DE19919006C2 - Einrichtung zum Messen von Lagerdaten - Google Patents

Einrichtung zum Messen von Lagerdaten

Info

Publication number
DE19919006C2
DE19919006C2 DE19919006A DE19919006A DE19919006C2 DE 19919006 C2 DE19919006 C2 DE 19919006C2 DE 19919006 A DE19919006 A DE 19919006A DE 19919006 A DE19919006 A DE 19919006A DE 19919006 C2 DE19919006 C2 DE 19919006C2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
measuring
bearing
reference surface
signal
ultrasound
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE19919006A
Other languages
English (en)
Other versions
DE19919006A1 (de
Inventor
Jens Noetzel
Josef Binder
Oliver Ahrens
Andreas Buhrdorf
Christian Stehning
Dennis Hohlfeld
Rainer Breitenbach
Jens Heim
Vasilis Hassiotis
Heinrich Hofmann
Roland Werb
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
FAG Kugelfischer AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by FAG Kugelfischer AG filed Critical FAG Kugelfischer AG
Priority to DE19919006A priority Critical patent/DE19919006C2/de
Priority to US09/562,981 priority patent/US20020157470A1/en
Publication of DE19919006A1 publication Critical patent/DE19919006A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE19919006C2 publication Critical patent/DE19919006C2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/72—Sealings
    • F16C33/76—Sealings of ball or roller bearings
    • F16C33/78—Sealings of ball or roller bearings with a diaphragm, disc, or ring, with or without resilient members
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/52—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with devices affected by abnormal or undesired conditions
    • F16C19/522—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with devices affected by abnormal or undesired conditions related to load on the bearing, e.g. bearings with load sensors or means to protect the bearing against overload
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/72—Sealings
    • F16C33/76—Sealings of ball or roller bearings
    • F16C33/78—Sealings of ball or roller bearings with a diaphragm, disc, or ring, with or without resilient members
    • F16C33/7896—Sealings of ball or roller bearings with a diaphragm, disc, or ring, with or without resilient members with two or more discrete sealings arranged in series
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B17/00—Measuring arrangements characterised by the use of infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00—Testing of machine parts
    • G01M13/04—Bearings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G2204/00—Indexing codes related to suspensions per se or to auxiliary parts
    • B60G2204/10—Mounting of suspension elements
    • B60G2204/11—Mounting of sensors thereon
    • B60G2204/115—Wheel hub bearing sensors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/02—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows
    • F16C19/14—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load
    • F16C19/18—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load with two or more rows of balls
    • F16C19/181—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load with two or more rows of balls with angular contact
    • F16C19/183—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load with two or more rows of balls with angular contact with two rows at opposite angles
    • F16C19/184—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load with two or more rows of balls with angular contact with two rows at opposite angles in O-arrangement
    • F16C19/185—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load with two or more rows of balls with angular contact with two rows at opposite angles in O-arrangement with two raceways provided integrally on a part other than a race ring, e.g. a shaft or housing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2326/00—Articles relating to transporting
    • F16C2326/01—Parts of vehicles in general
    • F16C2326/02—Wheel hubs or castors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/72—Sealings
    • F16C33/76—Sealings of ball or roller bearings
    • F16C33/78—Sealings of ball or roller bearings with a diaphragm, disc, or ring, with or without resilient members
    • F16C33/784—Sealings of ball or roller bearings with a diaphragm, disc, or ring, with or without resilient members mounted to a groove in the inner surface of the outer race and extending toward the inner race
    • F16C33/7843—Sealings of ball or roller bearings with a diaphragm, disc, or ring, with or without resilient members mounted to a groove in the inner surface of the outer race and extending toward the inner race with a single annular sealing disc
    • F16C33/7853—Sealings of ball or roller bearings with a diaphragm, disc, or ring, with or without resilient members mounted to a groove in the inner surface of the outer race and extending toward the inner race with a single annular sealing disc with one or more sealing lips to contact the inner race
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C41/00—Other accessories, e.g. devices integrated in the bearing not relating to the bearing function as such
    • F16C41/007—Encoders, e.g. parts with a plurality of alternating magnetic poles

