ES2834909T3 - Cojinete con sensor de desgaste - Google Patents
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Abstract
Un cojinete (11) con un sensor (10) configurado para transmitir información inalámbricamente que comprende: al menos dos superficies de deslizamiento del cojinete (11a, 11b); una superficie de desgaste del cojinete (15) incluida en una primera de dichas superficies de deslizamiento del cojinete (11a, 11b) en el que dicha superficie de desgaste del cojinete (15) está ubicada entre dicha primera superficie de deslizamiento del cojinete (11a) y una segunda de dichas superficies de deslizamiento del cojinete (11b) y dicha segunda superficie de deslizamiento del cojinete (11b) entra en contacto con dicha superficie de desgaste del cojinete (15), incluyendo dicha superficie de desgaste del cojinete (15) un sensor de la superficie de desgaste en el que dicho sensor de la superficie de desgaste (13a) incluye uno o más cables de conexión (13) para transmitir una señal de datos desde dicho sensor de la superficie de desgaste (13a) indicativa del estado de desgaste de la superficie de desgaste del cojinete (15) caracterizado porque dichos uno o más cables de conexión (13) se extienden hacia afuera de dicha superficie de desgaste (15) y están conectados a un comunicador de frecuencia de radio (12) para transmitir una señal de datos desde dicho sensor (13a) indicativa del estado de desgaste de dicha superficie de desgaste del cojinete (15); en el que dicho comunicador de frecuencia de radio (12) y dicho sensor (13a) están fijados entre sí de manera tal que dichos cables de conexión (13) no se doblen hasta rotura.
Description
DESCRIPCIÓN
Cojinete con sensor de desgaste
Campo
La presente divulgación está dirigida a un sensor para un cojinete para monitorizar el desgaste del cojinete y, opcionalmente, otros parámetros seleccionados asociados con el uso y el rendimiento del cojinete. Más específicamente, un sensor ahora está contenido dentro de una superficie de desgaste del cojinete y está configurado para transmitir inalámbricamente información sobre el desgaste de la superficie y otros parámetros seleccionados. En particular, el sensor de desgaste tiene aplicaciones para cojinetes usados en la industria de la aviación, en el que la monitorización continua del desgaste de los cojinetes y otras características puede ser importante para el mantenimiento y las consideraciones de vida útil de los cojinetes.
Técnica anterior
El Mantenimiento Basado en Condición (CBM) es un impulso en desarrollo en aplicaciones para cojinetes de deslizamiento de alto rendimiento. Es en especial importante para aplicaciones críticas de vuelo aeroespacial tales como, pero sin limitarse a, los cojinetes de control del enlace de paso del rotor de los helicópteros. La tasa de desgaste de los cojinetes puede ser influenciada por el diseño del cojinete, la calidad, la aplicación y diversas condiciones de vuelo de rendimiento y ambientales. Por lo tanto, actualmente es relativamente difícil predecir con certeza razonable la condición de cualquier cojinete en particular únicamente en base a las horas de vuelo.
Actualmente también existe un aumento en el control de paso hidráulico, de vuelo por cable, de helicópteros, que esencialmente ha eliminado la realimentación háptica del rotor mecánico al piloto. Estos cambios han reducido la capacidad del piloto para juzgar cuándo puede existir un problema en desarrollo del cojinete de control de paso debido al desgaste del cojinete.
Por lo tanto, una configuración de un sensor de desgaste del cojinete activo es útil para permitir que el cojinete señale con mayor exactitud cuando son identificados ciertos puntos de referencia, tal como la reducción de las superficies de desgaste del cojinete a un umbral determinado u otros parámetros asociados con el rendimiento y uso del cojinete. Una solución de este tipo al problema de monitorización con precisión el rendimiento de los cojinetes, y específicamente en un entorno aeronáutico, probablemente también reduciría la tarea relativamente costosa y relativamente menos fiable de medir mecánicamente los cojinetes del rotor. Tales inspecciones de mediciones mecánicas típicamente dan como resultado un costo acumulado sustancial y un tiempo de inactividad para la aeronave durante la vida útil de la ubicación del cojinete dado.
Es conocido a partir del documento US 2015/0049970 A1, que desvela las características del preámbulo de la reivindicación 1, el uso de un cojinete esférico con un sensor capacitivo que está posicionado dentro o detrás de un revestimiento de desgaste para medir el desgaste de dicho revestimiento. El documento US 2002/0186134 A1 desvela un cojinete con un transpondedor fijado al cojinete, dicho transpondedor contiene datos exclusivos del cojinete individual que contiene dicho transpondedor.
