RU2781582C1

RU2781582C1 - Registration and transmission of data of bearing of steelmaking or rolling unit

Info

Publication number: RU2781582C1
Application number: RU2021115437A
Authority: RU
Inventors: Геральд ХОЕНБИХЛЕР; Андреас РОРХОФЕР
Original assignee: Прайметалз Текнолоджиз Аустриа ГмбХ
Priority date: 2018-12-05
Filing date: 2019-12-03
Publication date: 2022-10-14

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention relates to the field of auxiliary equipment of steelmaking or rolling units; it can be used for registration and transmission of data on a state of bearings of these units. A device contains a sensor with a data processing unit for registration and storage of data on the state of the bearing, a data transmission unit, which is made with the possibility of wireless transmission of sensor data to a remote receiver, an energy reception unit, which is made with the possibility of wireless energy reception and its transmission to the mentioned units made with the possibility of placement in a case of the bearing, and a power source with an energy transmission unit, which is made with the possibility of wireless provision of energy to the energy reception unit. At the same time, the energy transmission unit is made with the possibility of placement being covered by the case of the bearing on or in a structural element, which is adjacent to the case of the bearing and is a part of a support structure of the unit, which is not disconnected from it in maintenance, and the power source is located outside the case of the bearing.

EFFECT: use of the invention allows for increase in the reliability of a device and simplification of its maintenance.

9 cl, 3 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

Изобретение относится к устройству для регистрации и передачи данных подшипника сталеплавильного или прокатного агрегата, включающему в себя, по меньшей мере,The invention relates to a device for recording and transmitting data from a bearing of a steelmaking or rolling mill, including at least

- корпус подшипника для подшипника для вращающихся конструктивных элементов,- bearing housing for bearing for rotating structural elements,

- датчик с блоком обработки данных, которые оба расположены в корпусе подшипника и выполнены для регистрации и хранения данных подшипника,- a sensor with a data processing unit, which are both located in the bearing housing and designed to record and store bearing data,

- блок передачи данных, который расположен в корпусе подшипника и выполнен для беспроводной передачи данных датчика на удаленный приемник,- a data transmission unit, which is located in the bearing housing and is designed for wireless transmission of sensor data to a remote receiver,

- блок приема энергии, который расположен в корпусе подшипника и выполнен для того, чтобы беспроводным образом принимать энергию и, как правило, проводным образом передавать дальше на блок передачи данных и блок обработки данных, и- a power receiving unit, which is located in the bearing housing and is designed to wirelessly receive energy and, as a rule, wire further to the data transmission unit and the data processing unit, and

- источник энергии с блоком передачи энергии, который выполнен для того, чтобы беспроводным образом снабжать энергией блок приема энергии,- a power source with a power transmission unit, which is designed to wirelessly supply power to the power receiving unit,

- опорную конструкцию сталеплавильного или прокатного агрегата.- the supporting structure of the steel-smelting or rolling unit.

Вращающимся конструктивным элементом может быть валок прокатного стана или ролик направляющей ручья установки непрерывной разливки или ролик направляющей для полосы установки разливки полосы или другие критически важные для работы конструктивные элементы, которые должны поэтому контролироваться в реальном времени (online), как например барабаны моталки, шарнирные валы, ролики измерения плоскостности, вращающиеся сопловые головки для удаления окалины (англ. rotary descaler), ножничные барабаны. Корпус подшипника вмещает собственно подшипник и, как правило, разъемно соединен с опорной конструкцией, например сталеплавильного или прокатного агрегата, чтобы корпус подшипника мог для технического обслуживания подшипника или корпуса подшипника демонтироваться с опорной конструкции и перемещаться на другое место. Подшипником может быть подшипник качения, роликовый подшипник, подшипник скольжения или шарнир.The rotating component can be a roll of a rolling mill or a strand guide roller of a continuous casting plant or a strip guide roller of a strip casting plant or other structural elements critical for operation, which must therefore be monitored in real time (online), such as winder drums, articulated shafts , flatness measuring rollers, rotating nozzle heads for descaling (English rotary descaler), scissor drums. The bearing housing accommodates the bearing itself and is generally releasably connected to a support structure, such as a steelmaking or rolling mill, so that the bearing housing can be dismantled from the support structure and moved to another location for maintenance of the bearing or bearing housing. The bearing can be a rolling bearing, a roller bearing, a plain bearing or a joint.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION

