EP3356691A1 - Wälzlageranordnung mit einer dehnungssensoreinrichtung - Google Patents

Wälzlageranordnung mit einer dehnungssensoreinrichtung

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EP3356691A1
EP3356691A1 EP16781665.1A EP16781665A EP3356691A1 EP 3356691 A1 EP3356691 A1 EP 3356691A1 EP 16781665 A EP16781665 A EP 16781665A EP 3356691 A1 EP3356691 A1 EP 3356691A1
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EP
European Patent Office
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strain sensor
sensor device
outer ring
bearing
recess
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP16781665.1A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jens Heim
Jörg-Oliver Hestermann
Andreas Frühwald
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
Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG and Co KG filed Critical Schaeffler Technologies AG and Co KG
Publication of EP3356691A1 publication Critical patent/EP3356691A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
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    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a bearing arrangement, in particular a
  • a preferred field of application are threaded bearing bearings in feed spindles in machine tools.
  • DE 10 2009 021 469 A1 shows a sensor bearing unit comprising a roller bearing with a sensor housing, which is arranged on a bearing ring, of an integrated sensor inlet for detecting bearing contact conditions.
  • the sensor housing is designed as an adapter ring resting against a free peripheral surface or end face of a bearing ring.
  • the sensor device can have a sensor for force measurement, which is arranged on the inside of a leg of the adapter ring lying against an end face of the outer bearing ring.
  • DE 102 50 340 A1 describes a designed as a rolling bearing force measuring bearing with a bearing component made of steel.
  • the bearing component can be used as a bearing ring
  • Radial roller bearing or running disk of a AxiaiàSzIagers be formed.
  • a trained as a thick film strain gauge is in a common
  • the strain gauge can be arranged in a circumferential groove of the bearing ring or on an end face or outer circumferential surface of the running disk.
  • DE 42 18 949 A1 includes a rolling bearing with a force measuring device.
  • the force measuring device is designed as a force measuring foil and can be connected directly to one of the bearing rings directly or to the rolling bearing indirectly via an intermediate member.
  • DE 10 2006 021 707 A1 shows a bearing arrangement comprising a spindle mounted by means of a rolling bearing and a locking pin of the spindle annular surrounding piezoelectric sensor.
  • the sensor is used to measure axial loads acting on the rolling bearing.
  • Strain gage is that they are suitable for use in Gewindetnebtagern only conditionally, since they usually require a large amount of space and do not provide a sufficiently large passage for the screw, rings for force measurement, which require little space and fit from the diameter to threaded bearings are indeed on piezoelectric Basic known but not suitable for static measurements in this type.
  • the object of the present invention is therefore to provide a
  • the inventive Wäiziageranix comprises a rolling bearing with a
  • the strain sensor device has an annular base body. Essential to the invention is that the
  • Circumferential direction having a partially circular force element.
  • the Krafteinleituhgselseleht is connected via at least one stegförrnäges coupling element with the annular base body.
  • the strain sensor device has at its outer, facing away from the rolling bearing end face at least one recess for receiving a strain sensor, the recess extends in The circumferential direction at least over the power steering line element.
  • the coupling element has a smaller extent in the radial direction than the recess.
  • the annular body is fixed gestehest.
  • a significant advantage of the Wälziageran eleven invention is the fact that sets only in the region of the recess in which the measurement is carried out by means of strain sensor, a strong strain.
  • the force is selectively introduced into the region of the recess.
  • the rigidity of the overall system remains unchanged. This is particularly advantageous when the rolling bearing serves for the storage of feed screws, since with feed screws the rigidity of the entire system should not be negatively influenced by the force measurement.
  • the expansion increase occurring in the region of the recess allows an axial force measurement in the tensile and compressive direction of the bearing in a small space.
  • the strain sensor device can be reaiometer as a separate component which is attached to the end face of the outer ring. The attachment of the
  • Strain sensor device is preferably by means of mechanical
  • Strain sensor device in the form of a separate ring allows a
  • bearings and mounted strain sensor device can be supplied as needed as a unit.
