EP3356692A2 - Sensorsatz für lager und lageranordnung - Google Patents

Sensorsatz für lager und lageranordnung

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Publication number
EP3356692A2
EP3356692A2 EP16795223.3A EP16795223A EP3356692A2 EP 3356692 A2 EP3356692 A2 EP 3356692A2 EP 16795223 A EP16795223 A EP 16795223A EP 3356692 A2 EP3356692 A2 EP 3356692A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
modules
sensor set
bearing
acceleration
module
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.)
Withdrawn
Application number
EP16795223.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Kram
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
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 Schaeffler Technologies AG and Co KG filed Critical Schaeffler Technologies AG and Co KG
Publication of EP3356692A2 publication Critical patent/EP3356692A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • 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
    • F16C19/527—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with devices affected by abnormal or undesired conditions related to vibration and noise
    • 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
    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/58—Raceways; Race rings
    • F16C33/583—Details of specific parts of races
    • F16C33/585—Details of specific parts of races of raceways, e.g. ribs to guide the rollers
    • 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
    • F16C2233/00—Monitoring condition, e.g. temperature, load, vibration

Definitions

  • the present invention initially relates to a sensor set in the form of a modular system, on the basis of which mechanical bearings can be expanded to form sensor bearings.
  • the invention further relates to a bearing arrangement in the form of a sensor bearing.
  • DE 101 36 438 A1 teaches a sensor arrangement in a roller bearing, in which a plurality of sensor elements are integrated in bearing shells of the rolling bearing.
  • the sensor elements can be connected via a digital bus.
  • DE 102 36 790 C1 shows an electrical switching device with a plurality of poles, in which each pole has at least one connection contact.
  • DE 100 64 420 B4 discloses a device for decentralized detection and evaluation of physical events, in which measuring elements can be programmed via an internal bus system.
  • DE 100 54 069 A1 shows a building control system with a basic system and with a logic system.
  • the base system comprises at least one active module, while the logic system comprises at least one logic module.
  • DE 10 2009 021 469 A1 shows a sensor bearing unit comprising a roller bearing with a sensor housing arranged on a bearing ring with an integrated sensor device for detecting bearing operating states.
  • the sensor housing is designed as an adapter ring.
  • the adapter ring is dimensioned such that the radial or axial dimensions of the sensor bearing unit are at most equal to those of a ball bearing with the same load capacity.
  • DE 10 2012 202 522 A1 describes a sensor bearing with a rolling bearing.
  • the rolling bearing comprises an inner ring, an outer ring and arranged therebetween rolling elements.
  • the sensor bearing further includes at least one sensor for measuring the forces acting on the rolling elements and a Kirunikationssein- device, which allows data exchange between the sensor and a signal receiver.
  • sensor bearings are developed, which are optimized for individual or few aspects.
  • sensor bearings are known, which are extremely slim, while other sensor bearings have a special protection against electromagnetic interference.
  • the known solutions usually follow the developmental approach of a singular task.
  • Condition monitoring sensor units are known from the prior art which, in addition to a measuring element, also comprise signal processing, a signal interface, a voltage supply and further components and are therefore not small in construction.
  • the object of the present invention is to be able to make condition monitoring of mechanical bearings more flexible and less complicated.
  • the stated object is achieved by a sensor set according to the appended claim 1 and by a bearing arrangement according to the attached subordinate claim 10.
  • the sensor set according to the invention is intended for mechanical bearings and comprises a plurality of modules with which at least one mechanical bearing can be expanded to form a sensor bearing.
  • the sensor bearing is the mechanical bearing which is supplemented by a sensor system including the components necessary for the operation of the sensor system. so that at least one physical Lische size is measurable during operation of the mechanical bearing on the mechanical bearing.
  • several modules must be selected from the sensor set and assigned to the mechanical bearing.
  • the sensor set according to the invention represents a modular system.
  • the mechanical bearing is preferably a roller bearing.
  • the modules of the sensor set according to the invention comprise a plurality of functional modules for measuring bearing state variables and / or for triggering and / or activating predetermined events under predetermined conditions.
  • the various functional modules each have an electrical interface with regard to which they are compatible. Thus, the various functional modules are interchangeable with respect to their electrical interface.
  • At least one of the functional modules is formed by an acceleration measuring module, which serves for measuring an acceleration occurring at a vibrating component of the bearing.
  • Mechanical bearings cause undesired periodic mechanical vibrations, which occur in particular in the form of vibrations. These vibrations cause the location and / or the shape of at least one component of the bearing to change periodically.
  • the acceleration measuring module is designed to measure the acceleration occurring during this periodic change of the location or the shape in order to obtain a measure of the undesired oscillation of the component of the bearing. Accordingly, the acceleration measurement module is designed to output an acceleration measurement signal.
  • the acceleration measurement signal is formed by raw sensor data since the acceleration measurement module is not suitable for carrying out a complete signal evaluation.
  • the modules of the sensor set according to the invention furthermore comprise a plurality of infrastructure modules for realizing communication tasks and / or for storing and / or processing given and / or acquired data.
