DE102016223884A1 - Axial thrust bearing with distance sensor for drilling rigs - Google Patents
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Abstract
Kraftdrehkopfaxiallager 600 für eine Bohranlage mit einem ersten Lagerring 632, insbesondere einer Wellenscheibe, einem zweiten Lagerring 634, insbesondere einer Gehäusescheibe, und einer Vielzahl von Wälzkörpern 636, wobei die Vielzahl der Wälzkörper 636 zwischen dem ersten Lagerring 632 und dem zweiten Lagerring 634 angeordnet ist. Erfindungsgemäß umfasst das Kraftdrehkopfaxiallager 600 mindestens einen Abstandssensor 640 zur Erfassung von Messparametern des Bohrvorgangs. Der Abstandssensor 640 ist vorzugsweise ein induktiver Näherungssensor, insbesondere ein Wirbelstromsensor.A power rotary axial bearing 600 for a drilling rig with a first bearing ring 632, in particular a wave washer, a second bearing ring 634, in particular a housing plate, and a plurality of rolling elements 636, wherein the plurality of rolling elements 636 is disposed between the first bearing ring 632 and the second bearing ring 634. According to the invention, the power rotary thrust bearing 600 comprises at least one distance sensor 640 for detecting measurement parameters of the drilling operation. The distance sensor 640 is preferably an inductive proximity sensor, in particular an eddy current sensor.
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftdrehkopfaxiallager mit einem Abstandssensor für eine Bohranlage. Der Abstandssensor ist dazu ausgebildet, den Abstand zwischen den Lageringen und damit die Lagerlast zu erfassen, und/oder den Drehwinkel des Kraftdrehkopfaxiallagers mittels einem dementsprechenden Messgeber zu erfassen. Der Abstandssensor ist vorzugsweise als ein induktiver Näherungssensor, insbesondere als ein Wirbelstromsensor, ausgebildet.The present invention relates to a Kraftdrehkopfiaxager with a distance sensor for a drilling rig. The distance sensor is designed to detect the distance between the bearing rings and thus the bearing load, and / or to detect the angle of rotation of the power rotary thrust bearing by means of a corresponding encoder. The distance sensor is preferably designed as an inductive proximity sensor, in particular as an eddy current sensor.
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Das Erstellen von Erdbohrungen, insbesondere im Bereich der Öl- und Gasindustrie, erfordert eine vorsichtige Handhabung des Bohrwerkzeugs, um entlang eines gewünschten Weges zu bohren. Der Aufbau eines solchen Bohrwerkzeugs umfasst im Wesentlichen einen Bohrstrang mit einer Bohrspitze, die am unteren Ende des Bohrstrangs angeordnet ist, wobei der Bohrstrang sich von einem Bohrturm nach unten in die Erdformation bzw. das Bohrloch erstreckt. Im Bohrturm ist in der Regel ein sogenannter Kraftdrehkopf (engl. „Top Drive“) zum Antreiben des Bohrstrangs über ein Seil in einen Kranhaken an einer Kranflasche eingehängt. Das Seil ist wiederrum mit einem Totseilanker mit dem Erdreich verankert. Die Steuerung des Bohrens kann unter anderem durch Nach- oder Zurückführen des Seils beeinflusst werden. Die Bohrspitze umfasst einen sogenannten Untertagemotor (engl. „downhole motor“) und einen Bohrmeißel zur eigentlichen Bohrung.The creation of wells, particularly in the oil and gas industry, requires careful handling of the drilling tool to drill along a desired path. The construction of such a drilling tool substantially comprises a drill string having a drill bit disposed at the lower end of the drill string, the drill string extending downwardly from a derrick into the earth formation or wellbore. In the derrick is usually a so-called power turret (English "Top Drive") mounted to drive the drill string via a rope in a crane hook on a crane bottle. The rope is in turn anchored with a dead rope anchor with the soil. The control of the drilling can be influenced inter alia by feeding or returning the rope. The drill bit includes a so-called downhole engine and a drill bit for actual drilling.
