ES2939045T3 - Cuerpo rodante con sensor para uso en un rodamiento - Google Patents

Abstract

La invención propone un elemento rodante (1) para su uso en un cojinete de elementos rodantes (100), que comprende una carcasa exterior (2) y un orificio (3), el orificio (3) se proporciona preferentemente a lo largo de un eje central del rodamiento. (1), comprendiendo el elemento rodante (1) al menos un sensor (5) para medir la carga, que está dispuesto en el orificio (3), y un módulo de transferencia para transferir los datos medidos por el sensor (5), el elemento rodante que tiene una fuente de energía, estando prevista la fuente de energía para proporcionar la energía necesaria para el funcionamiento del sensor (5) y/o del módulo de transferencia, caracterizado porque el sensor (5) es un sensor que realiza una medición inductiva. La invención propone además un cojinete de elementos rodantes y un método para medir la carga. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Cuerpo rodante con sensor para uso en un rodamiento

Estado de la técnica

Los rodamientos antifricción de diámetro grande, como los usados por ejemplo en las turbinas eólicas, están sometidos a fuerzas considerables durante su funcionamiento. Por lo tanto, es deseable poder realizar mediciones de carga del rodamiento.

Para este fin se conoce, por ejemplo, del documento EP 0637734 B1 el modo de medir las deformaciones del cuerpo rodante con ayuda de galgas extensométricas dispuestas en el taladro de un cuerpo rodante, con lo que las fuerzas que actúan sobre el rodamiento, es decir, las cargas, pueden deducirse a partir de las deformaciones del cuerpo rodante. Sin embargo, las galgas extensométricas y su correspondiente fijación, normalmente una unión adhesiva, son extremadamente susceptibles al desgaste y al envejecimiento, especialmente porque suelen entrar en contacto con grasas y/u otros lubricantes de los rodamientos, y deben sustituirse periódicamente. Por lo tanto, este tipo de medición de la carga solo es posible en condiciones de laboratorio o durante un tiempo limitado.

Del documento EP 1849013 B1 se sabe que se disponen sensores en una jaula que fija los cuerpos rodantes en su posición relativa entre elos, por lo que los sensores miden las corrientes parásitas inducidas en los cuerpos rodantes por las bobinas. A continuación, las mediciones de las corrientes parásitas se usan para extraer conclusiones sobre las cargas predominantes. El documento EP 2 801 729 A2 divulga un cojinete de diámetro grande en el que dos componentes pueden desplazarse uno respecto al otro en función de un juego del cojinete. Para poder ajustar o controlar el juego de los cojinetes, se ha configurado una unidad de sensor integrada con un sensor para medir la distancia entre los dos componentes. La distancia se mide sin contacto, por ejemplo mediante sensores inductivos.

El documento US 2018/0003227 A1 describe un cuerpo rodante con un taladro hueco en el que está dispuesto un dispositivo de medición de fuerza para medir la carga que actúa radialmente sobre el cuerpo rodante. El dispositivo de medición de fuerza comprende uno o más brazos en voladizo, que se extienden en la dirección axial del cuerpo rodante y se apoyan contra la pared del taladro con un elemento de contacto. En cada brazo en voladizo está dispuesta al menos una galga extensométrica como sensor para medir su flexión debida a su desviación en dirección radial.

El documento DE 10 2011 006 907 A1 describe un cuerpo rodante para un rodamiento con un elemento sustancialmente circular hecho de un material piezoeléctrico que se aloja en una vaina eléctricamente conductora. El cuerpo rodante se usa como sensor que detecta fuerzas o vibraciones en el rodamiento.

Alternativamente, en la publicación EP 1795 869 A1 divulga un cuerpo rodante con un taladro en el que dos placas están dispuestas paralelamente y separadas entre sí, en donde en cada una de las placas opuestas entre sí, que miden capacitivamente la distancia entre las placas, hay montado un electrodo. Esta distancia es variable porque doblan las placas debido a la deformación inducida por la carga del cuerpo rodante. Esta medición se limita a una zona del cuerpo rodante y también es susceptible de desgaste debido a la flexión de las placas de circuito impreso. Además, las placas pueden desplazarse unas contra otras, lo que provoca imprecisiones en las mediciones.

También se conoce del documento ES 102016 116 118 A1 un cuerpo rodante con un taladro y un sensor dispuesto en el taladro para medir la carga, en el que el sensor es un sensor capacitivo que está previsto para medir una distancia entre el sensor y la pared del taladro.

En general, puede decirse que las mediciones de carga capacitiva requieren un esfuerzo muy elevado en la fabricación de los cuerpos rodantes. Los respectivos sensores deben adaptarse minuciosamente a la geometría del cuerpo rodante. En este caso, la distancia entre el sensor capacitivo y la superficie en la que se va a medir una distancia es especialmente crítica. Por último, la medición de una carga capacitiva no es muy precisa y su resolución está muy limitada.

Divulgación de la invención

Por lo tanto, es un objetivo de la presente invención proporcionar cuerpos rodantes y un rodamiento con los que sea posible una medición de la carga fiable, precisa y permanente durante el funcionamiento y que sean más fáciles de fabricar.

Este objetivo se consigue con un cuerpo rodante según la reivindicación 1.

Para medir la distancia, el sensor usa corrientes parásitas que induce en un objeto hacia el que se desea medir la distancia. Para ello, el sensor contiene un circuito resonante LC que se excita con oscilaciones eléctricas de alta frecuencia. En este caso son concebibles, por ejemplo, vibraciones con frecuencias de 1 MHz o más. Las oscilaciones eléctricas del circuito resonante LC generan un campo electromagnético alterno en el entorno del circuito resonante LC. Si se acerca ahora un objeto conductor de la electricidad del circuito resonante LC, se inducen corrientes parásitas en el objeto, que amortiguan las oscilaciones. Se mide y se evalúa la amortiguación de las vibraciones.