  • the various infrastructure modules each have an electrical interface through which they are interoperable with at least several of the functional modules so that the various infrastructure modules help to ensure the function of the respective functional module.
  • At least one of the infrastructure modules is formed by a signal evaluation unit for evaluation of the acceleration measurement signal.
  • the signal evaluation unit is in a functional relationship with the acceleration measurement module.
  • the acceleration measurement module provides the acceleration measurement signal in the form of raw sensor data
  • the signal evaluation unit is used to evaluate the sensor raw data.
  • a particular advantage of the sensor set according to the invention is that it allows the flexible extension of a mechanical bearing, through which a
  • the at least one acceleration measurement module preferably comprises an acceleration sensor element which enables the immediate conversion of the variable representing the acceleration into an electrical variable. Therefore, the acceleration sensor element is preferably designed to convert the periodic change of the geometric shape and / or the location of the oscillating component of the bearing.
  • the acceleration sensor element is preferably formed by a plunger coil, by a microelectromechanical system (MEMS) or by a nanoelectromechanical system (NEMS).
  • MEMS microelectromechanical system
  • NEMS nanoelectromechanical system
  • the acceleration sensor element is preferably provided for a fixed attachment to a component of the bearing.
  • This attachment is preferably inelastic.
  • the at least one acceleration measurement module preferably further comprises an A / D converter for converting an electrical output signal of the acceleration sensor element into the acceleration measurement signal, so that this is present in digital form.
  • This A / D conversion does not represent an evaluation of the acceleration measurement signal.
  • the at least one acceleration measurement module preferably also has a characteristic value generator, which serves to determine characteristic values of the output signal of the acceleration sensor element. The characteristic values form at least part of the acceleration measurement signal. The formation of the characteristic values does not constitute an evaluation of the acceleration measurement signal. Rather, the unit comprising the A / D converter and the characteristic value generator can be regarded as an intelligent A / D converter.
  • the signal evaluation unit is preferably configured to execute algorithms for evaluating the acceleration measurement signal.
  • the signal evaluation unit preferably comprises a computing unit.
  • the signal evaluation unit is also designed for evaluating signals of further of the various functional modules. It is thus a common signal evaluation unit.
  • the signal evaluation unit is preferably designed for linking the acceleration measurement signal with the output signal of at least one of the further functional modules.
  • the further functional module is formed, for example, by a temperature measuring module or by a lubricant quality measuring module, so that, for example, conclusions about the causes of strong vibrations can be drawn from the evaluation in the signal evaluation unit.
  • the acceleration measuring module and all other of the functional modules each have an electrical interface with respect to which they are compatible, so that all functional modules are interchangeable with respect to their electrical connection.
  • the acceleration measuring module and at least one other of the functional modules each have an outer shape with respect to which they are compatible. So that's it Acceleration measuring module and the at least one further of the functional modules within a bearing space provided for this purpose in the bearing interchangeable.
  • the acceleration measuring module and all other functional modules preferably have an outer shape with respect to which they are compatible.
  • the acceleration measuring module and at least one further of the functional modules have at least one fastening element with respect to which they are compatible.
  • the Beministerungsmessmodui and the at least one other of the functional modules jeweiis within a designated storage space in the camp can be fastened.
  • the at least one fastening element is formed for example by a pin or by a screw.
  • the acceleration measurement module and all other functional modules preferably have at least one fastening element with respect to which they are compatible.
  • the acceleration measuring module and at least one other of the functional modules are each interoperable with the signal evaluation unit, so that they can be operated jointly or can also be interchanged.
  • the acceleration measuring module and all other of the functional modules are preferably interoperable with the signal evaluation unit.
  • the modules of the sensor set according to the invention preferably further comprise a plurality of supply management modules for the supply of bearing components, wherein the bearing components to be supplied are formed by modules from the sensor set and / or by other components of the mechanical bearing. At least several of the supply management modules are preferably different.
  • the group of supply management modules preferably comprises at least one module for supplying sensor bearing components with electrical energy.
  • the at least one module for supplying electrical energy is preferably designed to supply the acceleration measuring module and / or the signal evaluation unit with electrical energy.
  • the at least one module for supplying electrical energy is preferably by a power supply module, by a Accumulator module, by a battery module, by a capacitor module, by a power management module ; by an energy harvesting module, by a generator module, by a signal and energy transfer module and / or by an energy interface module for external devices.
  • the group of supply management modules preferably includes at least one supply management module for supplying sensor storage components with lubricant. These preferably include a grease depot or oil depot module and an additive module, from which lubricant can be supplied to the bearing if required.
  • the further functional modules for measuring bearing state variables are formed.
  • the further functional modules can be designed to control lubricant pumps or to display messages optically or acoustically.
  • the group of further functional modules also preferably includes a service module which triggers corresponding activities under predetermined conditions.
  • At least one further of the infrastructure modules is preferably designed for the electrical connection of the modules to a connection medium. This is preferably a cutting-edge module which adapts the electrical cutting parts to the respective environment, for example an interface with currents between 4 mA and 20 mA or Ethernet.