Für den Bohrvorgang ist es wichtig, die auf die Bohrspitze wirkenden Kräfte zu kennen, um Schäden am Bohrwerkzeug, insbesondere am Bohrmeißel, zu vermeiden. Die Kenntnis über die an der Bohrspitze wirkenden Kräfte ist auch hilfreich, um den Bohrvorgang wirtschaftlich durchführen zu können.For the drilling process, it is important to know the forces acting on the drill bit in order to avoid damage to the drilling tool, in particular to the drill bit. The knowledge of the forces acting on the drill bit is also helpful in order to carry out the drilling process economically.
Es ist bekannt, dass die Axiallast und das Drehmoment, die auf einen Bohrmeißel (im Folgenden auch Bohrbit genannt) während des Bohrvorgangs einwirken, wichtige Parameter sind, welche die Richtung und Neigung des Bohrlochs wie auch die Wirtschaftlichkeit der Bohrarbeit beeinflussen. Die Axialbelastung auf das Bohrbit ist auch bekannt als Bitgewicht (engl. „Weight-on-bit“ (WOB)). Eine Last wirkt auf das Bohrbit über den Bohrstrang, der mit den weiteren an der Erdoberfläche angeordneten Komponenten, beispielsweise dem „Top Drive“, an dem Bohrturm in Vorspannung hängt, so dass die Größe des WOB durch Veränderung der übertätigen Hakenlast eingestellt werden kann. WOB beeinflusst die Eindringrate, den Bohrbitverschleiß und die Bohrrichtung. Das auf das Bohrbit wirkende Drehmoment (engl. „Torque-on-bit“ (TOB)) ist in Bezug auf den Bohrbitverschleiß und der Bohrrichtung, insbesondere in kombinierter Betrachtung mit WOB, ebenfalls wichtig. So ist ein exzessiver TOB indikativ für eine ernsthafte Bitbeschädigung, etwa Versagen eines Lagers unter verklemmten Kegeln.It is known that the axial load and torque acting on a drill bit (hereinafter also referred to as drill bit) during the drilling operation are important parameters that influence the direction and inclination of the borehole as well as the efficiency of the drilling work. The axial load on the drill bit is also known as weight-on-bit (WOB). A load acts on the drill bit over the drill string, which is biased on the derrick with the other surface mounted components, such as the "top drive", so that the size of the WOB can be adjusted by varying the superior hook load. WOB affects penetration rate, drill bit wear and drilling direction. Torque-on-bit (TOB) torque is also important in terms of drill bit wear and drilling direction, particularly when combined with WOB. Thus, excessive TOB is indicative of serious bit damage, such as failure of a camp under jammed skittles.
Verfahren und Vorrichtungen zur Messung des WOB und/oder TOB sind über Tage oder unter Tage bekannt. Über Tage erflogen bekannte Messungen durch Vergleichen des Hakenlastgewichts mit dem „Über-Sohle-Gewicht“: wenn die Hakenlast bei abgehobenem Bohrstrang beispielsweise 100 Tonnen und nach dem Herablassen auf die Bohrsohle nur noch 95 Tonnen beträgt, dann muss der Bohrmeißel nun folglich mit fünf Tonnen Last auf der Bohrsohle stehen. Ein Bohrwerkzeugführer kann nun den Bohrstrang wieder von der Bohrsohle abheben und seine Steuerung justieren. Bei Fortführung des Borvorgangs erhält er dann die „fehlende“ Hakenlast als Meißelbelastung.Methods and apparatus for measuring WOB and / or TOB are known over days or underground. Over-day measurements are taken by comparing the hook load weight to the "over-the-sole weight": for example, if the hook load is 100 tons with the drill string lifted and only 95 tons after lowering to the bottom of the drill hole, then the drill bit must now be five tons Load on the bottom of the hole. A drill guide can now lift the drill string from the drill floor again and adjust its control. On continuation of the boron process, he then receives the "missing" hook load as a bit load.
Um die Hakenlast über Tage zu erfassen, sind Druckmessdosen am Totseilanker oder dem sogenannten Flaschenzug im Bohrturm (engl. „Crown Block“) bekannt. Auch bekannt sind Messsensoren, wie Dehnungsmesstreifen, am (Tot)Seil selbst.In order to record the hook load over days, pressure cells on the dead rope anchor or the so-called pulley in the derrick ("Crown Block") are known. Measuring sensors, such as strain gauges, are also known on the (dead) cable itself.