El cuerpo rodante según la invención es especialmente ventajoso en comparación con los cuerpos rodantes con sensores convencionales, ya que la medición inductiva de la carga en el cuerpo rodante no está vinculada a requisitos tan elevados en cuanto a la precisión dimensional de la producción como, por ejemplo, una medición capacitiva. Especialmente en el caso de los cuerpos rodantes con sensores para la medición capacitiva de cargas, es muy importante que se cumplan todas las dimensiones relativas al sensor capacitivo. Estos elementos de laminación se reelaboran a mano en procesos complejos, lo cual impide la fabrcación en grandes cantidades y encarece mucho el elemento de laminación individual. Además, el cuerpo rodante según la invención permite una medición de carga mucho más precisa que un cuerpo rodante conocido de la técnica anterior. Mientras que la resolución de una medición de deformación con un sensor capacitivo es de aproximadamente 0,1 pm a 1 pm, con el cuerpo rodante según la invención pueden realizarse mediciones de deformación con una resolución de hasta 0,01 pm.

A los efectos de la presente invención, el hecho de que el taladro esté previsto a lo largo del eje central del cuerpo rodante significa que un eje central del taladro está dispuesto sustancialmente paralelo al eje central del cuerpo rodante. Esto comprende, por una parte, una disposición del taladro con un desplazamiento entre el eje central de la perforación y el eje central del cuerpo rodante y, por otra parte, una disposición del taladro en la que el eje central del taladro corresponde al eje central del cuerpo rodante.

Preferentemente, la camisa exterior del cuerpo rodante está prevista, al menos parcialmente, como superficie de rodadura sobre la que ruedan anillos de rodamiento, en particular un anillo exterior y un anillo interior. Preferentemente, uno de los anillos del rodamiento es resistente a la torsión, por ejemplo el anillo exterior, mientras que el otro anillo del rodamiento es concéntrico y puede girar. Preferentemente, el cuerpo rodante es cilindrico, tiene forma de tonel, es toroidal y/o es cónico. En este caso, el cuerpo rodante tiene una dirección de extensión principal con el eje central paralelo a la dirección de extensión principal. De forma especialmente preferente, el cuerpo rodante está provisto de una simetría de rotación sustancial con respecto al eje central, especialmente en la zona comprendida entre la pared del taladro y la camisa exterior. La camisa exterior corresponde en particular a una superficie de camisa exterior del cuerpo rodante. Por ejemplo, el cuerpo rodante tiene la forma de un cilindro de 104 mm de longitud y 65 mm de diámetro. En este caso, el taladro tiene preferentemente un diámetro de 20 mm. Preferentemente, el módulo de transmisión y/o la fuente de energía también están dispuestos, al menos parcialmente, en el taladro.

En función de las fuerzas que actúan sobre el rodamiento y, por lo tanto, sobre el cuerpo rodante, éste se deforma, lo que puede medirse por medio de un cambio en la sección transversal del taladro. De manera particularmente preferente, el sensor está configurado para transmitir los datos medidos al módulo de transmisión, en donde el módulo de transmisión está configurado para transmitir los datos medidos, por ejemplo, a un dispositivo receptor adecuado. Esto permite de manera ventajosa una medición precisa y sencilla de la carga.

Además, es concebible que el cuerpo rodante comprenda un dispositivo para medir la tensión eléctrica proporcionada por la fuente de energía y/o la corriente eléctrica proporcionada por la fuente de energía. Para ello, es concebible que el dispositivo de medición de la tensión eléctrica proporcionada por la fuente de energía y/o de la corriente eléctrica proporcionada por la fuente de energía sea alimentado con energía por la fuente de energía y que los datos determinados por el dispositivo de medición de la tensión eléctrica proporcionada por la fuente de energía y/o de la corriente eléctrica proporcionada por la fuente de energía sean transmitidos por medio del módulo de transmisión. Por último, es concebible que el cuerpo rodante comprenda un dispositivo para determinar la velocidad de rotación del cuerpo rodante, un dispositivo para determinar la posición oblicua del cuerpo rodante y un dispositivo para determinar el deslizamiento del cuerpo rodante. Es concebible que el dispositivo para determinar la velocidad de rotación del cuerpo rodante, el dispositivo para determinar la desalineación del cuerpo rodante y el dispositivo para determinar el deslizamiento del cuerpo rodante reciban cada uno de ellos energía de la fuente de energía y que los datos determinados por el dispositivo para determinar la velocidad de rotación del cuerpo rodante, el dispositivo para determinar la desalineación del cuerpo rodante y el dispositivo para determinar el deslizamiento del cuerpo rodante sean transmitidos por el módulo de transmisión.

Pueden encontrarse configuraciones ventajosas y perfeccionamientos de la invención en las reivindicaciones dependientes, así como en la descripción con referencia a los dibujos.

Según una forma de realización preferente de la presente invención, se prevé que el módulo de transmisión sea un módulo de radio. Las ondas de radio son capaces de penetrar hasta el exterior del cuerpo rodante según la invención. Esto crea una ventajosa posibilidad de transmitir datos de forma inalámbrica desde el interior del cuerpo rodante hacia el exterior.