Objeto de la invención
Un objeto de la invención es mejorar de manera adicional la funcionalidad y la fiabilidad de un cojinete con sensor de desgaste.
Sumario
Un cojinete con un sensor configurado para transmitir información inalámbricamente que comprende una superficie de desgaste del cojinete que incluye un sensor de la superficie de desgaste en el que el sensor de la superficie de desgaste incluye uno o más cables de conexión para la transmisión de una señal de datos desde el sensor de la superficie de desgaste que indica el estado de desgaste de la superficie de desgaste del cojinete. Uno o más cables de conexión se extienden fuera de la superficie de desgaste del cojinete y están conectados a un comunicador de frecuencia de radio para la transmisión de una señal de datos desde dicho sensor indicativa del estado de desgaste de dicha superficie de desgaste del cojinete. El comunicador de frecuencia de radio y el sensor están fijados entre sí de manera tal que los cables de conexión no se flexionen hasta fallar durante el uso del cojinete.
Breve descripción de los dibujos
La invención será descrita a modo de ejemplo y con referencia a los dibujos, en los que:
La FIG. 1 es un dibujo de una vista en sección de los componentes de un ejemplo del sensor de desgaste que incluye una ilustración de un lector remoto.
La FIG. 2A es una vista en perspectiva delantera del cojinete de la FIG. 1.
La FIG. 2B es una vista de la sección transversal del cojinete mostrado en la FIG. 2A.
La FIG. 3 es una ilustración de un circuito impreso para un cojinete liso.
La FIG. 4 es una ilustración de un circuito impreso con cuatro (4) circuitos en un lado de la película de respaldo del circuito impreso.
Las FIGS. 5A, 5B, 5C y 5D ilustran ejemplos de ubicación preferente del comunicador de frecuencia de radio.
La FIG. 6 ilustra otras configuraciones para la colocación del circuito del sensor de desgaste y el comunicador de frecuencia de radio.
Las FIGS. 7A y 7B ilustran un cojinete de longitud ajustable que incluye un sensor de desgaste.
La FIG. 8 ilustra que la configuración del sensor de desgaste de la presente memoria muestra una reducción en la tasa de desgaste a medida que el cojinete es desgastado a través del sensor.
Descripción detallada
La FIG. 1 muestra un ejemplo de los componentes de la configuración del sensor 10 de la presente invención. Preferentemente, el cojinete 11 es una estructura de cojinete de deslizamiento en la que una de las superficies de deslizamiento del cojinete 11a o 11b incluye una capa de la superficie de desgaste polimérica 15 que contiene al menos un circuito del sensor de desgaste 13a (FIG. 2). Como es ilustrado, el sensor de desgaste 13a incluye uno o más cables de conexión 13 para la transmisión de una señal de datos desde el sensor de desgaste que es indicativa del estado de desgaste de las superficies de deslizamiento del cojinete 11a o 11b. Por lo tanto, los cables de conexión 13 se extienden fuera de las superficies de desgaste del cojinete 15 y, como es mostrado (FIG. 2), están conectados al comunicador de frecuencia de radio 12 para la transmisión de una señal de datos desde el sensor de desgaste que es indicativa del estado de desgaste de la superficie de desgaste del cojinete 15. En 14 es mostrado un dispositivo de frecuencia de radio remoto.
Debe ser observado que el sensor de desgaste contenido dentro de la superficie de desgaste del cojinete y dicho comunicador de frecuencia de radio 12 están fijados entre sí, para asegurar que los cables de conexión 13 no se flexionen hasta fallar cuando el cojinete está en uso. Es decir, por medio de la fijación del sensor de desgaste en relación con el comunicador de frecuencia de radio 12, durante el uso del cojinete, los cables de conexión no sufren ninguna tensión significativa que, por lo tanto, puede conducir a una interrupción de la comunicación entre el sensor de desgaste y el comunicador de frecuencia de radio 12. En consecuencia, la referencia a la característica de que el sensor de desgaste y el comunicador de frecuencia de radio están fijos debe ser entendida en la presente memoria como aquella situación en la que los cables de conexión no se flexionan hasta el punto de falla durante la vida útil dada del cojinete y permanecen relativamente intactos al menos hasta ese punto durante el uso del cojinete por el cual el sensor de desgaste ha informado que la superficie de desgaste del cojinete 15 necesita ser reemplazada.