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Messen von Belastungsdaten eines Lagers vorzugsweise in einer Radlagerung nach dem Oberbegriff des Anspru­ ches 1.
Hintergrund der Erfindung
Um den Fahrkomfort und die Sicherheit moderner Fahrzeuge weiter zu verbes­ sern, benötigen die elektronischen Regelsysteme des Fahrbetriebes im Fahr­ zeug zunehmend mehr Informationen über die aktuelle Fahrsituation. Zusätz­ lich zu den aktuellen Daten des Motors, des Getriebes und Drehzahl der ein­ zelnen Räder sollen zukünftig auch die aktuellen Kräfte und Kraftrichtungen, die auf die einzelnen Reifen wirken, zur Regelung des Fahrbetriebes mit her­ angezogen werden. Zur Erfassung dieser Kräfte bieten sich hierbei besonders die Radlager an, da diese die gesamten Kräfte, die am Reifen wirken, auf den Rahmen des Fahrzeuges übertragen. Die Kräfte die vom Reifen auf den Fahr­ zeugrahmen übertragen werden, bewirken im Radlager Verschiebungen und Verkippungen zwischen Innenring und Außenring. Misst man diese Verschie­ bungen zwischen Innenring und Außenring im Radlager, so kann man mit Kenntnis der speziellen Federkennlinie des einzelnen Lagers daraus auf die wirkenden Kräfte direkt Rückschlüsse ziehen.
In der EP 0530093 B1 werden magnetische Abstandsmesser gezeigt, die die Verschiebungen in einer bestimmten Richtung im Wälzlager messen können. Diese magnetischen Abstandsmesser können aber nur in einer Verschiebungs­ achse messen, wobei die Genauigkeit des erzielten Messergebnisses nur im 1/100 mm Bereich liegt. Diese Genauigkeit der Messung reicht nicht aus, um auch kleinere Verschiebungen im Wälzlager zu messen und damit das Fahr­ zeug hinreichend genau in den einzelnen Fahrsituationen regeln zu können.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, ein Messsystem aufzuzeigen, das einerseits genauer misst und andererseits gleichzeitig alle Verschiebungen zwischen dem rotierenden Ring und dem feststehenden Ring in einem Lager messen kann.
Beschreibung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
Hier wird das an sich bekannte Abstandsmessverfahren mittels Ultraschall an­ gewandt. Die hohe Messgenauigkeit von 0,5/1000 mm wird dadurch erreicht, dass Ultraschallmesseinheiten eingesetzt werden, die mit einer Frequenz grö­ ßer 100 Kilohertz arbeiten. Der Ultraschallsender und der Ultraschallempfänger sind auf dem feststehenden Laufring des Lagers oder im Gehäuse angeordnet. Eine Bezugsfläche, die an dem rotierenden Laufring angebracht ist, reflektiert die Ultraschallstrahlen vom Ultraschallsender zum Ultraschallempfänger. Über eine Phasendifferenz zwischen dem Referenzsignal und dem empfangenen Ultraschallsignal wird dann die Abstandsdifferenz ermittelt. Das Referenzsignal ist ein in der Auswerteelektronik verwendetes Signal, dass mit dem ausgesen­ deten Signal identisch ist und zur Berechnung der Phasendifferenz benutzt wird. Die Absolutmessung des Abstandes zwischen dem feststehenden und dem rotierenden Laufring erfolgt über die Messung der Laufzeit des empfange­ nen Signals.
Eine Sonderform der Ultraschallabstandsmessung über die Phasendifferenz ist das an sich bekannte Verfahren des Ultraschall resonance mode locking. Hier­ bei wird die Resonanzfrequenz (stehende Welle zwischen Ultraschallsender und Bezugsfläche) ermittelt. Das entspricht einer Phasendifferenz von 0° oder 360° zwischen gesendeter und empfangener Welle. Diese Resonanzfrequenz ist direkt proportional zum Abstand zwischen Ultraschallsender und Bezugsflä­ che. Hierbei besteht ein Verfahren darin, dass die Ultraschallfrequenz der aktu­ ellen Abstandsveränderung nachgeregelt wird, so dass die Phasendifferenz konstant bei 0° bzw. 360° bleibt.