Según una forma de realización preferente de la presente invención, la fuente de energía es un microgenerador. En el contexto de la presente solicitud, un microgenerador es, en particular, un dispositivo de pequeñas dimensiones que genera energía a partir del entorno y representa, por tanto, una fuente de energía autónoma. De forma especialmente preferente, el microgenerador usa al menos un procedimiento de los denominados de captación de energía. Muy preferentemente, el microgenerador obtiene la energía a partir de una diferencia de temperatura, de una diferencia de presión atmosférica, de un flujo de aire, mediante energía fotovoltaica y/o, de manera particularmente preferente en el contexto de esta aplicación, a partir del movimiento. Así pues, el microgenerador está destinado, en particular, a generar energía a partir del movimiento de rodadura o de rotación del cuerpo rodante, que luego pone a disposición para accionar el sensor y/o el dispositivo de transmisión. También es concebible que el microgenerador sea un generador inductivo o que el cuerpo rodante tenga un generador inductivo. De manera particularmente preferente, el generador inductivo coopera con imanes y/o con bobinas dispuestos en una jaula de un rodamiento. Esto permite de manera especialmente ventajosa un suministro de energía autónomo, que en particular solo suministra energía cuando se necesita, es decir, durante un giro del cuerpo rodante. En el caso de que el cuerpo rodante tenga un generador inductivo además del microgenerador, es ventajosamente posible proporcionar una fuente de alimentación redundante en caso de mal funcionamiento o de fallo del microgenerador. Especialmente en combinación con imanes, es ventajoso que no sea necesario el cableado del rodamiento.

De acuerdo con la presente invención, está previsto que el cuerpo rodante comprenda una placa de circuito impreso dispuesta en el taladro sustancialmente paralelo al eje central del cuerpo rodante, y en el que el sensor comprenda una pista conductora dispuesta en la placa de circuito impreso. Es concebible que el módulo de transmisión y/o la fuente de energía estén unidos a la placa de circuito impreso. Particularmente preferente es que la placa de circuito impreso tenga un grosor de 1 mm a 2 mm, especialmente de 1,6 mm. Esto permite instalar fácilmente los componentes individuales en el cuerpo rodante. Es concebible que la pista conductora esté impresa en la placa de circuito impreso. También es concebible que la pista conductora esté diseñada como una bobina.

Según la invención, se prevé que la pista conductora sea adecuada para generar un campo magnético. Es concebible que la pista conductora presente una forma poligonal esencialmente redonda, preferentemente cuadrada.

De acuerdo con la presente invención, se prevé que el sensor tenga un contacto de medición conductor dispuesto en la pared del taladro, estando el contacto de medición adaptado al contorno de la pared del taladro en una superficie en contacto con la pared del taladro y orientada en dirección opuesta a la placa de circuito impreso y presentando una superficie de medición sustancialmente paralela a la placa de circuito impreso en una superficie orientada hacia la placa de circuito impreso. Esto permite que las deformaciones causadas por las cargas en el cuerpo rodante se transfieran al contacto de medición y se manifiesten así como un cambio en la distancia entre la superficie de medición y la placa de circuito impreso. El hecho de que la superficie de medición sea esencialmente paralela a la placa permite medir cargas con gran precisión.

Según otra forma de realización preferente de la presente invención, se prevé que el sensor tenga un separador dispuesto en el lado de la placa de circuito impreso orientado en sentido contrario al contacto de medición, estando el separador preferentemente adaptado al contorno de la pared del taladro en una superficie exterior en contacto con la pared del taladro y orientada en sentido contrario a la placa de circuito impreso y estando fijado a la placa de circuito impreso en la superficie opuesta a la superficie exterior, estando el separador preferentemente adherido y/o atornillado y/o enganchado a la placa de circuito impreso. De este modo se consigue que la placa de circuito impreso esté conectada indirectamente a la pared del taladro a través del separador. Una deformación del cuerpo rodante, es decir, también del taladro, provoca ahora que tanto la placa de circuito impreso como el contacto de medición se acerquen o alejen entre sí. En comparación con una forma de realización en la que solo se mueve el contacto de medición y la placa de circuito impreso no está en contacto mecánico con la pared del taladro, un cambio en el tamaño de la separación resultante de una deformación del cuerpo rodante es aproximadamente el doble de grande. Esto permite una resolución significativamente mayor de la medición de la deformación.

De acuerdo con la presente invención, se proporciona un hueco entre la pista conductora y la superficie de medición. La expansión del hueco está directamente relacionada con la deformación del cuerpo rodante y, por lo tanto, es directamente significativa con respecto a la deformación del cuerpo rodante. Además, el hueco desacopla mecánicamente la placa de circuito impreso de la pared del taladro. Esto significa que la placa de circuito impreso está sometida a menos tensión mecánica durante el funcionamiento del cuerpo rodante, con lo que se prolonga la vida útil de la placa de circuito impreso. Además, el desacoplamiento mecánico mejora la precisión de los resultados de las mediciones.

Según la presente invención, está previsto que el sensor sea adecuado para determinar el tamaño del hueco mediante la generación de corrientes parásitas en el contacto de medición. A efectos de la presente invención, el tamaño del hueco significa la distancia entre la placa de circuito impreso y la superficie de medición a lo largo de la normal de la superficie de medición. La medición inductiva del tamaño del hueco es muy precisa y no produce fatiga. Se pueden detectar los cambios más pequeños en el tamaño del hueco, por lo que los límites para el tamaño del hueco en el estado descargado del cuerpo rodante son muy amplios. Esto permite obtener resultados de medición de alta calidad y, al mismo tiempo, una gran insensibilidad a las desviaciones durante la producción.