Cabe señalar que, preferentemente, el comunicador de frecuencia de radio 12 es una etiqueta de RFID en comunicación con el sensor de desgaste. La etiqueta de RFID 12 puede ser activa (con alimentación, capaz de transmitir con o sin recibir una señal desde un dispositivo de lectura remota) o pasiva (sin alimentación, depende de la recepción de una señal y energía desde un dispositivo de lectura remota). Si bien ocurren las excepciones debidas, las etiquetas activas son preferentes generalmente en aplicaciones que requieren mayor funcionalidad, mayor alcance de transmisión o una señal más fuerte. Las etiquetas pasivas generalmente son más adecuadas para fines de identificación y monitorización de corto alcance.
También es contemplado en la presente memoria que el circuito del sensor de desgaste 13a puede ser un circuito impreso que es preparado por medio de fabricación aditiva o un circuito fotograbado que es formado por medio de fabricación sustractiva.
La FIG. 2A ilustra una vista en perspectiva delantera del cojinete de la FIG. 1. La FIG. 2B es una vista de la sección transversal del cojinete mostrado en la FIG. 2A. A continuación, el cojinete 11 puede ser observado con la capa de la superficie de desgaste 15, que preferentemente es una superficie de desgaste polimérica (formada a partir de resina polimérica). En la vista ampliada, puede ser observado que la superficie de desgaste 15 contiene un sensor de la superficie de desgaste 13a que preferentemente está intercalado entre las capas de desgaste 15R y 15W. Por lo tanto, la capa 15W preferentemente es una superficie de desgaste primaria y la capa 15R entonces es una superficie de desgaste de reserva. Por consiguiente, puede ser apreciado que el sensor de la superficie de desgaste está contenido al menos parcialmente dentro de las superficies de desgaste y está posicionado debajo de la superficie de desgaste 15W y por encima de la superficie de desgaste 15R. Además, pueden ser vistos los cables de conexión que se extienden desde el sensor 13a que, como es mostrado en la FIG. 1, en última instancia están en comunicación con un comunicador de frecuencia de radio 12.
Por lo tanto, a continuación puede ser apreciado que el espesor de 15R y 15W puede ser modificado para cambiar la relación entre la vida útil normal y la vida útil de reserva, como sea deseado. La bola 11c, en contacto deslizante con 15W, desgasta gradualmente 15W. El sensor de desgaste 13a genera una señal cuando la bola se desgasta a través del sensor de desgaste 13a. Esta señal es procesada por los cables externos o preferentemente la porción de etiqueta de RFID y comunicada al dispositivo de lectura de frecuencia de radio remota 14, lo que puede ser logrado de acuerdo
con el protocolo de diseño de comunicaciones de etiqueta de RFID. El dispositivo de lectura de frecuencia de radio notifica al operador que el cojinete ha entrado en su capacidad de vida útil de reserva y debe ser programado un mantenimiento.
Por lo tanto, debe ser considerado que la capa 15W preferentemente puede tener un espesor de 0,002" a 0,020", incluidos todos los valores e incrementos en la misma en una variación de 0,001". Por ejemplo, la capa 15W preferentemente puede tener un espesor en el intervalo de 0,009" a 0,012". La capa 15R puede tener un espesor en el intervalo de 0,001" a 0,10", incluidos todos los valores e incrementos en una variación de 0,001". Por ejemplo, la capa 15R preferentemente puede tener un espesor en el intervalo de 0,002" a 0,006". El sensor de desgaste 13a preferentemente puede tener un espesor en el intervalo de 0,001" a 0,010", incluyendo todos los valores e incrementos en el mismo en una variación de 0,001". Por ejemplo, el sensor de desgaste 13a puede tener un espesor de 0,002" a 0,004". Además, la longitud y la anchura del sensor de desgaste pueden variar dependiendo del cojinete particular en cuestión. Preferentemente, el largo y ancho del sensor es tal que estará presente en un 5 a 100% de toda el área de desgaste de la superficie de desgaste del cojinete a ser monitorizada.