Для того чтобы регистрировать с течением времени нагрузку подшипника, в частности в сталеплавильном или прокатном агрегате, подшипники либо с самого начала оснащаются соответствующими датчиками, либо на время устанавливаются датчики, которые при помощи кабелей и контактных колец снабжаются энергией, причем также данные передаются при помощи кабелей и контактных колец от датчика в подшипнике. Кабельные системы не подходят для длительной эксплуатации, так как они могут создавать помехи или повреждаться во время эксплуатации и при техническом обслуживании.In order to detect the bearing load over time, in particular in a steel-smelting or rolling mill, the bearings are either equipped with appropriate sensors from the outset, or sensors are temporarily installed that are supplied with energy by means of cables and slip rings, the data being also transmitted by means of cables. and slip rings from the sensor in the bearing. Cabling systems are not suitable for continuous operation as they may interfere or be damaged during operation and maintenance.

Из US 7394395 B2 известен датчик в корпусе подшипника литейной установки или прокатной установки, который передает беспроводным образом данные о состоянии подшипника. Для снабжения датчика энергией предусмотрены либо батареи в корпусе подшипника (фиг. 4A, 4B, 16), либо генератор в корпусе подшипника (фиг. 17), либо источник энергии блока передачи данных, который расположен на или в корпусе подшипника (фиг. 17).US Pat. No. 7,394,395 B2 discloses a sensor in a bearing housing of a foundry or rolling mill that wirelessly transmits data on the state of the bearing. To supply the sensor with energy, either batteries are provided in the bearing housing (Fig. 4A, 4B, 16), or a generator in the bearing housing (Fig. 17), or a power source of the data transmission unit, which is located on or in the bearing housing (Fig. 17) .

Батареи в корпусе подшипника являются недостатком, так как они могут повреждаться из-за краткосрочного перегрева, как это имеет место в сталеплавильном или прокатном агрегате. Кроме того, корпуса подшипников рассчитываются применительно к нагрузкам вращающихся конструктивных элементов и предоставляют потому лишь крайне ограниченное пространство, например, в виде полостей, для батарей или генераторов. Расположение источника энергии в любом другом месте за пределами корпуса подшипника также несет в себе опасность повреждения технологическим теплом.Batteries in the bearing housing are disadvantageous as they can be damaged due to short term overheating, as is the case in a steelmaking or rolling mill. In addition, bearing housings are designed for the loads of rotating structural elements and therefore provide only extremely limited space, for example in the form of cavities, for batteries or generators. Locating the power source anywhere else outside the bearing housing also carries the risk of damage from process heat.

DE 11 2004 001 448 T5 раскрывает сборку машины, например, подшипник колеса транспортного средства, с беспроводными датчиками, которые могут считывать данные с подшипниковых узлов. Блок приема сигнала датчика, расположенный на удалении от подшипника колеса, имеет элемент передачи питающего тока и элемент приема сигнала датчика. Элемент приема сигнала датчика принимает сигналы датчика от беспроводных сенсорных блоков, элемент передачи питающего тока передает электрическую рабочую мощность при помощи электромагнитных волн на беспроводные сенсорные блоки. Не раскрыт корпус подшипника, так что положение элемента передачи питающего тока относительно возможного корпуса подшипника не может определяться. Блок приема сигнала датчика с элементом передачи питающего тока может быть расположен согласно DE 11 2004 001 448 T5 в любом подходящем месте. Однако любое расположение не возможно на длительный срок для использования в сталеплавильном или прокатном агрегате из-за возникающей там тепловой нагрузки.DE 11 2004 001 448 T5 discloses a machine assembly, for example a vehicle wheel bearing, with wireless sensors that can read data from the bearing assemblies. The sensor signal receiving unit, located at a distance from the wheel bearing, has a supply current transmission element and a sensor signal receiving element. The sensor signal receiving element receives sensor signals from the wireless sensor units, the power transmission element transmits electrical operating power by means of electromagnetic waves to the wireless sensor units. The bearing housing is not disclosed, so that the position of the power transmission element relative to the possible bearing housing cannot be determined. The sensor signal receiving unit with power transmission element can be located according to DE 11 2004 001 448 T5 at any suitable location. However, any arrangement is not possible in the long term for use in a steelmaking or rolling plant due to the thermal load that occurs there.

