspule mehrere Schleifen, die miteinander parallel verbunden sind. Wenn eine Schleife zerreißt, ändert sich die Induktivität des Resonanzschaltkreises, was in einer Änderung in der Amplitude des Signals, das von der Antennenspule übermittelt wird, resultiert.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Antennenspule mit einem Design ausgestattet, so dass ein Zerreißen an irgendeinem relevanten Abschnitt des Lagerkäfighauptkörpers die Leitfähigkeit der Antennenspule beeinträchtigt, indem zumindest der Widerstand erhöht wird, vorzugsweise indem die leitende Verbindung an der Stelle des Risses derart unterbrochen ist, dass die Antennenschleife geöffnet ist.
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In einem Ausführungsbeispiel hat der Lagerkäfig eine Leiterstruktur und umfasst zwei laterale Ränder, die durch Querstege verbunden sind, die dazu ausgelegt sind, die Wälzkörper voneinander zu trennen. Die Antennenspule erstreckt sich vorzugsweise über alle relevanten Teile des Lagerkäfighauptkörpers, das heißt, über den gesamten Umfang der lateralen Ränder und über die gesamte Länge jedes der Querstege.
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Vorzugsweise ist die Antennenspule in dem Käfigmaterial eingebettet, entweder indem ein sehr dünnes und zerbrechliches Metallblech überspritzt wird, oder indem die leitende Schicht, die die Antennenspule ausbildet, auf eine Oberfläche eines ersten Teils des Lagerkäfighauptkörpers aufgedruckt oder aufgelegt wird, die dann in einem zweiten Formschritt überspritzt wird. Die Strukturierung der Antennenspule kann weiterhin ein Ätzen umfassen.
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Vorzugsweise kann die Antennenspule in eine geringe Tiefe eingebettet werden, die eine nicht akzeptable Höhe des Käfigverschleißes verkörpert. Die Spule ist in geeigneter Weise in eine Verschleißfläche des Käfigs eingebettet, die im Betrieb in Bewegungskontakt mit einer weiteren Fläche eines Lagers, das den Käfig aufweist, ist. Ein Käfigausfall auf Grund von Verschleiß ist demnach detektierbar.
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In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst der passive Resonanzschaltkreis, der an dem Käfighauptkörper vorgesehen ist, einen Kondensator, und die Antennenspule dient als Induktor, wodurch ein einfacher LC Schwingkreis ausgebildet wird. In einem weiteren Ausführungsbeispiel bildet der passive Resonanzschaltkreis einen Teil eines RFID Transceivers, der die Antennenspule umfasst, und eines RFID Schaltkreises, der mit der Antennenspule verbunden ist. Ein wichtiger Aspekt der Erfindung ist, dass der Resonanzschaltkreis ein unterschiedliches Signal zurückgibt, wenn ein Riss in der Antennenspule vorliegt. Das Signal kann darin verschieden sein, dass die Frequenz modifiziert ist, darin, dass die Amplitude reduziert ist, oder darin, dass überhaupt kein Signal zurückgegeben wird. Der RFID Schaltkreis kann weiterhin Sensoren, wie beispielsweise Temperatursensoren, die an dem Lagerkäfig oder an dem RFID Chip angebracht sind, umfassen oder mit ihnen kommunizieren, wie gewünscht.
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Ein Lager mit einem Lagerkäfig, wie oben beschrieben, umfasst vorzugsweise eine Primärantenne eines Transmitters, die an einem sich nicht drehenden Ring des Lagers entweder direkt oder über eine Lagerdichtung oder einen Deckel, angebracht ist. Der Transmitter weist einen angetriebenen Schwingkreis auf, und die Primärantenne ist dazu ausgelegt, Signale an die Antennenspule an den Käfig zu senden und von ihr zu empfangen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Lagereinheit mit einem oben beschriebenen Lager mit einer Signalverarbeitungseinrichtung ausgestattet, die dazu ausgelegt ist, ein Antwortsignal der Antennenspule, das von der Primärantenne empfangen wird, zu überwachen, und bei Detektion einer Änderung in der Amplitude und/oder der Frequenz des Antwortsignals, oder bei Detektion einer Absenz des Antwortsignals, ein Warnsignal zu erzeugen. Die Warninformation kann eine Warnlampe oder ein Warnsignal an eine die Maschine bedienende Person, beispielsweise an eine einen Zug bedienende Person, umfassen. Die Signalverarbeitungseinheit kann nur während einer Wartung oder permanent verbunden sein.