Según otra forma de realización preferente, se prevé que al menos dos sensores espaciados entre sí a lo largo del eje central estén dispuestos en el taladro. Esto permite de forma ventajosa medir una inclinación o una desviación del cuerpo rodante además de las fuerzas evaluando, en particular comparando, los datos medidos de los sensores.

Según otra forma de realización preferente, se prevé que el módulo de radio para transmitir los datos medidos se proporcione en una gama de frecuencias de 100 MHz a 6 GHz, preferentemente de 300 MHz a 2 GHz, más preferentemente de 700 MHz a 1 GHz, en particular con una frecuencia de 868 MHz. Esto permite de forma ventajosa la transmisión inalámbrica de datos, que no se ve perturbada por ningún componente metálico del cuerpo rodante o del rodamiento y tiene un alcance de transmisión suficientemente grande.

Según otra forma de realización preferente de la presente invención, está previsto que el cuerpo rodante comprenda un dispositivo de almacenamiento de energía para almacenar temporalmente energía eléctrica, en donde el dispositivo de almacenamiento de energía es preferentemente un condensador. Es concebible que el dispositivo de almacenamiento de energía se proporcione para almacenar la energía generada por el microgenerador. Preferentemente, el dispositivo de almacenamiento de energía se proporciona en la placa de circuito impreso. De manera particularmente preferente, el dispositivo de almacenamiento de energía es un acumulador y/o un condensador, especialmente un condensador de alta capacidad, por ejemplo, un condensador de los denominados de tapa verde (Green-Cap). Es concebible que el cuerpo rodante disponga de una unidad para controlar el estado de carga del dispositivo de almacenamiento de energía.

En otra forma de realización preferente, está previsto que la placa comprende un microcontrolador, en donde el microcontrolador comprende una memoria electrónica para almacenar temporalmente los datos de medición. De este modo, los datos de medición pueden combinarse ventajosamente en paquetes y transmitirse como paquetes con un retardo de tiempo. Esto tiene la ventaja de que las mediciones se pueden llevar a cabo de forma completa y eficiente desde el punto de vista energético. Si no hay suficiente energía disponible a corto plazo para medir y transmitir los datos de medición, es posible realizar la medición y la transmisión en paquetes cuando haya suficiente energía disponible, por ejemplo, cuando un dispositivo de almacenamiento de energía esté suficientemente cargado.

Según otra forma de realización preferente, se prevé que el taladro del cuerpo rodante tenga un diámetro de 5 mm a 50 mm, preferentemente de 10 mm a 30 mm, en particular un diámetro de 20 mm, y/o que el cuerpo rodante tenga preferentemente una forma cilíndrica y de manera particularmente preferente una longitud de 90 mm a 150 mm, en particular de 140 mm, y de manera muy particularmente preferente un diámetro de 90 mm a 110 mm, en particular de 100 mm. Esto ha demostrado ser especialmente ventajoso en el caso de los cuerpos rodantes para rodamientos de par para aerogeneradores de aproximadamente 8 MW con, por ejemplo, 3,5 m de diámetro de círculo de rodadura. El diámetro del taladro depende del diámetro del cuerpo rodante, del número de cuerpos rodantes del rodamiento y de las cargas y deformaciones previstas del cuerpo rodante durante el funcionamiento del rodamiento. Los diámetros del taladro del cuerpo rodante se determinan teniendo en cuenta la posible resolución del sensor. Por un lado, esto proporciona un taladro suficientemente grande para alojar todos los componentes. Además, el cuerpo rodante está diseñado a prueba de fatiga. Por otra parte, para un taladro con las dimensiones mencionadas, el margen de deformación disponible es lo suficientemente grande para una medición precisa

De acuerdo con otra forma de realización preferente, se prevé que una galga extensométrica esté dispuesta en la pared del taladro, en particular al menos en parte circunferencialmente en la dirección radial. Esto permite aplicar ventajosamente con poco esfuerzo un procedimiento de medición redundante y probado, además de una medición inductiva precisa.

Según otra forma de realización preferente, se prevé que el cuerpo rodante comprenda un medio para la determinación de la temperatura. Esto hace que sea ventajoso controlar la temperatura. Es concebible que el elemento de transmisión esté configurado para transmitir los datos detectados por los medios de determinación de la temperatura. Es concebible además que la fuente de energía esté configurada para suministrar energía a los medios de determinación de la temperatura, es decir, que la fuente de energía sea adecuada para suministrar energía a los medios de determinación de la temperatura.

Según otra forma de realización preferente, se prevé que el cuerpo rodante comprenda un medio para determinar la aceleración. Esto hace que sea ventajoso controlar la aceleración y el deslizamiento del cuerpo rodante. Es concebible que el elemento de transmisión esté configurado para transmitir los datos adquiridos por los medios de determinación de la aceleración, es decir, que la fuente de energía esté adaptada para suministrar energía a los medios de determinación de la aceleración. Es concebible además que la fuente de energía esté configurada para suministrar energía a los medios para determinar la aceleración. Además, es concebible que los medios para determinar la aceleración comprendan un sensor de aceleración triaxial.

Otro objeto de la presente invención es un rodamiento de rodillos, en particular un rodamiento de rodillos de diámetro grande, que tiene un primer anillo de rodamiento y un segundo anillo de rodamiento que puede girar alrededor de un eje de giro y está dispuesto en particular concéntricamente con respecto al primer anillo de rodamiento, así como una pluralidad de cuerpos rodantes dispuestos entre el primer anillo de rodamiento y el segundo anillo de rodamiento, siendo al menos un cuerpo rodante un cuerpo rodante según una de las reivindicaciones 1 a 16. Preferentemente, el primer anillo del rodamiento es un anillo exterior y/o el segundo anillo del rodamiento es un anillo interior. De este modo, resulta ventajoso disponer de un rodamiento que permite una medición de carga de alta precisión y, al mismo tiempo, que resulta fácil de fabricar.