Ein anderes Verfahren besteht darin, dass bei einem Ultraschallsender bzw. Ultraschallwandler die Impedanz bei stehender Welle ermittelt wird (Phasen­ lage zwischen Ansteuerstrom und Ansteuerungsspannung im Ultraschallwand­ ler). Diese Phasenlage wird bei einer Abstandsänderung dann durch eine Än­ derung der Ultraschallsendefrequenz wieder auf den Ausgangswert zurückge­ regelt. Bei diesem Verfahren wird kein separater Ultraschallempfänger benötigt.
Gemäß Anspruch 2 können mehrere Ultraschallmesseinheiten in einem Lager angebracht werden, um damit die Verschiebungen zu messen. Durch die ra­ diale Anordnung der Messeinheiten in z. B.: horizontaler oder vertikaler Rich­ tung einer Messebene können alle radialen Verschiebungen direkt gemessen werden. Eine radiale Anordnung der Messeinheiten, in einer Winkellage um 180° versetzt, bewirkt, dass wegen der Differenzmessungen in dieser Kraftwirk­ richtung noch genauere Ergebnisse erzielt werden.
Gemäß Anspruch 1 wird ein trapezartiger oder rechteckiger Ring auf dem rotie­ renden Laufring angeordnet. Durch diesen rechteckigen Ring können mit den Ultraschallmesseinheiten zusätzlich zu den radialen Verschiebungen auch axi­ ale Verschiebungen im Wälzlager gemessen werden. Somit können alle Ver­ schiebungen in einem Wälzlager gemessen werden. Durch die Ausbildung die­ ses Ringes in Form eines Trapezes wird die nicht senkrecht zum Laufring ste­ hende Fläche im Winkel so ausgelegt werden, dass so eine spezifische Kombi­ nation aus Radial- und Axialverschiebungen direkt gemessen werden kann.
Gemäß Anspruch 1 befinden sich die Ultraschallmesseinheiten zwischen zwei Dichtungseinrichtungen. Dies ist notwendig, damit das Messergebnis der Ultra­ schallmesseinheiten nicht durch Verschmutzungen, die von außerhalb in das Wälzlager eindringen, sowie durch Schmierstoffe oder Abrieb aus dem Wälzla­ ger heraus, beeinflusst wird.
Gemäß Anspruch 3 kann die Temperatur der Messstrecke über die Laufzeit­ verschiebung des Ultraschallsignals bei einer bekannten Laufstreckendifferenz direkt bestimmt werden. Der physikalische Zusammenhang ist folgender Formel zu entnehmen:
T = Temperatur; R = spezifische Gaskonstante, χ = Issentropenexponent; Δh = Abstand zwischen Aussparung und Erhebung, Δt = Zeitverschiebung
Durch das Einbringen von definierten Erhebungen und Aussparungen in die Bezugsfläche des rotierenden Laufringes, kann über die Zeit des Ausbleibens eines Ultraschallsignals am Empfänger beim Übergang von der Erhebung in die Aussparung ΔtA bzw. aus dem Zeitraum des überlagerten Signals beim Über­ gang von der Aussparung auf die Erhebung ΔtB ein direkter Rückschluss auf die Temperatur im Lager gezogen werden.
Ein weiterer Vorteil der Erhebungen und Aussparungen ist, dass so gleichzeitig die Drehzahl und die Drehrichtung des rotierenden Laufringes, d. h. des Rades, erfasst werden kann.
Bei der Erfassung der Drehrichtung werden drei aufeinanderfolgende Erhe­ bungen oder Aussparungen mit zunehmender Breite ausgelegt. Dieses be­ kannte Verfahren zur Drehrichtungserkennung ist in DE-OS 37 33 136 beschrie­ ben.
So kann mit einer Ultraschallmesseinheit, in Verbindung mit definierten Aussparungen und Erhebungen auf der Bezugsfläche, der Abstand bzw. Abstandsveränderung zwischen dem feststehenden Ring und dem rotierenden Ring, die Drehzahl und Drehrichtung des rotierenden Ringes und die Temperatur der Messstrecke ermittelt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Erfindung wird anhand von 8 Figuren näher erläutert.
Fig. 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau der Messeinrichtung im Phasenver­ gleichsverfahren.
Fig. 2 zeigt die Kräfte bzw. Momente, die im Radlager wirken.
Fig. 3 zeigt stark vergrößert die daraus resultierenden Verschiebungen im Wälzlager.