Las capas de superficie de desgaste 15R o 15W preferentemente pueden ser seleccionadas entre diversas composiciones termoplásticas o termoendurecibles. Preferentemente, las capas de la superficie de desgaste son formadas a partir de resinas de base fenólica, que es una referencia a aquellas resinas que incluyen polímeros formados por polimerización de compuestos de tipo fenólico. Las capas de la superficie de desgaste preferentemente también pueden incluir resinas de poliimidas y poliacrilatos, resinas de (poli)vinil formal, poliesteracrilatos, imidas de (poli)amida, epoxi, poliariletercetonas, poliéteréter cetonas, óxido de polifenileno, policarbonato, sulfuro de polifenileno, polioximetileno, polibencimidazoles, polietileno, acrilatos de polipropileno y poliuretano. Por lo tanto, las resinas poliméricas preferentemente están presentes en 20% a 100% en peso. Las resinas opcionalmente pueden contener de 0,1% a 80% en peso de refuerzo fibroso que puede incluir telas tejidas o telas no tejidas formadas a partir de poliamidas aromáticas, poliésteres, poliamidas, vidrio y fibras de carbono. Además, las resinas poliméricas para las capas de la superficie de desgaste pueden incluir de 0,1 a 60% en peso de uno o más lubricantes seleccionados entre polvo de politetrafluoroetileno, disulfuro de molibdeno, nitruro de boro hexagonal, grafito o perfluropoliéteres. Además, las capas de la superficie de desgaste 15R y 15W pueden ser iguales o tener diferentes composiciones.
Como puede ser apreciado, en esta situación, una vez que el sensor de desgaste 13a informa que la capa de la superficie de desgaste 15W ha sido consumida, la capa de la superficie 15R, que puede ser relativamente más delgada que la capa de la superficie de desgaste 15W, pueden ser proporcionadas características de desgaste relativamente mejores, de manera tal que el tiempo para el mantenimiento de los cojinetes esté asegurado. Por ejemplo, para un cojinete usado en una aplicación de aviación, una indicación de que la capa de la superficie de desgaste ha sido consumida durante el vuelo no requerirá necesariamente una conexión a tierra inmediata de la aeronave.
La capa de la superficie de desgaste deslizante no polimérica opuesta 11c, como es ilustrada en la FIG. 2 puede ser cualquier material o combinación de materiales: metal, cerámica o polimérico y puede tener revestimientos especiales, procesamientos u otros tratamientos para aumentar la dureza, la resistencia química, las propiedades de fricción, la rugosidad de la superficie y similares.
Cabe señalar que el sensor 13a opcionalmente puede proporcionar otros tipos de información. Esta puede incluir, entre otros, temperatura, fuerza, aceleración o ciclos, todos los cuales pueden comunicarse con el dispositivo de lectura de frecuencia de radio de acuerdo con un protocolo de diseño de comunicaciones. Esta información junto con un registro de tiempo de uso puede constituir un registro de Mantenimiento Basado en las Condiciones (CBM) para el cojinete sujeto dentro de su aplicación particular.
El cojinete 11 puede ser uno liso, esférico, de extremo de varilla, de enlace, de rodillo de rodadura, de superficie plana o cualquier forma de superficie de cojinete integral a un componente de la máquina. El cojinete puede ser de metal, compuesto, polimérico o cerámico o puede ser cualquier combinación de estos. El cojinete también puede ser un cojinete aislado integrado en la carcasa, una estructura o un componente discreto o puede estar en un enlace o extremo de varilla novedoso de la invención.
Las capas de la superficie de desgaste 15W o 15R pueden ser adheridas a cualquier superficie deslizante. Típicamente, es encontrada a menudo en la carrera de los cojinetes esféricos y lisos y en el rodillo para los cojinetes de rodillo de rodadura, si bien puede ser invertida, en cualquier caso. A menudo es ventajoso raspar la superficie de 11a antes de su combinación con la capa de base 15R. En algunos casos, también es ventajoso revestir con una capa adhesiva delgada adicional sobre 11a antes de combinarla con 15R. Dicho adhesivo puede estar presente con un espesor de 0,0001" a 0,0020", más preferentemente con un espesor de 0,0002" a 0,002".
La capa de la superficie de desgaste de polímero puede ser formada antes de su adhesión a la superficie de cojinete por medio de cualquier procedimiento de procesamiento de lámina, película o material compuesto de polímero o combinaciones de procedimientos. La capa de la superficie de desgaste de polímero puede ser construida paso a paso sobre la superficie de cojinete por medio de cualquier polímero, material compuesto o combinaciones de estos procedimientos de fabricación. La capa de la superficie de desgaste de polímero puede estar formada parcialmente antes de adherirla a la capa de la superficie de desgaste y después completarse tras la adhesión a la capa de la superficie de desgaste.