  • the Dehnungssensoreinnchtung be formed as an integral edge region of the outer ring.
  • This design has the advantage that no separate component must be kept, which facilitates the assembly. In addition, no additional space is required in this case for the strain sensor device. On the outer ring, however, appropriate modifications must be made.
  • the strain sensor of the strain sensor device is preferably as
  • Diameter rejuvenation applied to sensory layers should not be limited to the mentioned embodiments of the strain sensor.
  • Strain sensor device two symmetrically arranged Kraftein Arthursefemente and accordingly two coupling elements and two recesses for receiving a respective strain sensor on.
  • the bearing assembly according to the invention comprises a rolling bearing with an outer ring and an inner ring, an integrated into the outer ring or on the outer ring strain sensor device for measuring acting on the rolling bearing
  • strain sensor means an annular
  • Strain sensor device has at its inner end face on at least one circumferentially extending part of a circular Kraftesn effetselement.
  • the force introduction element is connected via at least one victory-shaped coupling element with the annular base body.
  • the strain sensor device has at its outer, facing away from the bearing end face at least one recess for receiving a strain sensor. The recess extends in
  • the coupling element has a smaller extent in the radial direction than the recess.
  • the annular body is fixed Asked.
  • the bearing arrangement includes according to an advantageous embodiment, a Maschinengesiell for axial mounting of the spindle.
  • the strain sensor device is preferably on an end face of the outer ring and an end face of the
  • Fig. 1 is a sectional view of a bearing assembly according to the invention in a first embodiment
  • Fig. 2 is a Schniitansicht the erfgsungungsgerkor built bearing assembly in a
  • Fig. 3 shows two perspective views of a strain sensor device.
  • Fig. 1 shows a sectional view of a bearing assembly 01 according to the invention in a first embodiment.
  • the arrangement 01 according to the invention initially comprises a roller bearing 02 with an outer ring 03, an inner ring 04 and between the outer ring 03 and inner ring 04 arranged rolling elements 05.
  • the rolling bearing is designed in the embodiment shown as a double-row Axial-Sehrägkügellager. Other suitable rolling bearings are of course possible.
  • the roller bearing 02 is used to support a spindle 07.
  • the spindle 07 is preferably the Gewsndespindel a screw drive.
  • the mounting of the roller bearing 02 on the spindle 07 by means of a Welienmutter 08.
  • the bearing assembly 01 further includes a DehnungssensoreiFilegi 09, which is shown in detail in Fig. 3 Fig. 3a, in particular the embodiment of the outer end side of the Deh Vietnamesessehsor raised 09 are removed, which is remote from the roller bearing 02.
  • Fig. 3b shows in particular the rolling bearing 02 facing side of the strain sensor device 09.
  • the strain sensor device 09 is attached to the end face of the outer ring 03 by means of screws 06: It has an annular base body 10, which has two symmetrically arranged force introduction elements 12 on its inner end face.
  • Kraftelterrorismtungsetti 12 extend in the circumferential direction part-circular. she are each a web-shaped coupling element 13 with the annular
  • Base body 10 connected. In the outer side, facing away from the roller bearing 02 side of the base 10, two ⁇ ushehmitch 14 are introduced.
  • the recesses 14 extend in the circumferential direction over the force-guiding elements 12, 12
  • Coupling elements 13 have a smaller extent in the radial direction than the recesses 14.
  • a strain sensor 15 is arranged (see Fig. 1, 2).
  • the strain sensor 15 may, for example, as
  • strain sensor device 09 For fixing the strain sensor device 09 on the outer ring 03 serve the screws 06, which extend through the outer ring 03 in the KrafteinSestungs institute 12.
  • the holes 16 are provided with a corresponding internal thread.
  • the strain sensor installation 09 is located between the outer ring 03 and a machine frame 17.
  • the machine frame 17 serves for the axial support of the spindle 07.