Otro objetivo de la presente invención es un procedimiento para la medición de la carga de un cuerpo rodante en un rodamiento según la reivindicación 13, en particular un rodamiento de diámetro grande, en el que una deformación del cuerpo rodante se lleva a cabo mediante una medición de distancia con el sensor, en el que los datos medidos por el sensor se transmiten preferentemente mediante un módulo de transmisión, en el que preferentemente la energía para el sensor y/o para el módulo de transmisión es proporcionada por la fuente de energía.

Según una forma de realización preferente, se prevé que la medición de la distancia se lleve a cabo de forma inductiva. Según una forma de realización preferente, se prevé que el rodamiento presente un cuerpo rodante según una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11, en donde los datos de medición se almacenan temporalmente en la memoria electrónica del microcontrolador en la placa de circuito impreso y se miden y resumen en paquetes en función de un estado de carga de un dispositivo de almacenamiento de energía y se transmiten como paquetes con un retardo de tiempo por medio del módulo de transmisión. Esto tiene la ventaja de que las mediciones se pueden llevar a cabo de forma completa y eficiente desde el punto de vista energético. Solo después de que el acumulador de energía se haya cargado lo suficiente se dispone de energía para medir y transmitir los datos.

Todas las afirmaciones anteriores bajo "Divulgación de la invención" se aplican igualmente al cuerpo rodante según la invención, al rodamiento según la invención y al procedimiento según la invención.

Otros detalles, características y ventajas de la invención se desprenderán de los dibujos y de la siguiente descripción de las formas de preferentes con referencia a los dibujos. Los dibujos ilustran simplemente realizaciones a modo de ejemplo de la invención, que no restringen la idea esencial de la invención.

Breve descripción de los dibujos

Fig.1 muestra una vista esquemática en perspectiva de un cuerpo rodante según una forma de realización a modo de ejemplo de la presente invención.

Fig.2 muestra una vista esquemática en sección perpendicular al eje central de un cuerpo rodante según una forma de realización a modo de ejemplo de la presente invención con una jaula de un rodamiento.

Fig.3 muestra una vista esquemática en sección paralela al eje central de un cuerpo rodante según una forma de realización a modo de ejemplo de la presente invención.

Fig.4 muestra un diagrama esquemático de circuito equivalente de las bobinas de las Figuras 3 y 4 según una forma de realización a modo de ejemplo de la presente invención.

Fig.5 muestra una sección longitudinal esquemática de un cuerpo rodante según una rforma de ealización a modo de ejemplo de la presente invención.

Fig.6 muestra una placa de circuito impreso de un cuerpo rodante según una forma de realización a modo de ejemplo de la presente invención.

Fig.7 muestra una vista en perspectiva de un rodamiento según una forma de realización a modo de ejemplo de la presente invención.

Fig.8 muestra una vista en perspectiva detallada de un rodamiento según una forma de realización a modo de ejemplo de la presente invención.

Fig.9 muestra una representación esquemática de un rodamiento según una forma de realización a modo de ejemplo de la presente invención.

Fig. 10 muestra una vista en sección esquemática de la placa de circuito impreso de un cuerpo rodante según una forma de realización a modo de ejemplo de la presente invención.

Fig. 11 muestra una representación esquemática de la placa de circuito impreso de un cuerpo rodante según una forma de realización a modo de ejemplo de la presente invención.

Fig. 12 muestra una vista esquemática en sección del cuerpo rodante y la placa de circuito impreso según una forma de realización a modo de ejemplo de la presente invención.

Fig. 13 muestra una representación esquemática del cuerpo rodante según una forma de realización a modo de ejemplo de la presente invención.

Fig. 14 muestra una representación esquemática del cuerpo rodante con la placa de circuito impreso, el contacto de medición y el separador según una forma de realización a modo de ejemplo de la presente invención.

Formas de realización de la invención

En las distintas figuras, las mismas partes están siempre provistas de los mismos símbolos de referencia, por lo que generalmente solo se nombran o mencionan una vez en cada caso.

La figura 1 muestra una vista esquemática en perspectiva de un cuerpo rodante 1 según una forma de realización a modo de ejemplo de la presente invención. Dicho cuerpo rodante 1 se usa en rodamientos y sirve para guiar de forma móvil un primer anillo de rodamiento 11 y un segundo anillo de rodamiento 12 uno respecto del otro, en particular un anillo interior 12 dispuesto en un anillo exterior 11 resistente a la torsión. Normalmente, entre el anillo exterior 11 y el anillo interior 12 hay un gran número de cuerpos rodantes que ruedan sobre las superficies de rodadura del anillo exterior 11 y del anillo interior 12. Se trata de un denominado rodillo de medición, es decir, un cuerpo rodante 1, previsto y configurado para la medición de la carga en el rodamiento.

En este caso, el cuerpo rodante 1 está formado por un cuerpo cilíndrico o sustancialmente cónico con una camisa exterior 2 que sirve como superficie de rodadura y sobre la que ruedan el anillo exterior 11 y el anillo interior 12. El cuerpo rodante 1 tiene en su centro un taladro 3, que se forma concéntricamente alrededor del eje central del cuerpo rodante 1. También puede verse un gran número de bobinas 10, que están dispuestas aquí en una trayectoria circular entre el taladro 3 y la camisa exterior 2. Se trata de catorce bobinas 10, cada una de ellas desplazada unos 25°, en las que se genera una tensión eléctrica aplicando a las bobinas un campo magnético alterno eléctrico externo.