Fig. 4 zeigt die Ultraschallmesseinrichtung in einem Wälzlager mit Energie- und Datenaustausch per Telemetrie.
Fig. 5 zeigt die Ultraschallmesseinrichtung in einem Radlager mit Energie- und Datenaustausch über Kabel.
Fig. 6 zeigt verschiedene Anordnungen um radiale Verschiebungen im Lager zu messen. Einzelnen Anordnungen: 6a, 6b, 6c, 6d.
Fig. 7 zeigt die Funktionsweise bei Einsatz der Ultraschallmesseinrichtung an den Aussparungen bzw. Erhebungen in der Bezugsfläche.
Fig. 8 zeigt eine Kombination von Dichtscheibe und Lochblech.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Fig. 1 zeigt anhand von mehreren Bildern das grundsätzliche Messprinzip. Ein Ultraschallsender 21 strahlt akustische Wellen im Frequenzbereich < 100 Kilo­ hertz aus, die an der Oberfläche 31 reflektiert werden und vom Empfänger 22 aufgenommen werden. In der unbelasteten Stellung des Lagers ergibt sich für einen Abstand x0 zwischen Außenring und Innenring eine Phasenlage ϕ0 zwi­ schen dem Referenzsignal 23 und dem empfangenen Signal 24. Das Referenz­ signal 23 ist ein Signal der Steuerung, das identisch mit dem gesendeten Signal ist. Eine Belastung des Lagers mit äußeren Kräften bewirkt, dass sich der drehende Ring gegenüber dem feststehenden Ring um Δx verschiebt und damit auch die Phasenlage des empfangenen Signals 24. Das empfangene Signal 24 hat jetzt eine Phasenlage ϕ1 gegenüber dem Referenzsignal 23. So­ mit ist Δϕ die daraus resultierende Phasenverschiebung
Δϕ = ϕ1 - ϕ0
proportional zur Verschiebung des Lagers und folglich proportional zu den von außen wirkenden Kräften.
Fig. 2 zeigt die Kräfte F1, F2, F3, die auf den Reifen 9 wirken. Über die Felge 8 den Radlagerflansch 6 werden diese Kräfte auf die Innenringe 1 übertragen. Diese Kräfte bzw. Momente verursachen nun im Radlager Verschiebungen und Verkippungen zwischen dem feststehenden Außenring 2 und dem rotierenden Innenring 1. Aus Kenntnis der Federkennlinie des Radlagers, des Radlagerflan­ sches 6, der Felge 8 und des Reifens 9 sowie deren geometrischen Verhält­ nisse, werden dann diese Verschiebungen in wirkende Kräfte zurückgerechnet.
In Fig. 3 wird die Verkippung zwischen dem Innenring 1 und dem Außenring 2 gezeigt. Hierbei ist +/-Δx die gemessene Verschiebung im Lager. Auf beiden Seiten des Lagers sind hierbei Ultraschallmesseinheiten 21, 22, 31 angeordnet.
Fig. 4 zeigt den Dichtungsbereich eines Wälzlagers. Zwischen dem festste­ henden Außenring 2 und dem rotierenden Innenring 1 sind die Ultraschall­ messeinheiten zwischen den Dichtungen 10, 11 angeordnet. Der Ultraschall­ sender 21 strahlt die Schallwellen in Richtung rechteckiger Bezugsfläche 30 aus. An der Oberfläche 31 dieser Bezugsfläche wird das Signal reflektiert und kommt zum Ultraschallempfänger 22. Die gemessenen Signale werden über flexible Leiterbahnen 25 zur zentralen Recheneinheit 41 übertragen. Diese Re­ cheneinheit sendet dann das Protokoll, das die zu übertragenden Lagerinfor­ mationen enthält, an die telemetrische Sende- und Empfangseinheit 40. In die­ sem Beispiel erfolgt die Energieversorgung der zentralen Recheneinheit 41 per Telemetrie über den Sender 40. Auf der rechteckigen Bezugsfläche 30 ist in radialer Orientierung der Ring mit Aussparungen 35 gezeigt, über den zusätz­ lich zu den Verschiebungen noch die Drehzahl, die Drehrichtung und die Tem­ peratur der Lagerluft bestimmt wird.