  • the infrastructure modules preferably contained in the sensor set furthermore include a radio module, an RFID module, an NFC module, a memory module, a cable module, an identification module and / or a service hour module.
  • the memory module for example, the measurement data acquired by the function modules can be stored.
  • the memory module can also serve for storing reference data.
  • connection medium is a bus system.
  • the connection medium may also be a wired bus system.
  • At least one of the infrastructure modules is preferably designed for wireless data exchange.
  • the modules are preferably provided for a rolling bearing, so that they are at least partially integrable in a rolling bearing space.
  • the modules can be provided for linear bearings or rotary bearings.
  • the bearing arrangement according to the invention comprises a bearing for supporting a machine element. Furthermore, the bearing arrangement according to the invention comprises at least two of the functional modules of the sensor set according to the invention. In this case, one of the at least two functional modules is formed by the acceleration measuring module.
  • the bearing arrangement according to the invention further comprises at least one of the infrastructure modules of the sensor set according to the invention.
  • the at least one infrastructure module comprises at least the signal evaluation unit. The electrical interface of the acceleration measurement module is electrically connected to the electrical interface of the signal evaluation unit, so that the acceleration measurement signal is routed to the signal evaluation unit.
  • the bearing assembly according to the invention also has those features that are specified in connection with the sensor set according to the invention and its preferred embodiments.
  • the acceleration sensor element is preferably fixedly attached to a component of the bearing, wherein it is preferably inelastic and rigidly connected to this component.
  • the bearing arrangement according to the invention is preferably formed by the acceleration measuring module and by the signal evaluation unit for condition monitoring of the bearing.
  • the modules of the bearing arrangement can be coupled with systems located outside the bearing.
  • a coupling can be ner modules to external power supply systems or external facilities for data processing and data evaluation done.
  • the sole FIGURE shows a schematic diagram of an acceleration measuring module 01 of a preferred embodiment of a sensor set according to the invention.
  • the acceleration measuring module 01 comprises an acceleration sensor element 02 and an A / D converter 03 for converting an output signal of the acceleration sensor element 02.
  • the acceleration sensor element 02 is used for measuring vibrations on a mechanical bearing (not shown).
  • the acceleration measuring module 01 has a voltage supply and communication connection 04 via which it is supplied and controlled with electrical voltage.
  • the voltage supply and communication connection 04 is compatible with corresponding connections of further modules (not shown) of the sensor set according to the invention, so that interchangeability is given in this regard.
  • the acceleration measuring module 01 has a mechanical connection 05, via which it can be installed in the mechanical bearing (not shown).
  • the mechanical connection 05 is compatible with corresponding connections of further modules (not shown) of the sensor set according to the invention, so that interchangeability is given in this respect.
  • the acceleration measuring module 01 further has a connection for outputting a Beschieun onlysmesssignals 06, which includes in particular signal characteristics.
  • the connection to the output of a Beschieuni- measurement signal 06 is compatible with corresponding connections of other modules (not shown) of the sensor set according to the invention, so that in this regard, an interchangeability is given.
  • the connection to the output of a Bescherung- measurement signal 06 is to be connected to a corresponding interface of a Signalauswer- te unit (not shown) of the sensor set according to the invention, so that the acceleration measurement signal in the signal evaluation unit (not shown) can be evaluated.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft zunächst einen Sensorsatz In Form eines Baukastens, auf dessen Basis mechanische Lager zu Sensorlagern ausgebaut werden können. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Lageranordnung in Form eines Sensoriagers. Der erfindungsgemäße Sensorsatz umfasst eine Vielzahl von : Modulen, Die Module umfassen eine Mehrzahl von Funktionsmodulen zum Messen von Lagerzustandsgrößen und/oder zum: Auslösen und/oder Aktivieren vorgegebener Ereignisse unter vorgegebenen Bedingungen, Die Funktionsmodule weisen jeweils eine elektrische Schnittstelle auf, hinsichtlich derer sie kompatibel sind. Mindestens eines der Funktionsmodule ist durch ein Beschleunigungsmessmodul (01) zum Messen einer an einer schwingenden Komponente des Lagers auftretenden Beschleunigung gebildet. Das Beschleunigungsmessmodul (01) ist zur Ausgabe eines Beschleunigungsmesssignals ausgebildet. Die Module umfassen weiterhin eine Mehrzahl von Infrastrukturmodulen zur Realisierung von Kommunikationsaufgaben und/oder zur Speicherung und/oder Verarbeitung vorgegebener und/oder erfasster Daten. Die Infrastrukturmodule weisen jeweils eine elektrische Schnittstelle auf, über welche sie mit zumindest mehreren der Funktionsmodule interoperabel sind. Mindestens eines der Infrastrukturmodule ist durch eine Signalauswerteeinheit zur Auswertung des Beschleunigungsmesssignals gebildet.