Messungen unter Tage erfolgen häufig über Kraftsensoren, die beispielsweise an zusätzlichen Zylindern oder Taschen im Untertagewerkzeug angeordnet sind. Diese Messungen unterliegen jedoch deutlichen Ungenauigkeiten infolge der Effekte von Bohrlochdruck und Temperaturgradienten. Sie können in der Regel auch nicht zwischen Zug, hervorgerufen durch das Gewicht, und Axialzug, hervorgerufen durch die Druckdifferenz, unterscheiden. Sie werden auch nachteilig durch den von Bohrfluiden ausgeübten Druck beeinflusst.Underground measurements are often taken via force sensors arranged, for example, on additional cylinders or pockets in the downhole tool. However, these measurements are subject to significant inaccuracies due to the effects of borehole pressure and temperature gradients. Nor can they generally distinguish between tension caused by the weight and axial tension caused by the pressure difference. They are also adversely affected by the pressure exerted by drilling fluids.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Es ist die Aufgabe der Erfindung, die Erfassung der Meißelbelastung zu verbessern, insbesondere robuster gegen Messfehler zu gestalten und weitere Parameter für die Steuerung des Bohrwerkzeugs zu erfassen.It is the object of the invention to improve the detection of the bit load, in particular to make it more robust against measurement errors and to capture further parameters for the control of the drilling tool.
Diese Aufgabe wird durch ein Kraftdrehkopfaxiallager für eine Bohranlage nach Anspruch 1 gelöst. Das Kraftdrehkopfaxiallager ist in einem „Top Drive“ einsetzbar. Das Lager umfasst zwei Lagerringe mit dazwischen angeordneten Wälzkörpern. Erfindungsgemäß weist das Lager einen Abstandssensor, vorzugsweise einen induktiven Näherungssensor, insbesondere einen Wirbelstromsensor, auf.This object is achieved by a Kraftdrehkopfiaxager for a drilling rig according to claim 1. The axial swivel bearing can be used in a "top drive". The bearing comprises two bearing rings with rolling elements arranged therebetween. According to the invention, the bearing has a distance sensor, preferably an inductive proximity sensor, in particular an eddy current sensor.
Die Erfassung der durch die Wälzkörper übertragenen Kräfte in Form von Abstandsänderungen durch den Abstandssensor ermöglicht es, die Belastung des Meißels im Bohrloch abzuleiten. Das Kraftdrehkopfaxiallager ist hierbei nicht durch die oben beschriebenen Probleme von unter Tage Kraftmessungen beeinflusst. Auch gegenüber den bekannten über Tage Kraftmessungen hat die Erfassung der Kräfte am Kraftdrehkopfaxiallager erhebliche Vorteile in Bezug auf Messfehler.The detection of the forces transmitted by the rolling elements in the form of changes in distance by the distance sensor allows the Derive stress on the bit in the borehole. The thrust bearing thrust bearing is not affected by the above-described problems of underground force measurements. Even with respect to the known over-the-day force measurements, the detection of the forces at the top-mounted power turret bearing has considerable advantages with regard to measuring errors.
In einer Ausführungsform ist der Abstandssensor an dem im Bezug zur Rotation stehenden Lagerring angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass keine Telemetrie zur Erfassung der Kräfte des rotierenden Bohrstrangs erforderlich ist. Insbesondere müssen auch keine Daten aus dem Bohrloch übertragen werden.In one embodiment, the distance sensor is arranged on the bearing ring that is in relation to the rotation. This has the advantage that no telemetry is required to detect the forces of the rotating drill string. In particular, no data from the borehole must be transmitted.
In einer Ausführungsform ist der Abstandssensor am Innenumfang oder am Außenumfang zwischen den Lagerringen angeordnet.In one embodiment, the distance sensor is arranged on the inner circumference or on the outer circumference between the bearing rings.
In einer Ausführungsform ist der Abstandssensor derart angeordnet, dass er den Abstand zwischen den Lagerringen erfasst. Die äußere Belastung auf das Lager führt zu elastischer Einfederung der Wälzlagerkomponenten, wie der Wellenscheibe, Gehäusescheibe und Wälzkörper. Diese elastische Einfederung kann mit Hilfe des Abstandssensors erfasst werden. Dabei erfasst der Sensor den Abstand einer gegenüberliegenden Messfläche.In one embodiment, the distance sensor is arranged such that it detects the distance between the bearing rings. The external load on the bearing leads to elastic deflection of the rolling bearing components, such as the wave washer, housing plate and rolling elements. This elastic deflection can be detected by means of the distance sensor. The sensor detects the distance of an opposite measuring surface.