  • Via screws 18, the strain sensor device 09 is fixed to the front side of the machine frame 17.
  • corresponding bores 19 are made in the outer end face of the strain sensor device 09
  • the bearing assembly 01 is preferably equipped with an evaluation unit (not shown), which is connected to the strain sensor 15 and the from
  • Strain sensor 15 supplied data processed accordingly.
  • the force is introduced into the strain sensor device 09 via the force introduction elements 12.
  • the web-shaped coupling elements 13 press on the regions in which there are internal recesses 14 and generate force-dependent expansions in the recesses 14. In the region of the force introduction elements 12 occurs when occurring in the axial direction acting forces to a
  • strain elevation which is used for the force measurement by means of strain sensor 15.
  • the strain sensor 15 is stretched as a function of the forces occurring and then delivers a MesssignaL In this way, the axiaie Lagerbeiastung be measured directly in Kraftfiuss, with a total of only a small space for the sensor is needed.
  • Fig. 2 shows a Thomasansichi the bearing assembly 01 according to the invention in a second embodiment, in contrast to the embodiment already described, the strain sensor device 09 is not designed here as a separate component, but integrally formed in the edge region of the outer ring 03.
  • FIG. 3 shows two perspective views of the expansion sensor device 09.
  • the force input element 12 consists of two partial circle sections, which lie axially symmetrically, whereby tilting of the bearing is avoided when axial forces are introduced.
  • a plurality of pitch sections may be provided or a single force input element 12 may extend over the entire circumference,

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wälzlageranordnung umfassend ein Wälzlager (02) mit einem Außenring (03) und einem Innenring (04) sowie einer in den Außenring (03) integrierten oder am Außenring (03) befestigten Dehnungssensoreinrichtung (09) zur Messung von auf das Wälzlager (02) wirkenden Axialbelastungen. Die Dehnungssensoreinrichtung (09) weist einen ringförmigen Grundkörper auf. Erfindungswesentlich ist, dass die Dehnungssensoreinrichtung (09) an ihrer inneren Stirnseite mindestens ein sich in Umfangsrichtung teilkreisförmig erstreckendes Krafteinleitungselement (12) aufweist. Das Krafteinleitungselement (12) ist über mindestens ein stegförmiges Koppelelement (13) mit dem ringförmigen Grundkörper (10) verbunden. Die Dehnungssensöreinrichtung (09) besitzt an ihrer äußeren, vom Wälzlager (02) abgewandten Stirnseite mindestens eine Ausnehmung (14) zur Aufnahme eines Dehnungssensors (15). Die Ausnehmung (14) erstreckt sich zumindest in Umfangsrichtung über das Krafteinleitungselement (12), wobei das Koppelelement (13) in radialer Richtung eine geringere Ausdehnung als die Ausnehmung (14) aufweist. Der ringförmige Grundkörper (10) ist gestellfest fixiert.

Description

WÄLZLAGERANORDNUNG MIT EINER DEHNUNGSSENSOREINRICHTUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lageranordnung, insbesondere eine
Wälzlageranordnung mit einer Dehnungssensoreinrichtung zur Messung von auf das Wälzlager wirkenden AxiaLbelastungen. Sie kann bei allen Arten von Axiallagern zur Erfassung auftretender Kräfte eingesetzt werden. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet sind Gewindetrieblager in Vorschubspindeln bei Werkzeugmaschinen. Die DE 10 2009 021 469 AI zeigt eine Sensorlagereinheii umfassend ein Wälzlager mit einem an einem Lagerring angeordneten Sensorgehäuse einer integrierten Sensoreinfichtung zum Erfassen von Lagerbeiriebszuständen. Das Sensorgehäuse ist als ein an einer freien Umfangsfläche bzw. Stirnfläche eines Lagerrings anliegender Adapterring ausgebildet. Die Sensoreinrichtung kann beispielsweise einen Sensor zur Kraftmessung aufweisen, welcher an der Innenseite eines an einer Stirnfläche des äußeren Lagerring anliegenden Schenkels des Adapterrings angeordnet ist.