ЗАДАЧА ИЗОБРЕТЕНИЯOBJECT OF THE INVENTION

Исходя из этого, задача данного изобретения преодолеть недостатки уровня техники и предложить устройство для регистрации и передачи данных подшипника сталеплавильного или прокатного агрегата, которое не имеет источника энергии внутри корпуса подшипника, однако обеспечивает долговременное снабжение блока передачи данных и блока обработки данных энергией и предпочтительно облегчает техническое обслуживание подшипника или корпуса подшипника.On this basis, the object of the present invention is to overcome the shortcomings of the prior art and to provide a device for recording and transmitting data of a bearing of a steelmaking or rolling mill, which does not have a power source inside the bearing housing, however, provides a long-term supply of the data transmission unit and the data processing unit with energy and preferably facilitates maintenance. maintenance of the bearing or bearing housing.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDISCLOSURE OF THE INVENTION

Эта задача решается согласно изобретению с помощью устройства согласно пункту 1 формулы изобретения. Пункт 1 формулы изобретения содержит устройство, включающее в себя, по меньшей мере,This problem is solved according to the invention using a device according to paragraph 1 of the claims. Claim 1 of the claims contains a device that includes at least

- блок приема энергии, который расположен в корпусе подшипника и выполнен для того, чтобы беспроводным образом принимать энергию и (как правило, проводным образом) передавать дальше на блок передачи данных и блок обработки данных, и- a power receiving unit, which is located in the bearing housing and is designed to wirelessly receive energy and (usually by wire) transmit further to the data transmission unit and the data processing unit, and

При этом предусмотрено,At the same time, it is provided

- что источник энергии и блок передачи энергии расположены за переделами корпуса подшипника,- that the power source and the power transmission unit are located outside the bearing housing,

- что блок передачи энергии расположен на или в конструктивном элементе, который примыкает к корпусу подшипника и является частью опорной конструкции сталеплавильного или прокатного агрегата,- that the power transmission unit is located on or in a structural element which is adjacent to the bearing housing and is part of the support structure of the steelmaking or rolling plant,

- что конструктивный элемент выполнен для того, чтобы при демонтаже корпуса подшипника для технического обслуживания оставаться на опорной конструкции сталеплавильного или прокатного агрегата, и— that the structural member is designed to remain on the support structure of the steelmaking or rolling mill when the bearing housing is removed for maintenance, and

- что блок передачи энергии покрыт корпусом подшипника.- that the power transmission unit is covered by the bearing housing.

Источник энергии и блок передачи энергии расположены за переделами корпуса подшипника, причем блок передачи энергии смонтирован таким образом, что при демонтаже корпуса подшипника он остается на месте на опорной конструкции сталеплавильного или прокатного агрегата, и не должны предприниматься отдельные шаги для демонтажа блока передачи энергии с корпуса подшипника. Источник энергии, который, как правило, удален еще дальше от корпуса подшипника, чем блок передачи энергии, остается, следовательно, при демонтаже корпуса подшипника также на месте, например в опорной конструкции сталеплавильного или прокатного агрегата. Если источник энергии удален еще дальше от корпуса подшипника, чем блок передачи энергии, то обеспечено, что источник энергии подвержен в любом случае меньшей тепловой нагрузке, вследствие чего обеспечено долговременное снабжение энергией.The power source and power transfer unit are located outside the bearing housing, with the power transfer unit mounted in such a way that when the bearing housing is removed, it remains in place on the support structure of the steelmaking or rolling unit, and separate steps must not be taken to dismantle the power transfer unit from the housing bearing. The power source, which is generally further away from the bearing housing than the power transmission unit, therefore also remains in place when the bearing housing is dismantled, for example in the support structure of a steelmaking or rolling mill. If the power source is even further away from the bearing housing than the power transmission unit, it is ensured that the power source is in any case subject to less thermal load, whereby a long-term energy supply is ensured.

Корпус подшипника может быть изготовлен из стали. Корпус подшипника может окружать подшипник направляющей ручья установки непрерывной разливки блюмов или слябов. В этом отношении корпус подшипника может быть частью направляющей ручья установки непрерывной разливки блюмов или слябов.The bearing housing can be made of steel. The bearing housing may surround the strand guide bearing of the bloom or slab continuous casting plant. In this regard, the bearing housing can be part of the strand guide of the bloom or slab continuous casting plant.