In einer weiteren Ausführungsform weist einer der Lagerringe, insbesondere der im Bezug zur Rotation rotierbare Lagerring, eine profilierte Messfläche auf, und der mindestens eine Abstandssensor ist derart auf dem anderen Lagerring angeordnet, dass der mindestens eine Abstandssensor den Drehwinkel des Kraftdrehkopfaxiallager mittels der profilierten Messfläche erfasst. In einer Fortbildung ist die profilierte Messfläche als eine exzentrische Ausnehmung des Lagerrings ausgebildet. Durch die Profilierung einer Messfläche, wie eine oder zwei phasenversetzte Sinuskurven oder der exzentrisch geformte Impulsgeber, kann die relative und/oder absolute Drehwinkelposition aus dem Messsignal des Sensors ermittelt werden.In a further embodiment, one of the bearing rings, in particular the rotatable bearing ring with respect to the rotation, a profiled measuring surface, and the at least one distance sensor is arranged on the other bearing ring, that the at least one distance sensor detects the rotation angle of the Kraftdrehkopfaxiallager means of the profiled measuring surface , In a further development, the profiled measuring surface is formed as an eccentric recess of the bearing ring. By profiling a measuring surface, such as one or two phase-shifted sinusoids or the eccentrically shaped pulse generator, the relative and / or absolute rotational angular position can be determined from the measuring signal of the sensor.
Aus der Kenntnis des relativen oder des absoluten Drehwinkels, können bei einer Abtastfrequenz die größer ist als die doppelte Frequenz der Torsionsschwingungen diese Torsionsschwingungen ermittelt werden. Die Torsionsschwingungen sind nämlich alle Winkeländerungen, die bei einer Frequenz ungleich zur Drehfrequenz des Lagers auftreten. Somit ist beispielsweise eine einfache Auswertung mittels der Fourier Transformation möglich.From the knowledge of the relative or the absolute angle of rotation, at a sampling frequency which is greater than twice the frequency of the torsional vibrations, these torsional vibrations can be determined. The torsional vibrations are namely all angular changes that occur at a frequency not equal to the rotational frequency of the bearing. Thus, for example, a simple evaluation by means of the Fourier transformation is possible.
In einer alternativen Ausführungsform ist ein weiterer Messgeber an einem der Lagerringe angeordnet, und der mindestens eine Abstandssensor ist an dem anderen Lagerring angeordnet. Der Messgeber und der Abstandssensor sind derart zueinander ausgerichtet, dass in axialer Richtung der Drehwinkel erfasst wird und/oder dass in radialer Richtung der Abstand zwischen dem ersten Lagerring und dem zweiten Lagerring erfasst wird, wobei zur Erfassung des Drehwinkels der Messgeber eine profilierte Messfläche aufweist.In an alternative embodiment, a further encoder is arranged on one of the bearing rings, and the at least one distance sensor is arranged on the other bearing ring. The encoder and the distance sensor are aligned with each other such that in the axial direction of the rotation angle is detected and / or that the distance between the first bearing ring and the second bearing ring is detected in the radial direction, wherein for detecting the rotation angle of the encoder has a profiled measuring surface.
Die Erfassung der Abstandsänderung zwischen den Lagerringen oder zur Bestimmung des Drehwinkels ist unabhängig von der Position der Wälzkörper und von der Rotationsposition der beiden Lagerringe zueinander. Somit kann die Messanordnung sowohl bei stillstehendem Lager, als auch bei rotierendem Lager messen. Weiterhin können somit auch dynamische Laständerungen gut erfasst werden, da der Messeffekt nicht durch die Lageänderung der Wälzkörper beeinflusst wird.The detection of the change in distance between the bearing rings or for determining the angle of rotation is independent of the position of the rolling elements and of the rotational position of the two bearing rings to each other. Thus, the measuring arrangement can measure both at a stationary bearing, as well as rotating bearing. Furthermore, thus dynamic load changes can be well detected, since the measurement effect is not affected by the change in position of the rolling elements.