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In einem Ausführungsbeispiel umfasst die Lagereinheit einen zweiten passiven Resonanzschaltkreis, der dazu ausgelegt ist, in Reaktion auf ein Abfragesignal, das von der Primärantenne übermittelt wird, mitzuschwingen. Vorzugsweise ist der zweite passive Resonanzschaltkreis an dem gleichen feststehenden Teil des Lagers vorgesehen wie der Transmitter, an einer Stelle, die nicht einem Verschleiß oder einer Beschädigung ausgesetzt ist. Der zweite passive Resonanzschaltkreis dient als eine Referenz, um den korrekten Betrieb des Transmitters zu verifizieren. Die Bearbeitungseinheit ist dann in geeigneter Weise dazu ausgelegt, eine Warnung, dass der Transmitter defekt ist, zu erzeugen, für den Fall, dass die Absenz eines Antwortsignals von sowohl dem ersten als auch dem zweiten passiven Resonanzschaltkreis detektiert wird.
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Ein Lagerkäfig wie oben beschrieben, ist geeignet für das Implementieren eines Verfahrens zum Detektieren eines Ausfalls eines Lagerkäfigs mit den Schritten:
- • Erzeugen eines Abfragesignals bei einer Resonanzfrequenz eines Schaltkreises mit der Antennenspule;
- • Empfangen eines Antwortsignals von der Antennenspule; und
- • Überwachen des Antwortsignals, um ein Zerreißen der Antennenspule zu detektieren, basierend auf dem Detektieren keines Antwortsignals oder beim Detektieren einer Änderung in der Frequenz und/oder Amplitude des Antwortsignals.
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Die obigen Ausführungsbeispiele der Erfindung, sowie die anhängigen Ansprüche und Zeichnungen zeigen mehrere charakterisierende Merkmale der Erfindung in speziellen Kombinationen. Der Fachmann ist einfach befähigt, sich weitere Kombinationen oder Unterkombinationen dieser Merkmale auszudenken, um die Erfindung, wie in den Ansprüchen definiert, an seine speziellen Bedürfnisse anzupassen.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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1 ist eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines Lagers, das mit einem Käfig gemäß der Erfindung und einer Sensoranordnung zum Detektieren eines Käfigausfalls ausgestattet ist;
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2 ist eine schematische Ansicht eines Teils des in dem Lager von 1 verwendeten Lagerkäfigs, und von Schaltkreiskomponenten, die mit der Sensoranordnung assoziiert sind;
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3a ist eine perspektivische Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Lagers, das mit einem Käfig gemäß der Erfindung und einer Sensoranordnung zum Detektieren eines Käfigausfalls ausgestattet ist;
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3b ist eine Seitenansicht des Lagerkäfigs aus 3a;
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3c ist eine Schnittansicht durch eine Dichtung, die in dem Lager von 3a verwendet wird;
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4 ist ein Schaltkreisdiagramm einer Sensoranordnung zum Detektieren eines Käfigausfalls gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
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5 ist eine schematische Ansicht eines Teilseines Lagerkäfigs gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 stellt eine Lagereinheit für einen Zug dar, mit einem zweireihigen Kegelrollenlager 10, das zwei ringförmige Lagerkäfige 11, einen geteilten Innenring 10c und einen Außenring 10d aufweist, der dazu ausgelegt ist, zwei Reihen von Wälzkörpern 10b des Lagers aufzunehmen, die als Kegelrollen ausgebildet sind, aufzunehmen.
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Die Lagereinheit ist mit einer Sensoranordnung ausgestattet, die einen Transmitter 12 aufweist, der an einer Lagerdichtung 20 angebracht ist, und dazu ausgelegt ist, oszillierende Stromsignale in einer Primärspule 12c des Transmitters zu erzeugen.
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Weiterhin umfasst die Sensoranordnung einen passiven Resonanzschaltkreis 14, (siehe 2) mit einer Antennenspule 14a, die an dem Lagerkäfig 11 angebracht ist, und einem RFID Chip 14b. Der RFID Chip 14b kann verschiedene Sensoren, wie beispielsweise einen Temperatursensor, umfassen.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Primärspule 12c in ein Elastomermaterial 20a der Dichtung 20 eingebettet. Die Primärspule kann auch an dem Außenring 10d des Lagers angebracht sein, und kann als eine Schleife, die sich über den gesamten Umfang des Lagers erstreckt, ausgeformt sein, oder anderweitig dazu ausgelegt sein, Signale zum Kommunizieren mit dem RFID Chip 14b zu erzeugen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Antennenspule 14a, die als Induktionsspule für den passiven Resonanzschaltkreis 14 fungiert, ebenfalls als eine kreisförmige Schleife ausgebildet, die sich über den gesamten Umfang des Lagerkäfigs 11 erstreckt. Die Primärspule 12c und die Antennenspule 14a sind vorzugsweise koaxial und nahe aneinander angeordnet, das heißt, derart, dass ein Abstand zwischen den Spulendrähten weniger als 20 %, vorzugsweise weniger als 10 %, des Radius der kreisförmigen Spulenschleifen ist.