En un procedimiento preferente, los medios de procesamiento convencionales son combinados de la siguiente manera: una capa de resina adhesiva es revestida sobre la superficie del sustrato de cojinete de rugosidad controlada (Ra) (representada como 11a en la Figura 2); a continuación (15R en la FIG. 2), es colocada, revestida, moldeada, pulverizada o formada de otro modo una capa de desgaste de reserva sobre la capa de sustrato revestida con adhesivo; otra capa de resina adhesiva es revestida sobre la parte superior de la capa de desgaste de reserva (15R en la FIG. 2); posteriormente es colocado un circuito impreso del sensor de desgaste 13a; es colocado otro revestimiento de resina adhesiva en la parte superior del circuito de RFID que en sí mismo puede tener un espesor de 0,0001" a 0,020", más preferentemente de 0,001" a 0,004"; y la capa de la superficie de desgaste primaria 15W es colocada, revestida, moldeada, pulverizada o formada de otro modo en su lugar. Cabe señalar que, para cualquiera de los adhesivos usados en la presente memoria, para unir las capas de la superficie de desgaste o para unir el sensor de desgaste, preferentemente puede ser usado un sistema de resina de base fenólica y más preferentemente una resina fenólica modificada con resina de polivinilo formal.
El circuito funcional 13a puede ser uno o más circuitos. La circuitería funcional puede ser formada por medio de cualquier procedimiento que dé como resultado la estructura en capas mostrada en la FIG. 2, en la que el circuito del sensor 13a está intercalado entre las capas 15R y 15W, y por lo tanto puede ser entendido que está contenido dentro de dichas superficies de desgaste poliméricas.
Un circuito del sensor de desgaste preferente 13a es un circuito impreso. La FIG. 3 muestra un ejemplo no limitativo de un circuito impreso 16 para un cojinete liso. Tiene dos cables 17 que salen de la capa de desgaste para ser fijados y conectados con la etiqueta de RFID montada externamente. El circuito impreso tiene perforaciones 18, ilustradas como orificios, para permitir la interpenetración de la matriz polimérica usada para adherirse a la capa de la superficie de desgaste polimérica. Es hipotetizado que las perforaciones potencian la resistencia interlaminar de la capa de la superficie de desgaste polimérica material compuesto 15. El circuito propiamente dicho puede ser cualquier metal conductor tal como, pero no limitado a, cobre y plata.
La FIG. 4 identifica otra realización no limitativa de un circuito impreso 19 con cuatro circuitos en un lado de la película de respaldo del circuito impreso para un cojinete liso. Específicamente, 19F proporciona una medición de fuerza, 19W proporciona una medición de desgaste; 19T proporciona una medición de temperatura; y 19A proporciona una medición de aceleración. Una configuración de realización alternativa no limitante con dos circuitos cada una en la superficie superior e inferior de la película de respaldo del circuito impreso es representada con 20. También es posible combinar circuitos individuales en películas de respaldo de circuito impreso separadas y construir los múltiples sensores en una configuración de tipo intercalado (no es mostrada). En algunos casos de circuitos de sensores de fuerza, temperatura y aceleración, puede ser deseable colocar la porción del sensor real del circuito del sensor en una cavidad o acanaladura en la superficie a la que es adherida la capa de la superficie de desgaste. En estos casos, pueden ser tomadas medidas especiales con el diseño de la capa de la superficie de desgaste para extender esos circuitos de sensores a través de la capa de la superficie de desgaste adherida.
Las FIGS. 5A, 5B, 5C y 5D muestran ejemplos de ubicación preferente del comunicador de frecuencia de radio 12, que preferentemente es una etiqueta de RFID, en el cojinete posicionado en el extremo de una varilla. Más específicamente, los extremos de la varilla 21, 22 y 23 muestran que el comunicador de frecuencia de radio 12 puede ser montado en cualquier lugar alrededor del cuerpo del extremo de varilla dependiendo de los requisitos de la aplicación. El comunicador de frecuencia de radio externo 12 también puede ser montado en algunos casos en el vástago del extremo de varilla como es ilustrado en el extremo de varilla 24. También es contemplado en la presente memoria que puede ser colocado un saliente mecanizado en el exterior de la carcasa del cojinete para alojar el comunicador de frecuencia de radio 12. Además, es contemplado que los cables 13 que se extienden desde el sensor de desgaste contenido en las capas de la superficie de desgaste (FIG. 2) pueden estar sellados o encapsulados para restringir de manera adicional su flexión durante el funcionamiento del cojinete, así como también proteger los cables del daño ambiental provocado por escombros, agentes de limpieza, líquidos de deshielo y similares. Tal sellado o encapsulación de los cables preferentemente puede ser logrado con una composición polimérica que fijaría nuevamente los cables y restringiría su movimiento y, por lo tanto, preferentemente puede ser incluida una composición de tipo termoendurecible tal como una formulación de revestimiento a base de epoxi.