La figura 2 muestra una vista esquemática en sección perpendicular al eje central de un cuerpo rodante 1 según una forma de realización a modo de ejemplo de la presente invención con una jaula 13 de un rodamiento. La forma de realización mostrada corresponde esencialmente a la forma de realización mostrada en la Figura 1, por lo que se hace referencia en general a las explicaciones relativas a la misma. Un sensor 5, aquí un sensor inductivo 5, un módulo de radio 6 y un microgenerador 4 están provistos en el taladro. El microgenerador 4 es aquí un microgenerador inductivo. Para asegurar que los cuerpos rodantes de un rodamiento permanezcan separados de manera regular para una distribución uniforme de la carga, se dispone una jaula 13 entre el anillo exterior 11 y el anillo interior 12, que encierra los cuerpos rodantes. Es decir, los cuerpos rodantes son giratorios pero están montados en posiciones fijas respecto a la jaula 13. En el lugar del cuerpo rodante 1, la jaula 13 comprende imanes 15, en este caso cuatro imanes 5. Estos imanes 15 permiten al microgenerador 4 inducir una tensión eléctrica y proporcionar así una alimentación eléctrica al sensor 5 y al módulo de radio 6, así como a las bobinas 10. Alternativa o adicionalmente, y preferentemente en el contexto de la presente invención, el microgenerador 4 está provisto de tal manera que genera energía únicamente a partir del movimiento, es decir, de la rodadura, del cuerpo rodante 1.

El taladro 3 está dividido en dos semiespacios por medio de una placa 8, no representada aquí, dispuesta a lo largo del eje central del cuerpo rodante 1. El sensor 5 está dispuesto en un primer semiespacio de una primera cara de la placa 8.

La figura 3 muestra una vista esquemática en sección paralela al eje central de un cuerpo rodante 1 según una forma de realización a modo de ejemplo de la presente invención. La forma de realización mostrada corresponde esencialmente a la forma de realización mostrada en la Figura 2, por lo que se hace referencia en general a las explicaciones relativas a la misma. En particular, aquí puede verse el taladro 3, así como esquemáticamente el microgenerador 4 y el módulo de radio 6.

La Figura 4 muestra un diagrama esquemático de circuito equivalente de las bobinas 10 de las Figuras 3 y 4 según una forma de realización a modo de ejemplo de la presente invención. Las bobinas 10 representan inductores conectados en serie. De acuerdo con las ilustraciones descritas anteriormente, se proporcionan aquí catorce bobinas 10, correspondientes a catorce inductores.

La figura 5 muestra una sección longitudinal esquemática de un cuerpo rodante 1 según una forma de realización a modo de ejemplo de la presente invención. La forma de realización mostrada aquí corresponde esencialmente a la forma de realización mostrada en la Figura 1, por lo que se hace referencia en general a las explicaciones relativas a la misma. Aquí puede verse claramente la placa de circuito impreso 8, en la que dos sensores inductivos 5, 5' con dos contactos de medición 7, 7' están dispuestos en un lado de la placa de circuito impreso 8, espaciados a lo largo de la línea central del cuerpo rodante 1. Las pistas conductoras de los sensores 5, 5' no son visibles en esta ilustración. Entre las pistas conductoras y los contactos de medición 7, 7' hay un hueco.

Los 'contactos de medición 7, 7' están en contacto con la pared del taladro. Dependiendo de si el taladro está comprimido o presionado, cambia la distancia entre los 'contactos de medición 7, 7' y la placa de circuito impreso 8, que está en contacto con la pared del taladro a través de los separadores 70, 70'. Se mide esta distancia, es decir, el tamaño del hueco. También se pueden ver la unidad de almacenamiento de energía 18 y el módulo de radio 6.

La figura 6 muestra una placa de circuito impreso 8 de un cuerpo rodante 1 según una forma de realización a modo de ejemplo de la presente invención. Por razones de claridad, no se muestran todos los elementos. El acumulador de energía 18 es visible en el centro. Además, el módulo de radio 6 solo se muestra a modo de ejemplo. La placa de circuito impreso 8 está dimensionada para encajar en el taladro 3 y preferentemente tiene una pequeña tolerancia lateral.

La figura 7 muestra una vista en perspectiva de un rodamiento 100 según una forma de realización a modo de ejemplo de la presente invención. En este caso, se trata de un rodamiento antifricción de diámetro grande con un primer anillo de rodadura11 configurado como anillo exterior, un segundo anillo de rodadura 12 configurado como anillo interior, no representado aquí por razones de claridad, y una jaula 13 dispuesta entre ellos, que comprende un gran número de cuerpos rodantes y los mantiene uniformemente separados. Además de los cuerpos rodantes convencionales 1', al menos un cuerpo rodante es un cuerpo rodante 1 en el sentido de la presente solicitud, es decir, un rodillo de medición.

La figura 8 muestra una vista en perspectiva detallada de un rodamiento 100 según una forma de realización a modo de ejemplo de la presente invención. En particular, un elemento de rodadura 1 según la invención se muestra aquí junto a dos elementos de rodadura 1' convencionales. Como puede verse en la ilustración, el cuerpo rodante 1 no tiene cableado, funciona de forma autónoma y transmite los datos de medición de forma inalámbrica, de tal modo que el rodamiento 100 puede estar encerrado en una camisa, por ejemplo, y la medición de la carga sigue siendo posible. Esto permite instalar el cojinete antifricción de diámetro grande en una turbina eólica, por ejemplo, y transmitir datos de medición de carga a una unidad de control, de modo que pueda detectarse la necesidad de mantenimiento en una fase temprana y sin una intervención costosa en el cojinete antifricción 100.