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Die zwei Lagerkäfige 11 haben die gleiche Ausgestaltung. 2 illustriert schematisch einen Teil eines der Lagerkäfige 11, der einen Lagerkäfighauptkörper 11a aus Polyamid als Beispiel für ein robustes Käfigmaterial, umfasst. Der Lagerkäfighauptkörper 11a hat Taschen 14 zum Aufnehmen einer Reihe von Wälzkörpern 10b des Lagers 10 und die Antennenspule 14a ist an dem Lagerkäfighauptkörper 11a angebracht.
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Die Antennenspule 14a ist als eine leitende Schicht direkt an dem Käfigmaterial des Lagerkäfighauptkörpers 11a angebracht, und ist dazu ausgelegt, dass sie eine Zerreißgrenze hat, die geringer ist als eine Zerreißgrenze des Käfigmaterials. Das bedeutet, dass die Antennenspule zerbrechlich genug ist, und die Anhaftung der Antennenspule 14a stark genug ist, um sicherzustellen, dass ein Riss an einem Teil der Fläche des Lagerkäfighauptkörpers 11a zu einem Riss an der Antennenspule 14a führen wird, das heißt, dass die Antennenspule 14 nicht leitend gemacht wird.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Antennenspule 14a derart ausgebildet, dass sie jeden der essentiellen Teile des Lagerkäfighauptkörpers 11a bedeckt, bei denen es eine Gefahr gibt, dass Risse auftreten können. Folglich ist die Leitfähigkeit der Antennenspule 14a zuverlässig unterbrochen, sobald ein Riss in dem Lagerkäfighauptkörper 11a auftritt, und dies kann, abhängig von der Natur des Risses, als ein Unterschied in der Frequenz und/oder der Amplitude der Resonanzfrequenz der Antennenspule 14a oder als die komplette Absenz einer Resonanz detektiert werden.
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In dem Ausführungsbeispiel der 1–2 ist die Antennenspule 14a auf das Käfigmaterial aufgedruckt. Alternativ kann die Antennenspule 14a als eine Auflage auf das Käfigmaterial, oder als ein sehr dünnes Metallblech ausgebildet sein, die/das dann von dem Polyamidmaterial überspritzt wird, so dass die Antennenspule zumindest teilweise in das Käfigmaterial eingebettet ist. Die Antennenspule 14a könnte weiterhin an dem Lagerkäfighauptkörper 11a mittels Anklebens angebracht sein, und/oder kann durch eine Schutzschicht geschützt sein.
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Wie in 2 dargestellt, umfasst der Lagerkäfighauptkörper 11a zwei laterale Ringstrukturen, die mit Querstegen verbunden sind, die dazu ausgelegt sind, die Wälzkörper voneinander zu trennen, wobei sich die Antennenspule 14a über den gesamten Umfang jeder der lateralen Ringstrukturen und über die gesamte Länge von jedem der Querstege erstreckt. Der Lagerkäfighauptkörper 11a umfasst mehrere Taschen, die dazu ausgelegt sind, einen der Wälzkörper aufzunehmen, wobei die Antennenstruktur mehrere Schleifen umfasst, und jede der Taschen 14 von zumindest einer der Schleifen umgeben ist. Die Antennenspule 14a hat eine Leiterstruktur, wobei sich die Sprossen der Leiter entlang der Querstege des Lagerkäfighauptkörpers 11a, die dazu ausgelegt sind, die Wälzkörper voneinander zu trennen, erstrecken.
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Eine Lagereinheit mit einem erfindungsgemäßen Lager umfasst weiterhin eine Signalverarbeitungseinheit 16, wobei die Signalverarbeitungseinheit 16 dazu ausgelegt ist, das Signal der Antennenspule 14a, das von der Primärspule 12c des Transmitters empfangen wird, zu analysieren, und eine Warnung zu erzeugen bei Detektion, dass die Antennenspule 14a beschädigt ist, die auf der Detektion einer Absenz eines Antwortsignals oder einer Änderung in der Frequenz und/oder Amplitude des Antwortsignals basiert. Die Signalverarbeitungseinheit 16 kann in dem Transmitter 12 integriert sein, oder kann entfernt angeordnet sein, beispielsweise in einer Steuereinheit eines Zuges, der das Lager verwendet.