Fig. 5 zeigt die Anordnung der Ultraschallmesseinheit zwischen zwei Kugel­ reihen in einem Radlager. Der Außenring 2 steht und die Innenringe 1, die auf dem Radlagerflansch 6 befestigt sind, rotieren. Die Ultraschallmesseinheiten sind zwischen den beiden Dichtungen 12 angeordnet. Der Ultraschallsender 21 strahlt die Schallwellen in Richtung der rechteckigen Bezugsfläche 30. An der Oberfläche 31 dieser Bezugsfläche wird das Signal reflektiert und kommt zum Ultraschallempfänger 22. Die gemessenen Signale werden über flexible Leiter­ bahnen 25 zur externen Datenauswertung geleitet. Die Energieversorgung der Einheiten erfolgt über Kabel von außerhalb der Einheit. Auf der Bezugsfläche 30 ist in radialer Orientierung der Ring mit Aussparungen 35 gezeigt, über den zusätzlich zu den Verschiebungen noch die Drehzahl, die Drehrichtung und die Temperatur der Messstrecke bestimmt wird.
Fig. 6 zeigt die Winkelpositionen der einzelnen Ultraschallmesseinheiten in einem Lager bei radialer Anordnung in einer Messebene. Der Innenring 1 rotiert und der Außenring 2 steht. Die Pfeile 50 zeigen die Kraftrichtungen bzw. Ver­ schiebungen, die von den Ultraschallmesseinheiten direkt gemessen werden können. In Fig. 6a wird eine Ultraschallmesseinheit (21, 22, 31) so angeord­ net, dass die Verschiebung in einer Richtung gemessen werden kann. Durch die zusätzliche Anordnung der Ultraschallmesseinheiten (21, 22, 31, 21a, 22a) gemäß Fig. 6b um 90° versetzt, können alle Verschiebungen in einer Ebene bestimmt werden. In Fig. 6c wird die Differenzmessung in einer Richtung ge­ zeigt. Die Ultraschallmesseinheiten (21, 22, 31, 21b, 22b) sind hierbei um 180° versetzt angeordnet. Durch die Differenzbildung beider Messsignale werden die Messgenauigkeiten reduziert. In Fig. 6d ist diese Differenzbildung für zwei Messrichtungen beschrieben. Alle Verschiebungen in dieser Ebene werden da­ durch genauer gemessen.
In Fig. 7 zeigt eine Ultraschalleinheit mit dem Signalverlauf an den Ausspa­ rungen und Erhebungen 35 der Bezugsfläche. Das Referenzsignal 23 wird mit dem empfangenen Signal 24 verglichen. Beim Übergang von der Erhebung in die Aussparung wird aufgrund der bekannten längeren Laufstrecke für eine Zeit ΔtA kein Signal empfangen. Beim Übergang von der Aussparung auf die Erhe­ bung wird für den Zeitraum ΔtB ein überlagertes Signal empfangen. Aufgrund der temperaturabhängigen Ausbreitungsgeschwindigkeit der Ultraschallwellen in Luft werden so bekannte Laufstreckenunterschiede zur Temperaturbestim­ mung der Messstrecke herangezogen. Somit stehen ΔtA und ΔtB nach oben ge­ nannter Formel im bekannten Zusammenhang zur Temperatur der Luft im La­ ger.
Fig. 8 zeigt den Dichtungsbereich eines Wälzlagers. Der Ultraschallsender 21 und Ultraschallempfänger 22 ist am stehenden Außenring 2 angebracht. Die Bezugsoberfläche des Ultraschallsignals liegt im Schenkel 14 der Dichtung 13. Gleichzeitig sind die Aussparungen zur Drehzahlerkennung in diesem Bereich integriert.
Bezugszeichenliste
1
Innenring hier: rotierend
2
Außenring hier: feststehend
3
Wälzkörper
4
Käfig
6
Radlagerflansch
8
Felge
9
Reifen
10
Dichtung incl. Dichtlippen
11
Äußere Dichtung incl. Dichtlippen
12
Innenliegende Dichtung incl. Dichtlippen
13
Dichtung mit integrierten Aussparungen
14
Schenkel der Dichtung
13
21
Ultraschallsender
21
a, b, c Verschieden angeordnete Ultraschallsender
22
Ultraschallempfänger
22
a, b, c Verschieden angeordnete Ultraschallempfänger
23
Referenzsignal oder gesendetes Signal
24
Empfangenes Ultraschallsignal
25
Flexible Leiterbahnen
30
rechteckige Bezugsfläche
31
Oberfläche
35
Ring mit Aussparungen
35
A Übergang von Erhebung zur Aussparung
35
B Übergang von der Aussparung zur Erhebung
40
Telemetrie Sende- und Empfangseinheit
41
Zentrale Recheneinheit mit Sender und Empfänger
50
Verschiebungen zwischen den Ringen
Mathematische Kurzzeichen
t Zeit
x0
Abstand
x1
Abstand in den Aussparungen
Δx radiale Verschiebung
ϕ0
Standard Winkellage
Δϕ Aktuelle Winkellage
ϕ1
verschobene Winkellage
xh
Abstand zwischen Erhebung und Aussparung
ΔtA
Zeitverschiebung am Beginn der Aussparung
ΔtB
Zeitverschiebung am Ende der Aussparung
F1
, F2
, F3
, Verschiedene Kraftrichtungen am Reifen