Description

Sensorsatz für Lager und Laqeranordnunq
Die vorliegende Erfindung betrifft zunächst einen Sensorsatz in Form eines Baukas- tens, auf dessen Basis mechanische Lager zu Sensorlagern ausgebaut werden kön- nen. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Lageranordnung In Form eines Sensorlagers.
Die DE 101 36 438 A1 lehrt eine Sensoranordnung In einem Wälzlager, bei welcher mehrere Sensorelemente in Lagerschalen des Wälzlagers integriert sind. Die Sensor- elemente können über einen Digitalbus angeschlossen sein.
Aus der DE 10 2009 037 424 A1 ist eine Lageranordnung mit einem Schmiermittel- sensor bekannt, welcher Informationen über den Zustand des Schmiermitteis an eine zentrale Empfangsstation sendet. Die DE 102 36 790 C1 zeigt ein elektrisches Schaltgerät mit mehreren Polen, bei wel- chem jeder Pol zumindest einen Anschlusskontakt aufweist.
Aus der DE 100 64 420 B4 ist eine Vorrichtung zur dezentralen Erfassung und Aus- wertung von physikalischen Ereignissen bekannt, bei welcher Messelemente über ein internes Bussystem programmierbar sind.
Die DE 100 54 069 A1 zeigt eine Gebäudesteuerung mit einem Basissystem und mit einem Logiksystem. Das Basissystem umfasst mindestens ein Aktivmodul, während das Logiksystem mindestens ein Logikmodui umfasst.
Die DE 10 2009 021 469 A1 zeigt eine Sensoriagereinheit umfassend ein Wälzlager mit einem an einem Lagerring angeordneten Sensorgehäuse mit einer integrierten Sensoreinrichtung zum Erfassen von Lagerbetriebszuständen. Das Sensorgehäuse ist als an Adapterring ausgebildet. Der Adapterring ist so bemessen, dass die radialen bzw. axialen Abmessungen der Sensorlagereinheit höchstens gleich denjenigen eines Kugellagers mit gleicher Tragleistung sind. Die DE 10 2012 202 522 A1 beschreibt ein Sensorlager mit einem Wälzlager. Das Wälzlager umfasst einen Innenring, einen Außenring und dazwischen angeordnete Wälzkörper. Das Sensorlager beinhaltet weiterhin mindestens einen Messaufnehmer zur Messung der auf die Wälzkörper wirkenden Kräfte sowie eine Kommunikationsein- richtung, welche einen Datenaustausch zwischen dem Messaufnehmer und einem Signalempfänger erlaubt.
Die derzeit bekannten Sensorlager orientieren sich zumeist an einer engen Aufgaben- stellung. In der Regel soll eine bestimmte Funktionalität in einem bestimmten
Bauraum untergebracht werden. Daher werden Sensorlager entwickelt, die jeweils auf einzelne oder wenige Aspekte hin optimiert sind. So sind beispielsweise Sensoriager bekannt, welche extrem schlank sind, während andere Sensorlager einen besonderen Schutz gegen elektromagnetische Beeinflussung besitzen. Die bekannten Lösungen folgen in der Regel dem Entwicklungsansatz einer singulären Aufgabenstellung.
Aus dem Stand der Technik sind Condition-Monitoring-Sensoreinheiten bekannt, wel- che neben einem Messelement auch eine Signalaufbereitung, eine Signalschnittstelle, eine Spannungsversorgung und weitere Komponenten umfassen und daher nicht klein bauend sind.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ausgehend vom Stand der Technik darin, ein Condition Monitoring von mechanischen Lagern flexibler und weniger auf- wändig vornehmen zu können. Die genannte Aufgabe wird gelöst durch einen Sensorsatz gemäß dem beigefügten Anspruch 1 sowie durch eine Lageranordnung gemäß dem beigefügten nebengeord- neten Anspruch 10.
Der erfindungsgemäße Sensorsatz ist für mechanische Lager vorgesehen und um- fasst eine Vielzahl an Modulen, mit denen mindestens ein mechanisches Lager zu ei- nem Sensorlager ausgebaut werden kann. Bei dem Sensorlager handelt es sich um das mechanische Lager, welches um eine Sensorik einschließlich der für den Betrieb der Sensorik notwendigen Komponenten ergänzt ist. sodass mindestens eine physika- lische Größe während des Betriebes des mechanischen Lagers am mechanischen Lager messbar ist. Zur Erweiterung des mechanischen Lagers zum Sensoriager sind aus dem Sensorsatz mehrere Module auszuwählen und am mechanischen Lager an- zuordnen. Insoweit stellt der erfindungsgemäße Sensorsatz einen Baukasten dar. Bei dem mechanischen Lager handelt es sich bevorzugt um ein Wälzlager.