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Bezugnehmend auf 2 wird die Funktion des Transmitters 12 und des passive Resonanzschaltkreises im Weiteren beschrieben. Die oszillierenden Stromsignale, die von einem Funktionsgenerator 12b erzeugt werden, werden in die Primärspule 12c eingespeist, um ein Abfragesignal zu erzeugen, das einen Strom in der Antennenspule 14a induziert. Solange die Antennenspule 14a intakt ist, wird der induzierte Strom ausreichend sein, um den RFID Chip 14b mit Strom zu versorgen, welcher dann ein Signal zurückgibt, das zusätzliche Informationen, beispielsweise eine ID-Nummer des Lagers oder Informationen über die Temperatur tragen kann oder nicht.
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Falls die Amplitude, die Frequenz oder eine andere Charakteristik des Signals, das von dem RFID Chip 14b zurückgegeben wird, nicht dem entspricht, was von der Signalverarbeitungseinheit 16 erwartet wird, gibt die Signalverarbeitungseinheit 16 ein Warnsignal aus, das anzeigt, dass der Käfige 11 beschädigt ist.
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Die Signalverarbeitungseinheit 16 implementiert deshalb ein Verfahren zum Detektieren eines Ausfalls eines Lagerkäfigs 11, das die Schritte aufweist des Erzeugens eines Abfragesignals mit einer Resonanzfrequenz eines Schaltkreises, der die Antennenspule 14a umfasst, des Empfangens eines Antwortsignals von der Antennenspule 14a, des Analysierens des Antwortsignals, um einen Riss der Antennenspule 14a, basierend auf dem Detektieren einer Absenz eines Antwortsignals oder einer Änderung in der Frequenz und/oder Amplitude des Antwortsignals zu detektieren, und des Detektierens eines Ausfalls des Lagerkäfiges 11, wenn die Antennenspule 14a gerissen ist.
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Ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lagers ist in 3a dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Lager 30 ein abgedichtetes Rillenkugellager mit einem Innenring 30c, einem Außenring 30d, einer einzigen Reihe von Kugeln 30b, und einer Dichtung 20 an jeder axialen Seite des Lagers, zum Abschließen eines ringförmigen Spalts zwischen den Lagerringen. Die Kugeln sind von einem Kugelkäfig 31 gehalten, von dem eine Seitenansicht in 3b gezeigt ist. Ein Hauptkörper 31a des Käfigs ist aus einem Polymermaterial hergestellt und ist mit einem passiven Resonanzschaltkreis ausgestattet, der einen Kondensator 34b und eine Antennenspule 34a aufweist, die an einer axial orientierten Seitenfläche des Käfighauptkörpers angeordnet sind. Die Antennenspule 34a, die als Induktor des passiven Resonanzschaltkreises dient, ist als eine Einzelschleife ausgeführt, die sich um den gesamten Umfang der Käfigseitenfläche erstreckt. In Übereinstimmung mit der Erfindung hat das leitende Material der Antennenspule 34a eine Zerreißgrenze, die geringer oder gleich ist zu einer Zerreißgrenze des Polymermaterials des Käfighauptkörpers 31a.
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Folglich wird, wenn die Antennenspule auf Grund eines Risses in dem Käfighauptkörper 31 gerissen ist, der passive Resonanzschaltkreis aufhören mitzuschwingen, wenn er von einem Abfragesignal stimuliert wird. Um diesen Verlust der Resonanz zu detektieren, ist das Lager weiterhin mit einem Transmitter ausgestattet, dessen Teile in eine Dichtung 20 integriert sind, die zu dem Kondensator 34b und der Antennenspule 34a an dem Käfig zeigen. Eine Seitenansicht der Dichtung ist in 3c gezeigt.