Die DE 102 50 340 AI beschreibt ein als Wälzlager ausgebildetes Kraftmesslager mit einem Lagerbauteil aus Stahl. Das Lagerbauteil kann als Lagerring eines
Radialwälzlagers bzw. Laufscheibe eines AxiaiwäSzIagers ausgebildet sein. Ein als Dickfilm ausgebildeter Dehnungsmessstreifen wird in einem gemeinsamen
Ärbeitsgang oder in getrennten Arbeitsgängen mit der Vergütungsbehandlung des Stahls auf das Stahlbauteil aufgebrannt. Der Dehnungsmessstreifen kann in einer Umfangsnut des Lagerrings bzw. an einer Stirnseite oder äußeren Umfängsfläche der Laufscheibe angeordnet sein.
Die DE 42 18 949 A1 beinhaltet ein Wälzlager mit einer Kräftmesseinrichtung. Die Kraftmesseinrichtung ist als Kraftmessfolie ausgebildet und kann mit einem der Lagerringe direkt oder mit dem Wälzlager mittelbar über ein Zwischenglied verbunden sein.
Die DE 10 2006 021 707 AI zeigt eine Lageranordnung umfassend eine mittels Wälzlager gelagerte Spindel und einen einen Spindeizapfen der Spindel ringförmig umgebenden piezoelektrischen Sensor. Der Sensor dient zur Messung von auf das Wälzlager wirkenden Axialbelastungen.
Nachteilig an den verfügbaren Kraftmesssystemen auf Basis von
Dehnungsmessstreifen ist, dass sie zur Anwendung bei Gewindetnebtagern nur bedingt geeignet sind, da sie meist einen großen Bauraum benötigen und keinen ausreichend großen Durchgang für den Gewindetrieb bieten, Ringe zur Kraftmessung, welche wenig Bauraum erfordern und vom Durchmesser zu Gewindetrieblagern passen, sind zwar auf piezoelektrischer Basis bekannt aber in dieser Bauart für statische Messungen nicht geeignet.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine
Wäiziageranordnung mit einer Dehnungssensoreinrichtung zur Messung von auf das Wälzlager wirkenden AxialbeSastungen zur Verfügung zu stellen, wobei das Wälzlager insbesondere als Gewindetrieblager ausgebildet ist. Die Dehntingssensoreinrichtung sollte einen kompakten Aufbau aufweisen und wenig Bauraum erfordern. Weiterhin soll eine Anordnung umfassend eine derartige Wälzlageranordnung und eine mitteis Wälzlager gelagerte Spindel bereitgestellt werden, Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe dient eine Wälzlageranordnung gemäß Anspruch 1 sowie eine Lageranordnung gemäß Anspruch 7.
Die erfindungsgemäße Wäiziageranordnung umfasst ein Wälzlager mit einem
Außenring und einem Innenring sowie einer in den Außenring integrierten oder am Außenring befestigten Dehnungssensoreinrichtung zur Messung von auf das
Wälzlager wirkenden Axialbelastüngen. Die Dehnungssensoreinrichtung weist einen ringförmigen Grundkörper auf. Erfindungswesentlich ist, dass die
Dehnungssensoreinrichtung an ihrer inneren Stirnseite mindestens ein sich in
Umfangsrichtung teiikreisförmig erstreckendes KrafteinSeitungselement aufweist. Das Krafteinleituhgselemeht ist über mindestens ein stegförrnäges Koppelelement mit dem ringförmigen Grundkörper verbunden. Die Dehnungssensoreinrichtung besitzt an ihrer äußeren, vom Wälzlager abgewandten Stirnseite mindestens eine Ausnehmung zur Aufnahme eines Dehnungssensors, Die Ausnehmung erstreckt sich in Umifängsrichtung zumindest über das Krafteirileitungsele!nent. Das Koppelelement weist in radiale Richtung eine geringere Ausdehnung als die Ausnehmung auf. Der ringförmige Grundkörper ist gestehest fixiert.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Wälziageranordnung ist darin zu sehen, dass sich lediglich im Bereich der Ausnehmung, in dem die Messung mittels Dehnungssensor erfolgt, eine starke Dehnung einstellt. Über KrafieinSeitungselement und Koppelelement wird die Kraft gezielt in den Bereich der Ausnehmung eingeleitet. Die Steif ig keif des Gesamtsystems bleibt jedoch erhalten. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn das Wälzlager zur Lagerung von Vorschubspindeln dient, da bei Vorschubspindeln die Steifigkeit des gesamten Systems durch die Kraftmessung nicht negativ beeinflüssi werden sollte. Die im Bereich der Ausnehmung auftretende Dehnungsuberhöhung ermöglicht auf kleinem Bauraum eine axiale Kraftmessyng in Zug- und Druckrichtung des Lagers .