Die Module des erfindungsgemäßen Sensorsatzes umfassen eine Mehrzahl von Funktionsmodulen zum Messen von Lagerzustandsgrößen und/oder zum Auslösen und/oder Aktivieren vorgegebener Ereignisse unter vorgegebenen Bedingungen. Die verschiedenen Funktionsmodule weisen jeweils eine elektrische Schnittstelle auf, hin- sichtlich derer sie kompatibel sind. Somit sind die verschiedenen Funktionsmodule bezüglich ihrer elektrischen Schnittstelle gegeneinander austauschbar. Mindestens eines der Funktionsmoduie ist durch ein Beschleunigungsmessmodul gebildet, wel- ches zum Messen einer an einer schwingenden Komponente des Lagers auftretenden Beschleunigung dient. An mechanischen Lagern kommt es zu unerwünschten periodi- schen mechanischen Schwingungen, welche insbesondere in Form von Vibrationen auftreten. Diese Schwingungen führend dazu, dass sich der Ort und/oder die Form zumindest einer Komponente des Lagers periodisch verändert. Das Beschleuni- gungsmessmodul ist dazu ausgebildet, die bei dieser periodischen Veränderung des Ortes bzw. der Form auftretende Beschleunigung zu messen, um ein Maß für die un- erwünschte Schwingung der Komponente des Lagers zu erhalten. Entsprechend ist das Beschleunigungsmessmodul dazu ausgebildet, ein Beschleunigungsmesssignal auszugeben. Das Beschleunigungsmesssignal ist durch Sensorrohdaten gebildet, da das Beschleunigungsmessmodul nicht dazu geeignet ist, eine vollständige Signalaus- wertung vorzunehmen.
Die Module des erfindungsgemäßen Sensorsatzes umfassen weiterhin eine Mehrzahl von Infrastrukturmodulen zur Realisierung von Kommunikationsaufgaben und/oder zur Speicherung und/oder Verarbeitung vorgegebener und/oder erfasster Daten. Die ver- schiedenen Infrastrukturmodule weisen jeweils eine elektrische Schnittstelle auf, über welche sie mit zumindest mehreren der Funktionsmodule interoperabel sind, sodass die verschiedenen Infrastrukturmodule dazu beitragen, die Funktion der jeweiligen Funktionsmoduie zu gewährleisten. Mindestens eines der Infrastrukturmodule ist durch eine Signalauswerteeinheit zur Auswertung des Beschleunigungsmesssignals gebildet. Somit steht die Signalauswerteeinheit mit dem Beschleunigungsmessmodul in einem funktionellen Zusammenhang. Während das Beschleunigungsmessmodul das Beschleunigungsmesssignal in Form von Sensorrohdaten zur Verfügung stellt, dient die Signalauswerteeinheit zur Auswertung der Sensorrohdaten. Diese beiden Funktionen werden somit nicht durch ein einziges Modul, sondern durch zwei Module, d. h. in zwei verschiedenen baulichen Einheiten realisiert. Die elektrische Schnittsteile der Signalauswerteeinheit ist zumindest mit der elektrischen Schnittstelle des Be- schleunigungsmessmoduls interoperabel.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Sensorsatzes besteht darin, dass er die flexible Erweiterung eines mechanischen Lagers erlaubt, durch welche ein
Condition Monitoring des Lagers ermöglicht ist. Das mindestens eine Beschleunig ungsmessmodul umfasst bevorzugt ein Beschleuni- gungssensorelement, welches die unmittelbare Umwandlung der die Beschleunigung repräsentierenden Größe in eine elektrische Größe ermöglicht. Daher ist das Be- schleunigungssensorelement bevorzugt zur Wandlung der periodischen Änderung der geometrischen Form und/oder des Ortes der schwingenden Komponente des Lagers ausgebildet.
Das Beschleunigungssensorelement ist bevorzugt durch eine Tauchspule, durch ein mikroelektromechanisches System (MEMS) oder durch ein nanoelektromechanisches System (NEMS) gebildet.
Das Beschleunigungssensorelement ist bevorzugt für eine feste Anbringung an einer Komponente des Lagers vorgesehen. Diese Anbringung ist bevorzugt unelastisch.
Das mindestens eine Beschleunigungsmessmodul umfasst bevorzugt weiterhin einen A/D-Wandler zur Wandlung eines elektrischen Ausgangssignals des Beschleuni- gungssensoreiementes in das Beschleunigungsmesssignal, sodass dieses in digitaler Form vorliegt. Diese A/D-Wandlung stellt keine Auswertung des Beschleunigungs- messsignals dar. Das mindestens eine Beschleunigungsmessmodul weist bevorzugt weiterhin einen Kennwertbildner auf, welcher zur Bestimmung von Kennwerten des Ausgangssignals des Beschleunigungssensorelementes dient. Die Kennwerte bilden zumindest einen Teil des Beschleunigungsmesssignals. Die Bildung der Kennwerte stellt keine Aus- wertung des Beschleunigungsmesssignals dar. Vielmehr kann die Einheit umfassend den A/D-Wandler und den Kennwertbildner als intelligenter A/D-Wandler aufgefasst werden. Die Signalauswerteeinheit ist bevorzugt zur Ausführung von Algorithmen zur Auswer- tung des Beschleunigungsmesssignals ausgebildet Hierfür umfasst die Signalauswer- teeinheit bevorzugt eine Recheneinheit.