La FIG. 6 ilustra otras configuraciones para la colocación del circuito del sensor de desgaste y el comunicador de frecuencia de radio de acuerdo con la presente invención. Los enlaces 25, 26, 27 tienen un extremo de cojinete de longitud ajustable que incluye un sensor de desgaste contenido dentro de una superficie de desgaste de polímero junto con cables de conexión que son extendidos fuera de dicha superficie de desgaste que están conectados a un comunicador de frecuencia de radio en el que dicho comunicador de frecuencia de radio y dicho sensor de desgaste están fijados entre sí de manera tal que los cables de conexión no se doblen hasta rotura durante el uso del cojinete.
El enlace 25 también tiene una porción montada en RFID de la segunda capa de desgaste externa en el cuerpo del extremos de la varilla, mientras que 27 tiene una porción montada en RFID de la segunda capa de desgaste externa en el vástago del extremos de la varilla. El enlace 26 es un ejemplo en el que solo un cojinete del enlace contiene el sensor de desgaste de la presente invención.
En ciertos casos, un enlace de longitud ajustable podría estar compuesto por dos circuitos de sensores de desgaste que están conectados a un comunicador de frecuencia de radio. Nuevamente, los circuitos de sensores de desgaste
preferentemente estarían dispuestos dentro de las superficies de desgaste poliméricas e incluirían cables que son extendidos fuera de dichas superficies de desgaste y que son conectados al comunicador de frecuencia de radio, donde los dos conjuntos de cables son fijados nuevamente con relación al comunicador de frecuencia de radio y los cables no se doblen hasta rotura durante el uso del cojinete. Los enlaces 28, 29, 30, 31 son cojinetes de longitud fija ajustable, cada uno de los cuales contiene uno o más sensores de desgaste con diversas posibilidades de montaje para el comunicador de frecuencia de radio externo.
Las FIGS. 7A y 7B ilustran un ejemplo no limitativo de un cojinete de longitud ajustable que incluye un sensor para transmitir inalámbricamente información relativa a las superficies de desgaste del cojinete. El conjunto de extremo de varilla y enlace 32 y la vista en sección transversal 38 muestran un dibujo no limitativo de una realización del sistema de montaje de longitud ajustable. El comunicador de frecuencia de radio externo 12 está fijado al soporte 34 y está conectado por medio de cables 13 (FIG. 1) con el sensor de desgaste 13a (FIG. 2). Preferentemente, el soporte 34 está unido y fijado al conjunto de extremo de varilla 37 por el uso de dos contratuercas 33. El soporte 34 puede ser un soporte metálico, un soporte de polímero o un soporte de material compuesto. Esta configuración permite el ajuste de la longitud total del enlace o conjunto de enlace 36 independientemente del conjunto de extremo de varilla 37 sin impacto en la capacidad del sensor de desgaste 13a para comunicarse a través de los cables 13 con el comunicador de frecuencia de radio 12.
La abrazadera de soporte 35 es un ejemplo no limitativo de una abrazadera de retención o estabilización usada para asegurar el soporte 34 al enlace o al conjunto de enlace 36 después del ajuste de longitud. La abrazadera de soporte 35 puede restringir el soporte 34 directamente al tubo o proporcionar una alineación de proximidad cercana sin contacto.
Como fue indicado anteriormente, el cojinete que incluye el sensor de desgaste 13a preferentemente puede ser operado para proporcionar información tal como, pero sin limitarse a, uno o más de los siguientes: identidad del cojinete; ubicación del cojinete (en casos con múltiples cojinetes que llevan a cabo una función similar, tal como, pero sin limitarse a, cojinetes de rotor de paso de helicóptero); estado funcional del sistema de sensor del cojinete RFID; indicador de cuándo ha comenzado la reserva de vida útil de desgaste del cojinete; registro de temperatura de la capa de desgaste del cojinete; recuento del ciclo de carga del cojinete; registro de fuerza de la capa de desgaste del cojinete y datos de aceleración de la capa de desgaste del cojinete; temperatura ambiental y aceleración de la capa de desgaste del cojinete externo.
El cojinete que contiene el sensor de desgaste contenido con las superficies de desgaste del cojinete en la presente memoria, junto con el uso de dicha configuración del sensor de desgaste, los cojinetes y extremos de la varilla de longitud ajustable están contemplados para que sean específicamente útiles en el campo de los cojinetes de deslizamiento, incluidos, entre otros, los cojinetes aeroespaciales, los cojinetes de ferrocarril, los sistemas de suspensión de vehículos y los sistemas de generación de energía tales como turbinas eólicas y similares.