Die Dehnungssensoreinrichtung kann als separates Bauteil reaiisiert sein, welches an der Stirnseite des Außenrings befestigt ist. Die Befestigung der
Dehnungssensoreinrichtung erfolgt vorzugweise mittels mechanischer
Befestigungsrnittei, wie beispielsweise Schrauben. Die Verwendung einer
Dehnungssensoreinrichtung in Form eines separaten Rings ermöglicht eine
aufwandsarme Montage der Dehnungssensoreinrichtung an verschiedenen Lagern sowie einen Austausch nicht mehr funktionsfähiger Sensoreinrichtungen, Wälzlager und angebaute Dehnungssensoreinrichtung können bei Bedarf als eine Baueinheit ausgeliefert werden.
Alternativ kann die Dehnungssensoreinnchtung auch als integraler Randbereich des Außenrings ausgebildet sein. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass kein separates Bauteil vorgehalten werden muss, wodurch sich die Montage erleichtert. Außerdem wird in diesem Fall für die Dehnungssensoreinrichtung kein zusätzlicher Bauraum benötigt. Am Außenring müssen jedoch entsprechende Modifikationen vorgenommen werden. Der Dehnungssensor der Dehnungssensoreinrichtung ist vorzugsweise als
Dehnungsmessstreifen ausgebildet. Er kann ebenso auch aus im Bereich der
Durchmesserverjüngung aufgebrachten sensorischen Schichten bestehen. Es soll jedoch keine Einschränkung auf die genannten Ausführungen des Dehnungssensors erfolgen.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die
Dehnungssensoreinrichtung zwei symmetrisch angeordnete Krafteinleitungsefemente und dementsprechend zwei Koppelelemente und zwei Äusnehmungen zur Aufnahme jeweils eines Dehnungssensors auf.
Die erfindungsgemäße Lageranordnung umfasst ein Wälzlager mit einem Außenring und einem Innenring, eine in den Außenring integrierte oder am Außenring befestigte Dehnungssensoreinrichtung zur Messung von auf das Wälzlager wirkenden
Äxiaibelastungen, wobei die Dehnungssensoreinrichtung einen ringförmigen
Grundkörper aufweisi sowie eine mittels Wälzlager gelagerte Spindel. Die
Dehnungssensoreinrichtung weist an ihrer inneren Stirnseite mindestens ein sich in Umfangsrächtung teilkreisförmig erstreckendes Kraftesnleitungselement auf. Das Krafteinleitungselement ist über mindestens ein siegförmiges Koppelelement mit dem ringförmigen Grundkörper verbunden. Die Dehnungssensoreinrichtung besitzt an ihrer äußeren, vom Wälzlager abgewandten Stirnseite mindestens eine Äusnehmung zur Aufnahme eines Dehnungssensors. Die Ausnehmung erstreckt sich in
Umfangsrichtung zumindest über das Krafieinleitungselement. Das Koppelelement weist in radiale Richtung eine geringere Ausdehnung als die Ausnehmung auf. Der ringförmige Grundkörper ist gestelltest fixiert.