Bei besonders bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Sensorsat- zes ist die Signalauswerteeinheit auch zur Auswertung von Signalen weiterer der ver- schiedenen Funktionsmodule ausgebildet. Es handelt sich somit um eine gemeinsame Signalauswerteeinheit. Dabei ist die Signalauswerteeinheit bevorzugt für eine Ver- knüpfung des Beschleunigungsmesssignals mit dem Ausgangssignal mindestens ei- nes der weiteren Funktionsmodule ausgebildet. Das weitere Funktionsmodul ist bei- spielsweise durch ein Temperaturmessmodul oder durch ein Schmiermittelqualitäts- messmodul gebildet, sodass durch die Auswertung in der Signalauswerteeinheit bei- spielsweise Rückschlüsse auf die Ursachen von starken Vibrationen gezogen werden können. Bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Sensorsatzes weisen das Beschleunigungsmessmodul und alle weiteren der Funktionsmodule jeweils eine elektrische Schnittstelle auf, hinsichtlich derer sie kompatibel sind, sodass alle Funkti- onsmodule hinsichtlich ihrer elektrischen Anbindung gegeneinander austauschbar sind.
Bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Sensorsatzes weisen das Beschleunigungsmessmodul und mindestens ein weiteres der Funktionsmodule jeweils eine äußere Form auf, hinsichtlich derer sie kompatibel sind. Somit sind das Beschleunigungsmessmodui und das mindestens eine weitere der Funktionsmodule innerhalb eines dafür vorgesehenen Lagerbau raumes im Lager gegeneinander aus- tauschbar. Bevorzugt weisen das Beschleunigungsmessmodul und alle weiteren der Funktionsmodule jeweiis eine äußere Form auf, hinsichtlich derer sie kompatibel sind.
Bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Sensorsatzes weisen das Beschleunigungsmessmodul und mindestens ein weiteres der Funktionsmodule jeweiis mindestens ein Befestigungselement auf, hinsichtlich dessen sie kompatibel sind. Somit sind das Beschleunigungsmessmodui und das mindestens eine weitere der Funktionsmodule jeweiis innerhalb eines dafür vorgesehenen Lagerbauraumes im Lager befestigbar. Das mindestens eine Befestigungselement ist beispielsweise durch einen Stift oder durch eine Schraube gebildet. Bevorzugt weisen das Beschleuni- gungsmessmodui und alle weiteren der Funktionsmodule jeweiis mindestens ein Be- festigungselement auf, hinsichtlich dessen sie kompatibel sind.
Bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Sensorsatzes sind das Beschleunigungsmessmodui und mindestens ein weiteres der Funktionsmodule je- weils mit der Signalauswerteeinheit interoperabel, sodass sie gemeinsam betreibbar oder auch gegeneinander austauschbar sind. Bevorzugt sind das Beschleunigungs- messmodul und alle weiteren der Funktionsmodule jeweils mit der Signalauswerteein- heit interoperabel.
Die Module des erfindungsgemäßen Sensorsatzes umfassen bevorzugt weiterhin eine Mehrzahl von Versorgungsmanagementmodulen zur Versorgung von Lagerkompo- nenten, wobei die zu versorgenden Lagerkomponenten durch Module aus dem Sen- sorsatz und/oder durch andere Komponenten des mechanischen Lagers gebildet sind. Zumindest mehrere der Versorgungsmanagementmodule sind bevorzugt verschieden. Die Gruppe der Versorgungsmanagementmodule umfasst bevorzugt mindestens ein Modul zur Versorgung von Sensorlagerkomponenten mit elektrischer Energie. Das mindestens eine Modul zur Versorgung mit elektrischer Energie ist bevorzugt zur Ver- sorgung des Beschleunigungsmessmoduls und/oder der Signalauswerteeinheit mit elektrischer Energie ausgebildet. Das mindestens eine Modul zur Versorgung mit elektrischer Energie ist bevorzugt durch ein Spannungsversorgungsmodul, durch ein Akkumulatormodul, durch ein Batteriemodul, durch ein Kondensatormodul, durch ein Energiemanagementmodul ; durch ein Energy-Harvesting-Modul, durch ein Genera- tormodul, durch ein Signal- und Energiedurchleitmodul und/oder durch ein Energie- schnittstellenmodul für externe Geräte gebildet.