Claims (3)

1. Einrichtung zum Messen von kleinen Verschiebungen zwischen dem ste­ henden und dem drehenden Ring von Lagern, bestehend aus einem am stehenden Laufring oder Gehäuse angebrachten Messwertgeber und einer am drehenden Laufring oder Welle angeordneten Bezugsfläche, da­ durch gekennzeichnet, dass
die Bezugsfläche (31) durch einen zusätzlichen trapezförmigen oder rechteckigen Ring (30), der am drehenden Laufring oder Welle ange­ ordnet ist, gebildet wird
die Messeinheit - bestehend aus mindestens einer stehenden Ultra­ schallsender- (21) und Ultraschallempfangseinheit (22) und einer da­ zwischen auf dem drehenden Laufring angeordneten, die Ultraschall­ wellen reflektierenden, Bezugsfläche (31) - die Abstandsveränderung über die Phasendifferenz bzw. resonance mode locking oder die Lauf­ zeit zwischen dem empfangenen Signal (24) und dem Referenzsignal (23), das dem gesendeten Signal gleichwertig ist, bestimmt,
die Messeinheit beidseitig durch Dichteinrichtungen (10, 11, 12) vor Verschmutzungen von außerhalb des Lagers und/oder vor Verschmut­ zungen durch Schmierstoff aus dem Lager geschützt ist, damit die Ab­ standsmessung nicht beeinflusst wird.
2. Einrichtung zum Messen von Lagerdaten gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Messung der radialen Verschiebungen (50) in einer Ebene mehrere Messeinheiten, bezogen auf die Rotationsachse des Lagers in verschiedenen Winkellagen (21, 21a, 21b, 21c, 22, 22a, 22b, 22c, 31) angebracht sind.
3. Einrichtung zum Messen von Lagerdaten gemäß Anspruch 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, dass die Bezugsfläche (35) in Umfangsrichtung mit definierten Erhebungen und Aussparungen ausgebildet ist, so dass über die Laufzeitdifferenz (ΔtA, ΔtB) des Ultraschallsignals zwischen dem Übergang von der Erhebung zur Aussparung (und umgekehrt) ein direkter Rückschluss auf die Temperatur der Messstrecke und damit der Luft im Lager möglich ist.
DE19919006A 1999-04-27 1999-04-27 Einrichtung zum Messen von Lagerdaten Expired - Fee Related DE19919006C2 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19919006A DE19919006C2 (de) 1999-04-27 1999-04-27 Einrichtung zum Messen von Lagerdaten
US09/562,981 US20020157470A1 (en) 1999-04-27 2000-04-27 Device for measuring bearing data