В качестве датчиков рассматриваются, например, датчики для измерения температуры, давления, ускорения (например, трехосный датчик ускорения) и усилия. Датчик усилия может основываться, например, на пьезоэлектрическом принципе или на принципе емкостной (диэлектрической) технологии измерения. Если предусмотрена смазка или охлаждение подшипника или вращающегося конструктивного элемента, может быть также предусмотрен датчик для контроля смазки или для измерения расхода охлаждающего средства. Принципиально рассматриваются все датчики, которые предоставляют обрабатываемый электроникой сигнал.As sensors are considered, for example, sensors for measuring temperature, pressure, acceleration (eg triaxial acceleration sensor) and force. The force sensor can be based, for example, on the piezoelectric principle or on the principle of capacitive (dielectric) measurement technology. If lubrication or cooling of a bearing or a rotating component is provided, a sensor may also be provided to control the lubrication or to measure the coolant flow rate. In principle, all sensors that provide an electronically processed signal are considered.

Блок обработки данных включает в себя, как правило, по меньшей мере, один процессор (CPU) и память, например, чип памяти, и соединен, как правило, кабелями и/или токопроводящими дорожками печатной платы с датчиком или датчиками. В блоке обработки данных данные измерений могут предварительно обрабатываться, оцифровываться и временно храниться.The data processing unit typically includes at least one processor (CPU) and a memory, such as a memory chip, and is generally connected to the sensor or sensors via cables and/or PCB tracks. In the data processing unit, the measurement data can be pre-processed, digitized and temporarily stored.

Блок передачи данных включает в себя, как правило, антенну, которая соединена с блоком обработки данных, например, кабелем и/или токопроводящей дорожкой печатной платы. Блок передачи данных передает, например, данные, такие как перегрузки, временные средние значения, стандартные отклонения, значения полной амплитуды от максимума до минимума, вместе с уникальной идентификацией (ID) и при необходимости меткой времени на удаленный приемник, например на считывающее устройство с соответствующей антенной. Приемник может быть удален, например, на расстояние от одного до пяти метров, предпочтительно менее тридцати метров, наиболее предпочтительно менее десяти метров, от корпуса подшипника. Блок передачи данных может передавать, например, сигналы с частотой более 800 МГц, в частности более 2,4 ГГц, на приемник. Высокие частоты передачи необходимы, для того, чтобы получать защищенные каналы данных и предотвращать неправильные согласования сигналов или интерференционные ошибки. Передача данных от блока передачи данных на приемник может осуществляться с заданными промежутками времени, например, каждую секунду или каждые 5, 10 или 30 секунд или каждые 60 или большее количество секунд или по запросу приемника. Приемник может обрабатывать данные от нескольких блоков передачи данных. Приемник или соединенный с ним передатчик может затем передавать данные дальше в облако данных (Datencloud), где они могут затем храниться, дополнительно обрабатываться и использоваться для контроля и управления вращающимися конструктивными элементами.The data transmission unit generally includes an antenna, which is connected to the data processing unit, for example by a cable and/or a PCB track. The data communication unit transmits, for example, data such as overloads, time averages, standard deviations, peak-to-peak peak-to-peak values, together with a unique identification (ID) and optionally a timestamp, to a remote receiver, such as a reader with an appropriate antenna. The receiver can be removed, for example, from one to five meters, preferably less than thirty meters, most preferably less than ten meters, from the bearing housing. The data transmission unit can transmit, for example, signals with a frequency of more than 800 MHz, in particular more than 2.4 GHz, to the receiver. High transmission frequencies are necessary in order to receive secure data channels and prevent mismatches or interference errors. The transmission of data from the data transmission unit to the receiver may occur at predetermined intervals, such as every second, or every 5, 10, or 30 seconds, or every 60 or more seconds, or at the request of the receiver. The receiver can process data from multiple data blocks. The receiver or a transmitter connected to it can then transmit the data further to the data cloud (Datencloud), where it can then be stored, further processed and used to control and control rotating structural elements.

Блок приема энергии передает далее принятую беспроводным образом энергию, как правило, по кабелю или токопроводящей дорожке печатной платы на блок передачи данных, память и блок обработки данных.The energy receiving unit further transmits the wirelessly received energy, usually via a cable or a conductive path of a printed circuit board, to a data transmission unit, a memory and a data processing unit.