La figura 9 muestra una representación esquemática de un rodamiento 100 según una forma de realización a modo de ejemplo de la presente invención. El rodamiento 100 comprende, entre el primer anillo del rodamiento 11 y el segundo anillo del rodamiento 12, un cuerpo rodante 1 según la invención y una pluralidad de cuerpos rodantes convencionales 1'.

La figura 10 muestra una vista esquemática en sección de una placa de circuito impreso 8 según una forma de realización a modo de ejemplo de la presente invención. Además de la placa de circuito impreso 8, pueden verse los sensores 5, 5' con los contactos de medición 7, 7' y los separadores 70, 70', el dispositivo de almacenamiento de energía 18 y el hueco 19 entre la pista conductora, que no puede reconocerse y está dispuesta en la placa de circuito impreso 8, y el contacto de medición 7. El contacto de medición 7 descansa con su lado redondeado contra la pared del taladro (no se muestra aquí). Las compresiones del taladro se transmiten al contacto de medición 7 y, a través del separador 70, a la placa de circuito impreso 8, lo que modifica el tamaño del hueco 19. La medición del tamaño del hueco 19 permite medir la deformación del cuerpo rodante.

La figura 11 muestra una representación de una placa de circuito impreso 8 según una forma de realización a modo de ejemplo de la presente invención. Se observan las mismas características que en la figura 10, por lo que no se tratarán más aquí. En el sensor izquierdo 5 con el contacto de medición izquierdo 7 y el separador izquierdo 70, al contrario que en el sensor derecho 5' con el contacto de medición derecho 7' y el separador derecho 70', se aprecia el hueco 19. Esto se debe al hecho de que el sensor izquierdo 5 se dibuja en un estado instalado en el cuerpo rodante y el sensor derecho 5' se dibuja en un estado no instalado en el cuerpo rodante (véase la figura 12). En el estado instalado, el contacto de medición 7 y el separador 70 están en contacto con la pared del taladro y, por lo tanto, la superficie de medición del contacto de medición 7 está separada de la placa de circuito 8 por el hueco 19. En el estado no instalado, el contacto de medición 7' no está contra la pared del taladro, sino contra la placa de circuito impreso 8.

La figura 12 muestra una representación de una placa de circuito impreso 8 y un cuerpo rodante 1 según una forma de realización a modo de ejemplo de la presente invención. Se muestra la inserción de la placa de circuito impreso 8 con los sensores 5' y 5 en el taladro del cuerpo rodante 1 durante la fabricación de dicho elemento. El sensor 5' con el contacto de medición 7' y el separador 70' ya está insertado en el cuerpo rodante 1. El contacto de medición 7' y el separador 70' están en contacto con la pared del taladro. Así se forma el hueco 19 entre el contacto de medición 7' y la pista conductora dispuesta en la placa de circuito impreso 8. También puede verse el dispositivo de almacenamiento de energía 18 y otro sensor 5 con otro contacto de medición 7 y otro separador 70. El otro contacto de medición 7 aún no se ha introducido en el taladro del cuerpo rodante 1 y, por lo tanto, aún no está en contacto con la pared del taladro. El otro contacto de medición 7 se apoya en la placa de circuito impreso 8, de modo que en este punto no hay ningún hueco.

La figura 13 muestra una representación esquemática del cuerpo rodante 1 según una forma de realización a modo de ejemplo de la presente invención. Se muestra una sección a lo largo de un plano ortogonal al eje central del cuerpo rodante 1. En el cuerpo rodante 1 con la camisa exterior 2, la placa de circuito impreso 8 con la pista conductora 22 está dispuesta en el taladro 3. La placa de circuito impreso 8 está en contacto mecánico con la pared del taladro a través del separador 70. El separador 70 se fija a la pared del taladro con el imán adicional 21. La interacción magnética entre la pared del taladro y el otro imán 21 se ilustra mediante las líneas de campo magnético 201. Además, puede verse el contacto de medición 7, que a su vez está fijado a la pared del taladro con el imán 20. La interacción magnética entre la pared del taladro y el imán 20 también se ilustra mediante las líneas de campo magnético 200. Si el cuerpo rodante 1 se deforma, cambia el tamaño del hueco 19 entre el contacto de medición 7 y la pista conductora 22. El tamaño del hueco 19 y, por lo tanto, la deformación del cuerpo rodante 1 se miden por inducción.

La figura 14 muestra una representación esquemática de una sección del cuerpo rodante 1 con la placa de circuito impreso 8, el contacto de medición 7 y el separador 70 según una forma de realización a modo de ejemplo de la presente invención. Aquí se muestra una sección a lo largo del eje central del cuerpo rodante 1. La placa de circuito impreso 8 puede verse con el separador 70 fijado a ella, que está en contacto mecánico con la pared del taladro (no se muestra). Además, puede verse el contacto de medición 7. El hueco 19 está situado entre el contacto de medición 7 y la placa de circuito impreso 8. Las deformaciones del cuerpo rodante 1 provocan cambios en el tamaño del hueco 19, representado por la flecha doble. La medición de la deformación del cuerpo rodante1 se realiza midiendo el tamaño del hueco 19.