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Der Transmitter umfasst weiterhin einen Funktionsgenerator, der oszillierende Stromsignale erzeugt, und eine Primärantenne 32c, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als ein Versteifungsring der Dichtung 20 ausgebildet ist. Der Versteifungsring ist ein Metallblechring, der in die Dichtung 20 eingebettet ist, die mit einem Spalt, der mit isolierendem Elastomermaterial 20a ausgefüllt ist, ausgestattet ist. Endteile der Primärantenne 32c sind auf gegenüberliegenden Seiten neben dem Spalt mit Verbindungsstellen 32c-1, 32-2 für die Signaldrähte 38b, 38b‘ ausgestattet, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Lötstellen ausgebildet sind. Die Signaldrähte sind mit einem Prozessor (nicht dargestellt) verbunden, der dazu ausgelegt ist, einen Alarm zu übermitteln, wenn ein Antwortsignal von dem passiven Resonanzschaltkreis nicht von der Primärantenne 32c als Antwort auf ein Abfragesignal des Transmitters empfangen wird.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der feststehende Teil der Lageranordnung mit einem zweiten passiven Resonanzschaltkreis ausgestattet, der ebenfalls an der Dichtung integriert sein kann, oder anderweitig in der Nähe des Transmitters angeordnet ist. Das Schaltkreisdiagramm, das in 4 gezeigt ist, wird verwendet, um das operative Prinzip zu erklären. Unter normalen Bedingungen wird ein Prozessor (nicht dargestellt), der mit dem Transmitter 42 verbunden ist, ein erstes Antwortsignal von dem ersten passiven Resonanzschaltkreis 44‘ auf dem Käfig, und ein zweites Antwortsignal von dem zweiten passiven Resonanzschaltkreis 44‘‘ empfangen. Falls nur das erste Antwortsignal nicht empfangen wird, wird, wie vorstehend beschrieben, eine Warnung gesendet, die einen Käfigausfall anzeigt. Falls keines der ersten und zweiten Antwortsignale empfangen wird, ist dies ein Anzeichen eines Ausfalls in dem Transmitterschaltkreis, und der Prozessor ist dazu ausgelegt, einen entsprechenden Alarm zu senden.
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Die Käfigantennenspule in Form einer Einzelschleife, kann auch auf einer radial orientierten Fläche des Käfigs vorgesehen sein. Ein Beispiel eines Teils eines Käfigs 51 gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in 5 dargestellt. Der passive Resonanzschaltkreis umfasst wiederum einen Kondensator 54b und eine Antennenspule 54a, die beispielsweise auf einen Hauptkörper 51 des Käfigs aufgedruckt ist, der in dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Phenolharz hergestellt ist. Die Antennenspule ist dazu ausgelegt, als Reaktion auf einen Riss in dem Käfighauptkörper zu brechen. Um die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, dass ein kleiner Riss in dem Käfig die Antenne zerreißt, hat die Spule erste Abschnitte 54a1, die sich in Umfangsrichtung des Käfigs erstrecken, und zweite Abschnitte 54a2, die sich in axialer Richtung zwischen benachbarten Käfigtaschen 55 erstrecken. Wie zu verstehen ist, kann die Spule mehrere zweite Abschnitte umfassen, die zwischen benachbarten Taschen 55 hin und her verlaufen, und/oder mehrere erste Abschnitte 54a1 umfassen, die zwischen einem Rand des Käfigs und einer entsprechenden axialen Seite einer Käfigtasche hin und her verlaufen.
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In diesem Ausführungsbeispiel ist der Käfig ein vom Außenring geführter Käfig, und hat Verschleißflächen an jeder axialen Seite des Käfigs, die während des Käfigbetriebs in Kontakt mit den Schultern des Lageraußenrings kommen. Die Antennenspule ist in einer radialen Außenfläche des Käfighauptkörpers 51 in einer geringen Tiefe, die eine nicht akzeptable Verschleißhöhe darstellt, eingebettet. Der Käfig 51 kann deshalb verwendet werden, um einen Käfigausfall auf Grund eines Risses in dem Hauptkörper 51a, der die Antennenspule zerreißt, und auf Grund des inakzeptablen Verschleißes des Käfigs zu detektieren, der gleichermaßen das Material der Antennenspule verschleißt, was zu einer Unterbrechung führt, die verursacht, dass der passive Resonanzschaltkreis seine Resonanzfähigkeit verliert.
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In anderen Ausführungsbeispielen ist die axiale Seitenfläche des Käfigs eine Verschleißfläche und kann mit einer eingebetteten Antennenspule ausgestattet sein, um Verschleiß zu detektieren. Somit sind viele Variationen im Rahmen der folgenden Ansprüche möglich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Artikel „A Passive Wireless Temperature Sensor for Harsh Environment Applications“, Sensors 2008, 7982–7995 von Ya Wang, Yi Jia, Qiushui Chen und Yanyun Wang [0004]
- S. Scott et al. der Purdue University, siehe beispielsweise http://docs.lib.purdue.edu/nanopub/1089 [0004]