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19919006A DE19919006C2 (de) 1999-04-27 1999-04-27 Einrichtung zum Messen von Lagerdaten

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE19919006A1 DE19919006A1 (de) 2000-11-16
DE19919006C2 true DE19919006C2 (de) 2003-08-14

Family

ID=7905956

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19919006A Expired - Fee Related DE19919006C2 (de) 1999-04-27 1999-04-27 Einrichtung zum Messen von Lagerdaten

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20020157470A1 (de)
DE (1) DE19919006C2 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016220101A1 (de) * 2016-10-14 2018-04-19 Zf Friedrichshafen Ag Akustische Brücke
DE102017120757A1 (de) 2017-06-30 2019-01-03 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Verfahren und Anordnung zum Bestimmen einer Belastung eines Wälzlagers
DE102020110726A1 (de) 2020-04-20 2021-10-21 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Sensoranordnung und Verfahren zum Bestimmen einer Belastung eines Wälzlagers

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10141252C1 (de) * 2001-08-23 2003-04-17 Knorr Bremse Systeme Einrichtung zur Ermittlung von auf die Radaufhängung eines Rades eines Fahrzeuges einwirkenden Kräften und/oder Momenten
DE10307882A1 (de) * 2003-02-25 2004-09-02 Ina-Schaeffler Kg Linearwälzlager
WO2005022104A1 (ja) * 2003-08-29 2005-03-10 Jtekt Corporation センサ付きハブユニット
JP2007522500A (ja) 2004-02-03 2007-08-09 ドラッグ タグ ピーティーワイ リミテッド 自動車模擬運転用装置
AU2005210514B2 (en) * 2004-02-03 2009-01-08 Drag Tag Pty Ltd Vehicle steering sensing apparatus
US7270016B2 (en) 2004-12-24 2007-09-18 Jtekt Corporation Sensor-equipped rolling bearing unit
US20080144985A1 (en) * 2006-12-15 2008-06-19 The Timken Company Wheel End With Monitoring Capabilities
EP1988376B1 (de) * 2007-05-01 2017-06-07 JTEKT Corporation Rollenlagervorrichtung mit Sensor
WO2010034756A1 (en) * 2008-09-24 2010-04-01 Abb Research Ltd A device and a method for measuring a physical property of a magnetic bearing
WO2013057276A1 (en) * 2011-10-21 2013-04-25 Aktiebolaget Skf Method and device for determining a load zone in a roller bearing
CN104380072A (zh) * 2012-04-24 2015-02-25 Skf公司 轴承组件的声发射测量
JP2014070656A (ja) * 2012-09-28 2014-04-21 Jtekt Corp 鉄道車両用軸受装置
US10143983B2 (en) 2013-06-07 2018-12-04 Android Industries Llc Paste based lubricating system
US9821615B2 (en) 2013-06-07 2017-11-21 Android Industries Llc System and method for applying a lubricating paste to a wheel
US10823850B2 (en) 2016-12-01 2020-11-03 Illinois Tool Works Inc. Measuring device
JP6704887B2 (ja) * 2017-10-17 2020-06-03 株式会社神戸製鋼所 軸受状態検出装置
ES2793651T3 (es) 2017-11-08 2020-11-16 Schaeffler Monitoring Services Gmbh Procedimiento y dispositivo para supervisar un juego de cojinete de cojinetes de rodamiento
DE102017220565A1 (de) * 2017-11-17 2019-05-23 Minebea Mitsumi Inc. Wälzlager mit Dichtung und Winkelmesseinrichtung
US10866257B2 (en) * 2017-11-21 2020-12-15 Aktiebolaget Skf Wheel hub bearing provided with a device for measuring the rotational speed
DE102018131195A1 (de) * 2018-12-06 2020-06-10 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Radlagereinheit eines Fahrzeugs, insbesondere eines landwirtschaftlichen Fahrzeugs
US10975908B1 (en) 2019-10-29 2021-04-13 Schaeffler Monitoring Services Gmbh Method and device for monitoring a bearing clearance of roller bearings
DE102020103421A1 (de) * 2020-02-11 2021-08-12 Liebherr-Components Biberach Gmbh Wälzlager mit Überwachungsvorrichtung
AT524189B1 (de) * 2020-08-31 2022-06-15 Miba Gleitlager Austria Gmbh Lagerelement
WO2023193232A1 (en) * 2022-04-08 2023-10-12 Flender Gmbh Bearing cover with integrated sensor technology as well as gearbox, method of acuiring datas and use of the bearing cover

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3634421A1 (de) * 1986-10-09 1988-04-14 Martin Foehse Einrichtung zur stetigen ueberwachung einer relativen verlagerung von stator und rotor einer elektrischen maschine
EP0413119A2 (de) * 1989-08-17 1991-02-20 Fried. Krupp AG Hoesch-Krupp Mittenfreies Grosswälzlager
EP0530093B1 (de) * 1991-08-26 1995-06-14 Snr Roulements Lineare Messwertgeber für kleine Verschiebungen in magnetischen Kreisen und mit solchen Gebern ausgestattete Kugellager
EP0856733A1 (de) * 1997-01-24 1998-08-05 SKF Industrial Trading & Development Company, B.V. Einzelne Reihe von Lagerringen mit Überwachungsvorrichtung