Cabe señalar que el intento inicial de desarrollar un indicador de superficie de desgaste del cojinete en la presente memoria fue llevado a cabo por medio de la incorporación de un circuito del sensor de desgaste con comunicador de frecuencia de radio completamente dentro de la capa de la superficie de desgaste. Estos intentos fallaron al producir una señal confiable y detectable fuera del cojinete. Si bien no está sujeto a ninguna teoría en particular, es creíble que las superficies metálicas del propio cojinete pueden haber provocado una interferencia debilitante con el intercambio de frecuencia de radio entre la etiqueta y el receptor.
En consecuencia, la configuración de la presente memoria, que incluye la colocación del circuito del sensor de desgaste dentro de las superficies de desgaste del cojinete, junto con la comunicación por cable fuera de la superficie de desgaste y a un comunicador de frecuencia de radio, donde el circuito del sensor de desgaste está fijo en relación con el comunicador de frecuencia de radio, de manera tal que los cables no se doblen hasta rotura durante el uso del cojinete, lo que permite una detección confiable de la vida útil de la superficie de desgaste del cojinete.
Ejemplo 1
Fue llevada a cabo una prueba por el uso de los siguientes componentes:
(a) Alien Technology® Higgs 4 inlay EPC Gen2 etiquetas de RFID pasivas
(b) Lector de etiquetas de RFID portátil Motorola MC9090 Z
(c) Cojinetes lisos de acuerdo con la especificación AS81934/1, dimensionalmente conforme a P/N M81934/1 -16C016
Procedimientos de prueba y hallazgos:
(a) Fue confirmado que las etiquetas funcionan fuera de la interfaz de desgaste.
(b) Fue confirmado que las etiquetas funcionan después del procedimiento de fabricación del revestimiento.
(c) Las etiquetas fueron colocadas en muchas orientaciones, parcial y completamente dentro de la interfaz de
desgaste del cojinete.
(d) Fue descubierto que las etiquetas funcionaban insuficientemente cuando estaban muy cerca de los metales, en especial cuando las superficies metálicas obstruían el camino entre la etiqueta de RFID y el lector, como era necesario por estar dentro del revestimiento.
(e) Fue descubierto que las etiquetas funcionaban insuficientemente cuando fueron adheridas a superficies metálicas.
(f) Las etiquetas completamente dentro de la capa de la superficie de desgaste eran ilegibles.
Ejemplo 2
Fue desarrollado un procedimiento de prueba para validar el rendimiento confiable del sistema de sensor de desgaste. Esta prueba permitió una iteración rápida hasta que fueron superados los desafíos técnicos clave y el sistema estuvo listo para las pruebas de vida útil de los cojinetes convencionales. Fue confirmado que esta prueba proporcionaba un desgaste suficientemente representativo en comparación con los procedimientos de prueba de oscilación establecidos.
Componentes usados en la prueba:
(a) Transceptores inalámbricos XBee® ZigBee 2,4 GHz
(b) Fresadora tipo Bridgeport con afilador de cilindros abrasivos
(c) Cojinetes lisos de acuerdo con la especificación AS81934/1, dimensionalmente conforme a P/N M81934/1-16C016 con capa de la superficie de desgaste incorporada en el sensor de acuerdo con la presente invención Procedimientos de prueba:
(a) Transmisor XBee® configurado para transmitir el estado de la entrada digital conectada al sensor de desgaste. (b) Receptor XBee® configurado para indicar el estado de la entrada digital del transmisor y la fuerza de la señal recibida.
(c) Afilador de cilindros abrasivo usado para acelerar el desgaste del revestimiento del cojinete, al simular el desgaste funcional de la superficie de cojinete.
Hallazgos:
(a) Fue confirmado que el transmisor activo funcionaba muy cerca de componentes metálicos.
(b) Fue detectado fiablemente el desgaste del revestimiento que alcanzaba el límite.
(c) El desgaste fue considerado lo suficientemente característico de la aplicación como para justificar un mayor desarrollo.
Ejemplo 3
Fue llevada a cabo una prueba, en una máquina de prueba, de los siguientes cojinetes: (a) Cojinetes lisos de acuerdo con la presente invención, que cumplen dimensionalmente con la Especificación AS81934/1 número de pieza M81934/1-16C016 con un pasador revestido de cerámica como miembro de desgaste rotatorio. Acabado de la superficie del pasador de 10 a 14 Ra.