In einer Ausführungsform sind mindestens drei Abstandsensoren am Umfang des ersten Lagerrings oder des zweiten Lagerrings angeordnet. Durch die mindestens drei Abstandssensoren kann, wenn diese entsprechend geeignet auf einem Teilkreis verteilt angeordnet sind, eine hohe Messpräzision erreicht werden. Auch ist damit der Ausgleich von Messfehlern, die beispielsweise durch Schiefstellung verursacht werden, möglich. Die drei dann gemessenen Abstandspunkte definieren nämlich eindeutig die Lage einer beweglichen Ebene im Verhältnis zur Lage der fixen Ebene auf der die Abstandssensoren montiert sind. Die Lage der beiden Ebenen zueinander ist durch Richtung und Größe der auf das Lager einwirkenden Kraft bestimmt. Somit kann durch die beschriebene Messanordnung der Betrag und die Richtung der auf das Lager wirkenden Kraft bestimmt werden.In one embodiment, at least three distance sensors are arranged on the circumference of the first bearing ring or of the second bearing ring. By means of the at least three distance sensors, if these are arranged correspondingly suitably distributed on a partial circle, a high measuring precision can be achieved. It is also possible to compensate for measuring errors caused, for example, by misalignment. Namely, the three distance points measured then clearly define the position of a moving plane in relation to the position of the fixed plane on which the distance sensors are mounted. The position of the two planes to each other is determined by the direction and size of the force acting on the bearing. Thus, the amount and direction of the force acting on the bearing can be determined by the described measuring arrangement.
Vorzugsweise sind die drei Abstandssensoren in näherungsweise gleichen Winkelabständen angeordnet. Für eine hohe Genauigkeit des Kraftsignals können die Sensoren vorzugsweise auf näherungsweise gleichen Winkelabständen positioniert werden. Im Fall von genau drei Abstandssensoren also um je 120° zueinander beabstandet. Die Messgenauigkeit nimmt erst bei einer deutlichen Ungleichverteilung ab.Preferably, the three distance sensors are arranged at approximately equal angular intervals. For a high accuracy of the force signal, the sensors may preferably be positioned at approximately equal angular intervals. In the case of exactly three distance sensors so each spaced by 120 ° to each other. The measuring accuracy decreases only with a clear unequal distribution.
In einer weiterführenden Ausführungsform bilden die mindestens drei Abstandssensoren eine erste Sensoranordnung. Weiter ist eine zweite Sensoranordnung mit mindestens drei weiteren Abstandssensoren am Umfang des ersten Lagerrings oder des zweiten Lagerrings angeordnet. Die Abstandssensoren der ersten Sensoranordnung sind je versetzt zu den Abstandssensoren der zweiten Sensoranordnung angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass die Systemsicherheit erhöht werden kann. Denn die Sensoranordnungen können getrennt ausgewertet und die Messsignale beider Sensoranordnungen miteinander verglichen werden. Ebenso kann das gesamte Messsystem mit verringerter Zuverlässigkeit weiterbetrieben werden, wenn eines der beiden Teilsysteme, also eine Sensoranordnung, ausfällt.In a further embodiment, the at least three distance sensors form a first sensor arrangement. Furthermore, a second sensor arrangement with at least three further distance sensors is arranged on the circumference of the first bearing ring or of the second bearing ring. The distance sensors of the first sensor arrangement are each arranged offset from the distance sensors of the second sensor arrangement. This has the advantage that system security can be increased. Because the sensor arrangements can be evaluated separately and the measurement signals of both sensor arrangements compared with each other. Likewise, the entire measuring system can continue to operate with reduced reliability if one of the two subsystems, that is, a sensor arrangement, fails.
In einer Ausführungsform ist das Kraftdrehkopfaxiallager als Axialkegelrollenlager ausgebildet. Axialkegelrollenlager ermöglichen axial sehr hoch belastbare, stoßunempfindliche und steife Lagerungen bei nur geringem axialem Platzbedarf.In one embodiment, the Kraftdrehkopfiaxager is designed as axial tapered roller bearings. Axial tapered roller bearings allow for very high load capacity, shock-resistant and rigid bearings with only a small axial space requirement.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der figuren.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the embodiments described below and with reference to the figures.