Die Gruppe der Versorgungsmanagementmodule umfasst vorzugsweise mindestens ein Versorgungsmanagementmodul zum Versorgen von Sensorlagerkomponenten mit Schmierstoff. Hierzu gehören bevorzugt ein Fettdepot- oder Öldepotmodul sowie ein Additivmodul, aus welchen dem Lager bei Bedarf Schmierstoff zugeführt werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind die weiteren Funktionsmodule zum Messen von Lagerzustandsgrößen, wie Drehzahl, Temperatur, Kraft, Drehwinkel und/oder Schmierstoffqualität gebildet. Des Weiteren können die weiteren Funktions- module zum Ansteuern von Schmierstoffpumpen oder zum optischen oder akusti- schen Anzeigen von Meldungen ausgebildet sein. Zur Gruppe der weiteren Funkti- onsmodule gehört bevorzugt auch ein Servicemodul, welches unter vorgegebenen Bedingungen entsprechende Aktivitäten auslöst. Mindestens ein weiteres der Infrastrukturmodule ist bevorzugt zur elektrischen Anbin- dung der Module an ein Verbindungsmedium ausgebildet. Dabei handelt es sich be- vorzugt um ein Schnittsteilenmodul, welches die elektrische Schnittsteile an die jewei- lige Umgebung anpasst, zum Beispiel eine Schnittstelle mit Strömen zwischen 4 mA und 20 mA oder Ethernet. Zu den im Sensorsatz vorzugsweise enthaltenen Infrastruk- turmodulen zählen weiterhin ein Funkmodul, ein RFID-Modul, ein NFC-Modui, ein Speichermodul, ein Kabelmodul, ein Identifikationsmodul und/oder ein Betriebsstun- denmodul. Im Speichermodul können beispielsweise die von den Funktionsmodulen erfassten Messdaten gespeichert werden. Außerdem kann das Speichermodul auch zum Speichern von Referenzdaten dienen.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Verbindungsmedium ein Bussystem. Das Verbindungsmedium kann auch ein drahtgebundenes Bussystem sein. Mindestens eines der Infrastrukturmodule ist bevorzugt zum drahtlosen Datenaus- tausch ausgebildet.
Die Module sind bevorzugt für ein Wälzlager vorgesehen, sodass sie zumindest teil- weise in einen Wälzlagerbauraum integrierbar sind. Grundsätzlich können die Module für Linearlager oder für rotative Lager vorgesehen sein.
Die erfindungsgemäße Lageranordnung umfasst ein Lager zum Lagern eines Maschi- nenelementes. Weiterhin umfasst die erfindungsgemäße Lageranordnung mindestens zwei der Funktionsmodule des erfindungsgemäßen Sensorsatzes. Dabei ist eines der mindestens zwei Funktionsmodule durch das Beschleunigungsmessmodul gebildet. Die erfindungsgemäße Lageranordnung umfasst weiterhin mindestens eines der Inf- rastrukturmodule des erfindungsgemäßen Sensorsatzes. Das mindestens eine Infra- strukturmodul umfasst zumindest die Signalauswerteeinheit. Die elektrische Schnitt- stelle des Beschleunigungsmessmoduls ist elektrisch mit der elektrischen Schnittstelle der Signalauswerteeinheit verbunden, sodass das Beschleunigungsmesssignal zur Signalauswerteeinheit geführt ist.
Bevorzugt weist die erfindungsgemäße Lageranordnung auch diejenigen Merkmale auf, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Sensorsatz und dessen be- vorzugten Ausführungsformen angegeben sind.
Das Beschleunigungssensorelement ist bevorzugt fest an einer Komponente des La- gers angebracht, wobei es bevorzugt unelastisch und starr mit dieser Komponente verbunden ist.
Die erfindungsgemäße Lageranordnung ist durch das Beschleunigungsmessmodul und durch die Signalauswerteeinheit bevorzugt für ein Condition Monitoring des La- gers ausgebildet.
Die Module der Lageranordnung können im Bedarfsfall mit außerhalb des Lagers be- findlichen Systemen gekoppelt werden. Beispielsweise kann eine Ankopplung einzel- ner Module an externe Energieversorgungssysteme bzw. externe Einrichtungen zur Datenverarbeitung- und Datenauswertung erfolgen.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
Die einzige Figur zeigt eine Prinzipdarstellung eines Beschleunigungsmessmoduls 01 einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorsatzes. Das Beschleunigungsmessmodul 01 umfasst ein Beschleunigungssensorelement 02 und einen A/D-Wandler 03 zur Wandlung eines Ausgangssignals des Beschleunigungs- sensorelementes 02. Das Beschleunigungssensoreiement 02 dient zur Messung von Vibrationen an einem mechanischen Lager (nicht gezeigt). Das Beschleunigungs- messmodul 01 verfügt über eine Spannungsversorgungs- und Kommunikationsanbin- dung 04, über weiche es mit elektrischer Spannung versorgt und gesteuert wird. Die Spannungsversorgungs- und Kommunikationsanbindung 04 ist kompatibel zu ent- sprechenden Anbindungen weiterer Module (nicht gezeigt) des erfindungsgemäßen Sensorsatzes, sodass diesbezüglich eine Austauschbarkeit gegeben ist. Das Be- schleunigungsmessmodul 01 verfügt über eine mechanische Anbindung 05, über wel- che es in das mechanische Lager (nicht gezeigt) einbaubar ist. Die mechanische