Die Lageranordnung beinhaltet gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ein Maschinengesiell zur axialen Lagerung der Spindel. Die Dehnungssensoreinrichtung ist bevorzugt an einer Stirnseite des Außenrings und einer Stirnseite des
Mäschinengestells befestigt. Zur Befestigung der Dehnungssensoreinnchtung dienen zweckmäßigerweise mechanische Befestigungsraittel, wie beispielsweise Schrauben. Weiterhin hat es sich als günstig erwiesen, die Lageranordnung mit einer
Auswerteeinheit auszustatten, welche mit dem Dehnungssensor verbunden ist und die vom Dehnungssensor gelieferten Daten verarbeitet. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sowie deren Vorteile und Einzelheiten werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Lageranordnung in einer ersten Ausführungsform; Fig. 2 eine Schniitansicht der erfsndungsgerhäßen Lageranordnung in einer
zweiten Ausführungsform;
Fig. 3 zwei Perspektive Ansichten einer Dehnungssensoreinrichtung.
Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Lageranordnung 01 in einer ersten Ausführungsform. Die erfindungsgemäße Anordnung 01 umfasst zunächst ein Wälzlager 02 mit einem Außenring 03, einem Innenring 04 und zwischen Außenring 03 und Innenring 04 angeordnete Wälzkörper 05. Das Wälzlager ist in der gezeigten Ausführung als zweireihiges Axial-Sehrägkügellager ausgeführt. Andere geeignete Wälzlager sind natürlich möglich. Das Wälzlager 02 dient zur Lagerung einer Spindel 07. Die Spindel 07 ist vorzugweise die Gewsndespindel eines Gewindetriebs. Die Befestigung des Wälzlagers 02 auf der Spindel 07 erfolgt mittels einer Welienmutter 08.
Die Lageranordnung 01 beinhaltet weiterhin eine DehnungssensoreiFirichtung 09, die im Detail in Fig. 3 dargestellt ist Fig. 3a kann insbesondere die Ausgestaltung der äußeren Stirnseite der Dehnungssehsoreinrichtung 09 entnommen werden, welche vom Wälzlager 02 abgewandt ist. Fig. 3b zeigt insbesondere die dem Wälzlager 02 zugewandte Seite der Dehnungssensoreinrichtung 09. Die Dehnungssensoreinrichtung 09 ist an der Stirnfläche des Außenrings 03 mittels Schrauben 06 befestigt: Sie besitzt einen ringförmigen Grundkörper 10, welcher an seiner inneren Stirnseite zwei symmetrisch angeordnete Krafteinleitungselemente 12 aufweist. Die
Kraftelnieitungselemente 12 erstrecken sich in Umfangsrichtung teilkreisförmig. Sie sind über jeweils ein stegförmiges Koppelelement 13 mit dem ringförmigen
Grundkörper 10 verbunden. In die äußere, vom Wälzlager 02 abgewandte Seite des Grundkörpers 10 sind zwei Äushehmungen 14 eingebracht. Die Ausnehmungen 14 erstrecken sieh in Umfangsrichtung über die Kräftetnleitungselemente 12, Die
Koppelelemente 13 besitzen in radialer Richtung eine geringere Ausdehnung als die Ausnehmungen 14. In den Ausnehmungen 14 ist jeweils ein Dehnungssensor 15 angeordnet (siehe Fig. 1 , 2). Der Dehnungssensor 15 kann beispielsweise als
Dehnungsrnessstreifen oder in Form sensorischer Schichten, welche im Bereich der Äusnehmungen 14 aufgebracht sind, realisiert sein,
Zur Befestigung der Dehnungssensoreinrichtung 09 am Außenring 03 dienen die Schrauben 06, welche sich durch den Außenring 03 in die KrafteinSestungselemente 12 erstrecken. Die Bohrungen 16 sind mit einem entsprechenden Innengewinde versehen. Die Dehnungssensoreinrtchiung 09 befindet sich zwischen Außenring 03 und einem Maschinengestell 17. Das Maschinengestell 17 dient zur axialen Lagerung der Spindel 07. Über Schrauben 18 ist die Dehnungssensoreinrichtung 09 an der Stirnseite des Maschinengestells 17 fixiert. Zum Durchführung der Schrauben 18 sind entsprechende Bohrungen 19 in die äußere Stirnseite der Dehnungssensoreinrichtung 09 eingebracht