Lista de símbolos de referencia

1 Cuerpo rodante

1' Cuerpo rodante

2 Camisa exterior

3 Taladro

4 Microgenerador

5,5' Sensor

6 Módulo de radio

7, 7' Contacto de medición

8 Placa de circuito impreso

9 Galgas extensométricas

10 Bobinas

11 Primer anillo del rodamiento

12 Segundo anillo del rodamiento

13 Jaula

14 Imán

15 Jaula de imanes

17 Placa de circuito impreso adicional

18 Dispositivo de lmacenamiento de energía

19 Hueco

20 Primer imán

21 Segundo imán

22 Pista conductora

70, 70' Separador

100 Rodamiento

200 Líneas de campo magnético

201 Líneas de campo magnético

Claims (14)

REIVINDICACIONES

1. Cuerpo rodante (1) para su uso en un rodamiento (100), con una camisa exterior (2) y un taladro (3), en el que el taladro (3) está preferentemente dispuesto a lo largo de un eje central del cuerpo rodante (1), en el que el cuerpo rodante (1) comprende al menos un sensor (5) dispuesto en el taladro (3) para la medición de la carga y un módulo de transmisión para transmitir los datos medidos por el sensor (5), presentando el cuerpo rodante una fuente de energía que está prevista para proporcionar la energía necesaria para el funcionamiento del sensor (5) y/o del módulo de transmisión, y en el que el cuerpo rodante (1) presenta una placa de circuito impreso (8) dispuesta en el taladro (3) esencialmente paralela al eje central del cuerpo rodante (1), caracterizado porque el sensor (5) es un sensor de medición inductiva que presenta una pista conductora (22) dispuesta en la placa de circuito impreso (8) y un contacto de medición conductor (7) dispuesto en la pared del taladro, en donde el contacto de medición (7) está adaptado al contorno de la pared del taladro en una superficie en contacto con la pared del taladro y orientada en sentido opuesto a la placa de circuito impreso (8) y una superficie de medición sustancialmente paralela a la placa de circuito impreso (8) en una superficie orientada hacia la placa de circuito impreso (8), en donde está prevista un hueco (19) entre la pista conductora (22) y la superficie de medición y el sensor (5) es adecuado para determinar el tamaño del hueco (19) generando corrientes parásitas en el contacto de medición (7).

2. Cuerpo rodante (1) según la reivindicación 1, en el que el módulo de transmisión es un módulo de radio (6).

3. Cuerpo rodante (1) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la fuente de energía es un microgenerador (4).

4. Cuerpo rodante (1) según una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el sensor (5) presenta un separador (70) dispuesto en el lado de la placa de circuito impreso (8) orientado en sentido opuesto al contacto de medición (7), en el que el separador (70) está adaptado preferentemente al contorno de la pared del taladro en una superficie exterior en contacto con la pared del taladro y orientada en sentido opuesto a la placa de circuito impreso (8) y está fijado a la placa de circuito impreso (8) en la superficie opuesta a la superficie exterior, en el que el separador (70) está pegado y/o atornillado y/o grapado preferentemente a la placa de circuito impreso (8).

5. Cuerpo rodante (1) según una de las reivindicaciones anteriores, en el que al menos dos sensores (5, 5') espaciados entre sí a lo largo del eje central están dispuestos en el taladro (3).

6. Cuerpo rodante (1) según una de las reivindicaciones anteriores y la reivindicación 2, caracterizado porque el módulo de radio (6) está previsto para transmitir los datos medidos en un intervalo de frecuencias de 100 MHz a 6 GHz, preferentemente de 300 MHz a 2 GHz, particularmente preferentemente de 700 MHz a 1 GHz, en particular con una frecuencia de 868 MHz.

7. Cuerpo rodante (1) según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el cuerpo rodante (1) presenta un acumulador de energía para almacenar temporalmente energía eléctrica, en el que el acumulador de energía es preferentemente un condensador.

8. Cuerpo rodante (1) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la placa de circuito impreso (8) presenta un microcontrolador, teniendo el microcontrolador una memoria electrónica para el almacenamiento temporal de datos de medición.

9. Cuerpo rodante (1) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que en la pared del taladro está dispuesta una galga extensométrica (9), en particular al menos parcialmente circunferencial en la dirección radial.

10. Cuerpo rodante (1) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el cuerpo rodante (1) comprende un medio para la determinación de la temperatura.

11. Cuerpo rodante (1) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el cuerpo rodante (1) comprende un medio para determinar la aceleración.

12. Rodamiento (100), en particular un rodamiento de diámetro grande, que tiene un primer anillo de rodamiento (11) y un segundo anillo de rodamiento (12) que puede girar alrededor de un eje de giro y que está dispuesto en particular concéntricamente con respecto al primer anillo de rodamiento (11), y también una pluralidad de cuerpos rodantes (1') dispuestos entre el primer anillo de rodamiento (11) y el segundo anillo de rodamiento (12), caracterizado porque al menos un cuerpo rodante (1') es un cuerpo rodante (1) según una de las reivindicaciones anteriores.

13. Procedimiento para la medición de la carga de un cuerpo rodante (1) en un rodamiento (100) según la reivindicación 12, en particular un rodamiento de diámetro grande, en donde una deformación del cuerpo rodante (1) se mide mediante una medición de distancia con el sensor (5), en donde los datos medidos por el sensor (5) se transmiten preferentemente mediante un módulo de radio (6), en donde la energía para el sensor (5) y/o para el módulo de radio (6) es proporcionada preferentemente por el microgenerador (4).

14. Procedimiento según la reivindicación 13, en el que el rodamiento comprende un cuerpo rodante según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11, en el que los datos de medición se almacenan temporalmente en la memoria electrónica del microcontrolador de la placa (8) y se miden y resumen en paquetes en función de la carga de un condensador y se transmiten como paquetes con un retardo de tiempo desde el módulo de transmisión.