An- bindung 05 ist kompatibel zu entsprechenden Anbindungen weiterer Module (nicht gezeigt) des erfindungsgemäßen Sensorsatzes, sodass diesbezüglich eine Aus- tauschbarkeit gegeben ist. Das Beschleunigungsmessmodul 01 verfügt weiterhin über eine Anbindung zur Ausgabe eines Beschieunigungsmesssignals 06, weiches insbe- sondere Signalkennwerte umfasst. Die Anbindung zur Ausgabe eines Beschieuni- gungsmesssignals 06 ist kompatibel zu entsprechenden Anbindungen weiterer Modu- le (nicht gezeigt) des erfindungsgemäßen Sensorsatzes, sodass auch diesbezüglich eine Austauschbarkeit gegeben ist. Die Anbindung zur Ausgabe eines Beschieuni- gungsmesssignals 06 ist mit einer entsprechenden Schnittstelle einer Signalauswer- teeinheit (nicht gezeigt) des erfindungsgemäßen Sensorsatzes zu verbinden, sodass das Beschleunigungsmesssignal in der Signalauswerteeinheit (nicht gezeigt) ausge- wertet werden kann. Bezuqszeichenliste
01 Beschleunigungsmessmodul
02 Beschleunigungssensorelement
03 A/D-Wandler
04 Spannungsversorgungs- und Kommunikationsanbindung
05 mechanische Anbindung
06 Anbindung zur Ausgabe eines Beschleunigungsmesssignals

Claims

Patentansprüche
1. Sensorsatz für Lager, umfassend eine Vielzahl von Modulen, wobei die Module umfassen:
- eine Mehrzahl von Funktionsmodulen zum Messen von Lagerzustandsgrö- ßen und/oder zum Auslösen und/oder Aktivieren vorgegebener Ereignisse unter vorgegebenen Bedingungen, wobei die Funktionsmodule jeweils eine elektrische Schnittstelle aufweisen, hinsichtlich derer sie kompatibel sind, und wobei mindestens eines der Funktionsmodule durch ein Beschleuni- gungsmessmodul (01) zum Messen einer an einer schwingenden Kompo- nente des Lagers auftretenden Beschleunigung gebildet ist, welches zur Ausgabe eines Beschleunigungsmesssignals ausgebildet ist; und
- eine Mehrzahl von Infrastrukturmodulen zur Realisierung von Kommunikati- onsaufgaben und/oder zur Speicherung und/oder Verarbeitung vorgegebe- ner und/oder erfasster Daten, wobei die Infrastrukturmodule jeweils eine elektrische Schnittstelle aufweisen, über weiche sie mit zumindest mehreren der Funktionsmodule interoperabel sind, und wobei mindestens eines der Infrastrukturmodule durch eine Signalauswerteeinheit zur Auswertung des Beschieunigungsmesssignals gebildet ist.
2. Sensorsatz nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Beschleuni- gungsmessmodul (01) ein Beschleunigungssensorelement (02) umfasst.
3. Sensorsatz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Beschleuni- gungsmessmodul (01) weiterhin einen A/D-Wandler (03) zur Wandlung eines Ausgangssignals des Beschleunigungssensorelementes (02) in das Beschleuni- gungsmesssignal umfasst.
4. Sensorsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalauswerteeinheit zur Auswertung von Ausgangssignalen weiterer der Funktionsmodule ausgebildet ist.
5. Sensorsatz nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalaus- werteeinheit zur Verknüpfung des Beschleu nigungsmesssignals mit dem Aus- gangssignal mindestens eines der weiteren Funktionsmoduie ausgebildet ist.
6. Sensorsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschleunigungsmessmodul (01) und mindestens ein weiteres der Funkti- onsmodule jeweils eine äußere Form aufweisen, hinsichtlich derer sie kompatibel sind.
7. Sensorsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 6. dadurch gekennzeichnet, dass das Beschleunigungsmessmodul (01) und mindestens ein weiteres der Funkti- onsmoduie jeweils mit der Signalauswerteeinheit interoperabel sind.
8. Sensorsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Module weiterhin eine Mehrzahl von Versorgungsmanagementmodulen zur Versorgung von Lagerkomponenten umfassen, wobei mindestens eines der Ver- sorgungsmanagementmodule zum Versorgen des Beschieunigungsmessmoduls (01) und der Signalauswerteeinheit mit elektrischer Energie ausgebildet ist.
9. Sensorsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass weitere der Funktionsmodule zum Messen von Drehzahl, Temperatur, Kraft, Drehwinkei und/oder Schmierstoffqualität ausgebildet sind.
10. Lageranordnung, umfassend:
- ein Lager zum Lagern eines Maschinenelementes;
- mindestens zwei der Funktionsmoduie des Sensorsatzes nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei eines der mindestens zwei Funktionsmoduie durch das Beschleunigungsmessmodui (01) gebildet ist; und
- mindestens eines der Infrastrukturmodule des Sensorsatzes nach einem der Ansprüche 1 bis 9. wobei das mindestens eine Infrastrukturmodul zumindest die Signalauswerteeinheit umfasst, und wobei die elektrische Schnittstelle des Beschieunigungsmessmoduls (01) elektrisch mit der elektrischen Schnittstelle der Signalauswerteeinheit verbunden ist.
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