Condiciones de prueba:
Tensión del cojinete: 172,37 MPa
Carga: Unidireccional
Oscilación: Rotación ±25°, 100° en total por ciclo
Frecuencia: 0,5 Hz
Duración: De 0,014 a 0,020" de desgaste
La prueba fue suspendida antes de alcanzar el contacto de superficie de metal con metal entre el pasador y los cojinetes lisos. Como es mostrado en la FIG. 9, el desgaste a través del sistema sensor de acuerdo con la presente invención (Muestras 1 y 2) no muestra un aumento significativo en la tasa de desgaste del sistema y en realidad se ralentiza una vez recibida la señal del sensor, lo cual es sorprendente dado que el circuito propiamente dicho no es un material que sea usado típicamente para una capa de desgaste de deslizamiento del cojinete.
Claims (11)
1. Un cojinete (11) con un sensor (10) configurado para transmitir información inalámbricamente que comprende:
al menos dos superficies de deslizamiento del cojinete (11a, 11b); una superficie de desgaste del cojinete (15) incluida en una primera de dichas superficies de deslizamiento del cojinete (11a, 11b) en el que dicha superficie de desgaste del cojinete (15) está ubicada entre dicha primera superficie de deslizamiento del cojinete (11a) y una segunda de dichas superficies de deslizamiento del cojinete (11b) y dicha segunda superficie de deslizamiento del cojinete (11b) entra en contacto con dicha superficie de desgaste del cojinete (15), incluyendo dicha superficie de desgaste del cojinete (15) un sensor de la superficie de desgaste en el que dicho sensor de la superficie de desgaste (13a) incluye uno o más cables de conexión (13) para transmitir una señal de datos desde dicho sensor de la superficie de desgaste (13a) indicativa del estado de desgaste de la superficie de desgaste del cojinete (15) caracterizado porque dichos uno o más cables de conexión (13) se extienden hacia afuera de dicha superficie de desgaste (15) y están conectados a un comunicador de frecuencia de radio (12) para transmitir una señal de datos desde dicho sensor (13a) indicativa del estado de desgaste de dicha superficie de desgaste del cojinete (15);
en el que dicho comunicador de frecuencia de radio (12) y dicho sensor (13a) están fijados entre sí de manera tal que dichos cables de conexión (13) no se doblen hasta rotura.
2. El cojinete con un sensor (10) de la reivindicación 1, en el que dichas superficies de desgaste del cojinete (15) comprenden una primera capa de desgaste del cojinete (15W) y una segunda capa de desgaste del cojinete (15R) y dicho sensor de la superficie de desgaste del cojinete (13a) está posicionado debajo de dicha primera capa de desgaste (15W) y encima de dicha segunda capa de desgaste (15R).
3. El cojinete con un sensor (10) de la reivindicación 2, en el que dicha primera capa de desgaste del cojinete (15W) tiene un espesor que es mayor que dicha segunda capa de la superficie de desgaste del cojinete (15R).
4. El cojinete con un sensor (10) de la reivindicación 2, en el que dicha primera capa de desgaste del cojinete (15W) tiene un espesor de 0,0508 mm a 0,508 mm.
5. El cojinete con un sensor (10) de la reivindicación 2, en el que dicha segunda capa de desgaste del cojinete (15R) tiene un espesor de 0,0254 mm a 2,54 mm.
6. El cojinete (11) con un sensor (10) de la reivindicación 1, en el que el cojinete (11) es un cojinete liso, un cojinete esférico, un cojinete de deslizamiento, un rodillo de rodadura.
7. El cojinete (11) con un sensor (10) de la reivindicación 1, en el que dicho comunicador de frecuencia de radio (12) es una etiqueta de RFID activa con su propia fuente de alimentación.
8. El cojinete (11) con un sensor (10) de la reivindicación 1, en el que dicho comunicador de frecuencia de radio (12) es una etiqueta de RFID pasiva sin su propia fuente de alimentación.
9. El cojinete (11) con un sensor (10) de la reivindicación 1, en el que dicha superficie de desgaste del cojinete (15) comprende una resina termoplástica o termoendurecible.
10. El cojinete (11) con un sensor (10) de la reivindicación 1, en el que dicho cojinete (11) está posicionado en un extremo de varilla (37) que es capaz de ajustar su longitud.
11. El cojinete (11) con un sensor (10) de la reivindicación 1, en el que dicha segunda superficie de deslizamiento del cojinete es una bola.
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