Die Lageranordnung 01 ist vorzugsweise mit einer Auswerteeinheit (nicht dargestellt) ausgestattet, welche mit dem Dehnungssensor 15 verbunden ist und die vom
Dehnungssensor 15 gelieferten Daten entsprechend verarbeitet. Über die Krafteinleitungselemente 12 wird die Kraft in die Dehnungssensoreinrichtung 09 eingeleitet, Die stegförmigen Koppelelemente 13 drücken auf die Bereiche in denen sich eise Ausnehmungen 14 befinden und erzeugen in den Ausnehmungen 14 kraftabhängige Dehnungen. Im Bereich der Krafteinleitungselemente 12 kommt es beim Auftreten von in axialer Richtung wirkenden Kräften zu einer
Dehnungsüberhöhung, welche für die Kraftmessung mittels Dehnungssensor 15 genutzt wird. Der Dehnungssensor 15 wird in Abhängigkeit von den auftretenden Kräften gedehnt und iiefert daraufhin ein MesssignaL Auf diese Weise kann die axiaie Lagerbeiastung direkt im Kraftfiuss gemessen werden, wobei insgesamt nur ein kleiner Bauraum für den Sensor benötigt wird.
Fig. 2 zeigt eine Schnittansichi der erfindungsgemäßen Lageranordnung 01 in einer zweiten Ausführungsform, im Unterschied zu der bereits beschriebenen Ausführung ist die Dehnungssensoreinrichtung 09 hier nicht als separates Bauteil ausgeführt, sondern im Randbereich des Außenrings 03 integriert ausgebildet. Für die
Dehnungssensoreinrichiung 09 wird somit kein zusätzlicher Bauraiim benötigt. Fig. 3 zeigt zwei Perspektive Ansichten der Dehnungssensoreinrichtung 09. Gut erkennbar ist hier vor allem das stegförmige Koppelelement 13, weiches sich zwischen dem Krafteinieitungselement 12 und dem ringförmigen Grundkörper 10 erstreckt. Im dargesteilten Beispiel besteht das Krafteinieitungselement 12 aus zwei Teilkreisabschnitten, die sich achssymmetrisch gegenüberliegen, wodurch beim Einleiten axialer Kräfte ein Verkanten des Lagers vermeiden wird. In abgewandeäteh Ausführungen können mehrere Teilkreisabschnitte vorgesehen sein oder ein einziges Krafteinieitungselement 12 streckt sich ggf. über den gesamten Umfang,
Bezugszeichenliste
01 Anordnung
02 Wälzlager
03 Außenring
04 Innehring
05 Wälzkörper
06 Schraube
07 Spindel
08 Weilenmutter
09 Dehnungssensoreinrichtung
10 ringförmiger Grundkörper
1 1
12 Krafteinleitungselemente
13 Koppelelement
14 Ausnehmungen
15 Dehnungssensor
16 Bohrungen
17 Maschsrtengesteli
18 Schraube
19 Bohrungen

Claims

Patentansprüche
1. WäSzIageranordnung umfassend ein Wälzlager (02) mit einem Außenring (03) und einem Innennng (04) sowie einer in den Außenring (03) integrierten oder am Außenring {0.3) befestigten Dehnungssensoreinrichtung (09) zur Messung von auf das Wälzlager (02) wirkenden Axialbelastungen, wobei die
Dehnungssensoreinrichtung (09) einen ringförmigen Grundkörper (10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dehnungssensoreinrichtung (09) an ihrer inneren Stirnseite mindestens ein sich ln Umfangsrichtung teiSkreisformig erstreckendes Krafteinleitungselement (12) aufweist, wobei das
Krafteinleitungselement (12) über mindestens ein stegförmiges KoppeSelement (13) mit dem ringförmigen Grundkorper (10) verbunden ist; dass die
Dehnungssensöremnchtung (09) an ihrer äußeren, vom Wälzlager (02) abgewandten Stirnseite mindestens eine Ausriehmung (14) zur Aufnahme eines Dehnungssensors (15) aufweist, wobei sich die Ausnehmung (14) zumindest in Umfangsrichtung über das Krafteinleitungseiement {12} erstreckt, wobei das Koppeleiement (13) in radialer Richtung eine geringere Ausdehnung als die Ausnehmung (14) aufweist; und dass der ringförmige Grundkörper (10) gestehest fixiert ist.
2. Wälzlageranördnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Dehnungssensoreinrichtung (09) als separates Bauteil ausgeführt ist, und dass sie an der Stirnseite des Außenrings (03) befestigt ist.
3. Wälzlageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dehnungssensoreinrichtung (09) im Randbereich des Außenrings (03) integriert ausgebildet ist.
4. Wälzlageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass der Dehnungssensor (15) ein Dehnungsmessstreifen ist.
5. Wälzlageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Dehnungssensor (15) aus im Bereich der
Ausnehmung (14) aufgebrachten sensörischen Schichten besieht
6. Wälziageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass die Dehnungssensoreinrichtung (09) zwei symmetrisch angeordnete Krafteinleitungselemente (12) und zwei Ausnehmungert (14) zur Aufnahme jeweils eines Dehnungssensors (15) umfasst.
7. Lageranordnung (01 ) umfassend
ein Wälzlager (02) mit einem Außenring (03) und einem Innenring (04), eine in den Außenring (03) integrierte oder am Außenring (03) befestigte Dehnungssensoreinrichtung (09) zur Messung von auf das Wälzlager (02) wirkenden Äxiaibelastungen, wobei die Dehnungssensoreihrächtuhg (09) einen ringförmigen Grundkörper (10) aufweist,
eine mittels Wälzlager (02) gelagerte Spindel (07),
dadurch gekennzeichnet, dass die Dehnungssensoreinrichtung (09) an ihrer inneren Stirnseite mindestens ein sich in Umfangsrichtung teilkreisförmig erstreckendes Krafteinleitungseiement (12) aufweist, wobei das
Kräfteinleitungselernöni (12) über mindestens ein stegförmiges Koppelelemeni (13) mit dem ringförmigen Grundkörper (10) verbunden ist, dass die
Dehnungssensoreinrichtung (09) an ihrer äußeren, vom Wääzlager (02) abgewandten Stirnseite mindestens eine Ausnehmung (14) zur Aufnahme eines Dehnungssensors (15) aufweist, wobei sich die Ausnehmung (14) in
Umfangsrichtung zumindest über das Krafteinleitungseiement (12) erstreckt, wobei das Koppelelement (13) in radialer Richtung eine geringere Ausdehnung als die Ausnehmung (14) aufweist, und dass der ringförmige Grundkörper (10) gestellfest fixiert ist.
8. Lageranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Maschinengesteil (17) zur axialen Lagerung der Spindel (07) aufweist,.
9. Lageranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die
Dehnyngssensoreinrichtung (09) an einer Stirnseite des Außenrings (03) und einer Stirnseite des Maschinengesielis (17) befestigt ist.
10, Lageranordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine mit dem Dehnungssensor (15) verbundene Auswerteesnheit zur
Verarbeitung der vom Dehnungssensor (15) gelieferten Daten umfasst.
EP16781665.1A 2015-10-01 2016-09-20 Wälzlageranordnung mit einer dehnungssensoreinrichtung Withdrawn EP3356691A1 (de)

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