Figurenlistelist of figures
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren dargestellt. Die Figuren zeigen nicht-skalierte Zeichnungen. Es zeigen:
-
1 eine Überblicksdarstellung einer Bohranlage mit Bohrwerkzeug in Anwendung, -
2 einen Ausschnitt eines Kraftdrehkopfaxiallagers mit einem Abstandssensor am Außenumfang eines Lagerrings, -
3 einen Ausschnitt eines Kraftdrehkopfaxiallagers mit einem Abstandssensor am Innenumfang eines Lagerrings, -
4 einen Ausschnitt eines Kraftdrehkopfaxiallagers mit einem Abstandssensor und einer exzentrischen Ausnehmung am Innenumfang von Lagerringen, -
5 einen Ausschnitt eines Kraftdrehkopfaxiallagers mit einem Abstandssensor und einem Messgeber am Außenumfang von Lagerringen in einer ersten Ausführungsform, und -
6 einen Ausschnitt eines Kraftdrehkopfaxiallagers mit einem Abstandssensor und einem Messgeber am Außenumfang von Lagerringen in einer zweiten Ausführungsform.
-
1 an overview of a drilling rig with drilling tool in use, -
2 a detail of a Kraftdrehkopfaxiallagers with a distance sensor on the outer circumference of a bearing ring, -
3 a detail of a Kraftdrehkopfaxiallagers with a distance sensor on the inner circumference of a bearing ring, -
4 a detail of a Kraftdrehkopfaxiallagers with a distance sensor and an eccentric recess on the inner circumference of bearing rings, -
5 a section of a Kraftdrehkopfaxiallagers with a distance sensor and a transducer on the outer circumference of bearing rings in a first embodiment, and -
6 a section of a Kraftdrehkopfaxiallagers with a distance sensor and a transducer on the outer circumference of bearing rings in a second embodiment.
Detaillierte Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 100100
- Bohranlagedrilling rig
- 105105
- Erdreichsoil
- 110110
- Bohrstrangdrill string
- 112112
- UntertagemotorDownhole motor
- 114114
- Bohrmeißeldrill bit
- 116116
- Kraft F auf BohrmeißelForce F on drill bit
- 120120
- Bohrturmderrick
- 122122
- Kraftdrehkopf und KomponentenPower turret and components
- 124124
- Kranhaken und KranflascheCrane hook and crane bottle
- 126126
- (Tot)seil(Tot) rope
- 128128
- TotseilankerTotseilanker
- 200, 300200, 300
- KraftdrehkopfaxiallagerKraftdrehkopfaxiallager
- 216, 316216, 316
- Abstand zwischen LagerringenDistance between bearing rings
- 232, 332232, 332
- erster Lagerringfirst bearing ring
- 234, 334234, 334
- zweiter Lagerringsecond bearing ring
- 236, 336236, 336
- Wälzkörperrolling elements
- 240, 340240, 340
- Abstandssensordistance sensor
- 400400
- KraftdrehkopfaxiallagerKraftdrehkopfaxiallager
- 432432
- erster Lagerringfirst bearing ring
- 434434
- zweiter Lagerringsecond bearing ring
- 436436
- Wälzkörperrolling elements
- 440440
- Abstandssensordistance sensor
- 445445
- exzentrische Ausnehmungeccentric recess
- 500, 600500, 600
- KraftdrehkopfaxiallagerKraftdrehkopfaxiallager
- 516, 616516, 616
- Abstand zwischen LagerringenDistance between bearing rings
- 518, 618518, 618
- Abstand für WinkelmessungDistance for angle measurement
- 532, 632532, 632
- erster Lagerringfirst bearing ring
- 534, 634534, 634
- zweiter Lagerringsecond bearing ring
- 536, 636536, 636
- Wälzkörperrolling elements
- 540, 640540, 640
- Abstandssensordistance sensor
- 545, 645545, 645
- MessgeberTransducers
Claims (10)
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112901653A (en) * | 2019-11-19 | 2021-06-04 | 斯凯孚公司 | Bearing with distance sensor and tapered groove |
DE102020200032A1 (en) * | 2020-01-03 | 2021-07-08 | Thyssenkrupp Ag | Rolling bearings with position determination device |
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