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3634421A1 (de) * 1986-10-09 1988-04-14 Martin Foehse Einrichtung zur stetigen ueberwachung einer relativen verlagerung von stator und rotor einer elektrischen maschine
EP0413119A2 (de) * 1989-08-17 1991-02-20 Fried. Krupp AG Hoesch-Krupp Mittenfreies Grosswälzlager
EP0530093B1 (de) * 1991-08-26 1995-06-14 Snr Roulements Lineare Messwertgeber für kleine Verschiebungen in magnetischen Kreisen und mit solchen Gebern ausgestattete Kugellager
EP0856733A1 (de) * 1997-01-24 1998-08-05 SKF Industrial Trading & Development Company, B.V. Einzelne Reihe von Lagerringen mit Überwachungsvorrichtung

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016220101A1 (de) * 2016-10-14 2018-04-19 Zf Friedrichshafen Ag Akustische Brücke
DE102017120757A1 (de) 2017-06-30 2019-01-03 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Verfahren und Anordnung zum Bestimmen einer Belastung eines Wälzlagers
DE102020110726A1 (de) 2020-04-20 2021-10-21 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Sensoranordnung und Verfahren zum Bestimmen einer Belastung eines Wälzlagers

Also Published As

Publication number Publication date
DE19919006A1 (de) 2000-11-16
US20020157470A1 (en) 2002-10-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE19919006C2 (de) Einrichtung zum Messen von Lagerdaten
EP1575816B1 (de) Messeinrichtung zum messen der rundheit eines eisenbahnrades
DE60019467T2 (de) Verfahren zur Messung von Axialkraft in einer Lageranordnung
EP1528356A2 (de) Vorrichtung zur Überwachung von Grosswälzlagern
JP3488200B2 (ja) 走行型路面形状測定装置
EP1982142B1 (de) Winkelmessgerat
DE4023538A1 (de) Kollisionswarneinrichtung
DE112015005624T5 (de) Lastbestimmungssystem für ein Wälzlager
EP3612794B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur fahrwerksvermessung
EP0668988A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum gewinnen von profil- und gleisdaten
DE102013016282A1 (de) Verfahren zur Bestimmung einer Eigenbewegung eines Fahrzeugs
DE10314295B4 (de) Verfahren zur Bestimmung von Lagerschlupf in einem Messwälzlager mit SAW- oder BAW-Sensoren
DE19919007B4 (de) Einrichtung zum Messen von Lagerdaten
EP1883565B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur erfassung von radformen von schienenrädern
EP0569613B1 (de) Anordnung zur berührungsfreien Erfassung der Drehzahl oder Position eines drehbaren Geberteils
DE10100299A1 (de) Messanordnung in einem Wälzlager zur Detektierung physikalischer Größen
DE3231137A1 (de) Messmolch
EP1225451B1 (de) Messanordnung im Radlager eines Kraftfahrzeugs zur Detektierung von Kräften und Momenten
JP2006177933A (ja) センサ装置およびセンサ付き転がり軸受装置
JP2009041704A (ja) 転がり軸受装置
DE19753583C2 (de) Vorrichtung zur Drehzahlmessung an Wälzlagern
JP2009019880A (ja) 転がり軸受ユニットの状態量測定装置
DE102019128020A1 (de) Verfahren zum Schätzen einer Eigengeschwindigkeit eines Fahrzeugs
DE102017216520A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung einer Position eines Fahrzeuges zu einer Station
JP2008203130A (ja) センサ付車輪用軸受

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: FAG KUGELFISCHER GEORG SCHAEFER AG, 97421 SCHWEINFURT

8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: FAG KUGELFISCHER AG & CO. KG, 97421 SCHWEINFURT, D

8304 Grant after examination procedure
8364 No opposition during term of opposition
8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: FAG KUGELFISCHER AG, 97421 SCHWEINFURT, DE

8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: FAG KUGELFISCHER AG & CO. OHG, 97421 SCHWEINFURT,

8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: SCHAEFFLER KG, 91074 HERZOGENAURACH, DE

8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES GMBH & CO. KG, 91074 H, DE

R081 Change of applicant/patentee

Owner name: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG & CO. KG, DE

Free format text: FORMER OWNER: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES GMBH & CO. KG, 91074 HERZOGENAURACH, DE

Effective date: 20120828

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee

Effective date: 20131101