Блок обработки данных, то есть, например, CPU и память, и блок передачи данных, то есть, например, антенна, и блок приема энергии могут быть реализованы на общей печатной плате. Эта общая печатная плата может физически состоять из нескольких компоновочных узлов, которые механически соединены друг с другом. Общая печатная плата имеет предпочтительно площадь менее 4000 мм², то есть имеет, например, размеры менее 50×80 мм. Печатная плата имеет еще предпочтительнее площадь менее 3000 мм², то есть, например, размеры менее 40×75 мм, еще более предпочтительно менее 1800 мм², то есть, например, размеры менее 30×60 мм. Таким образом, печатная плата размещается в крайне небольшой выемке корпуса подшипника. В этом отношении также предпочтительно, если печатная плата вместе с находящимися на ней электронными конструктивными элементами имеет высоту менее 18 мм, в частности менее 13 мм, наиболее предпочтительно менее 9 мм.A data processing unit, that is, for example, a CPU and a memory, and a data transmission unit, that is, for example, an antenna, and a power receiving unit, may be implemented on a common printed circuit board. This common printed circuit board may be physically composed of several subassemblies that are mechanically connected to each other. The overall printed circuit board preferably has an area of less than 4000 mm ² , that is, for example, it has dimensions of less than 50×80 mm. The printed circuit board has even more preferably an area of less than 3000 mm ² , ie, for example, dimensions less than 40×75 mm, even more preferably less than 1800 mm ² , ie, for example, dimensions less than 30×60 mm. Thus, the printed circuit board is placed in an extremely small recess in the bearing housing. In this regard, it is also preferred if the printed circuit board, together with the electronic components located thereon, has a height of less than 18 mm, in particular less than 13 mm, most preferably less than 9 mm.

Соответственно может быть предусмотрено, что общая печатная плата расположена в выемке корпуса подшипника, причем выемка имеет максимальное поперечное сечение менее 4000 мм², предпочтительно менее 3000 мм², наиболее предпочтительно менее 1800 мм².Accordingly, it can be provided that the common printed circuit board is located in a recess in the bearing housing, the recess having a maximum cross section of less than 4000 mm ² , preferably less than 3000 mm ² , most preferably less than 1800 mm ² .

Источник энергии может быть соединен с блоком передачи энергии кабелем, например, двухжильным или трехжильным кабелем. Источник энергии может быть батарей с напряжением между 5 и 48 В, например, с напряжением в 5 В, 9 В, 12 В, 24 В или 48 В. Источник энергии и/или блок передачи энергии обладает, как правило, преобразователем постоянного напряжения в переменное напряжение.The energy source can be connected to the power transmission unit by a cable, such as a two-wire or three-wire cable. The energy source can be batteries with a voltage between 5 and 48 V, for example, with a voltage of 5 V, 9 V, 12 V, 24 V or 48 V. The energy source and/or power transmission unit usually has a DC-to-DC converter. AC voltage.

Согласно изобретению предусмотрено, что блок передачи энергии покрыт корпусом подшипника. То есть корпус подшипника экранирует блок передачи энергии от - установленного на подшипнике корпуса подшипника - вращающегося конструктивного элемента, который конструктивный элемент подвержен в прокатном или сталелитейном агрегате часто большой тепловой нагрузке. Другими словами, во время эксплуатации соответствующего изобретению устройства корпус подшипника расположен между блоком передачи энергии и вращающимся конструктивным элементом, если смотреть в направлении, перпендикулярном к оси вращения вращающегося конструктивного элемента.According to the invention, it is provided that the power transmission unit is covered by a bearing housing. That is to say, the bearing housing shields the power transmission unit from - the bearing housing mounted on the bearing - a rotating structural element, which the structural element is subjected to in a rolling or steel mill often to a high thermal load. In other words, during operation of the device according to the invention, the bearing housing is located between the power transmission unit and the rotating structure, as viewed in a direction perpendicular to the axis of rotation of the rotating structure.

Для того чтобы достигать короткого пути передачи между блоком приема энергии в корпусе подшипника и блоком передачи энергии в конструктивном элементе, может быть предусмотрено, что блок приема энергии в корпусе подшипника и блок передачи энергии в конструктивном элементе расположены в каждом случае близко к поверхности и близко друг к другу. То есть блок приема энергии расположен близко к той поверхности корпуса подшипника, которая обращена к конструктивному элементу, в то время как блок передачи энергии расположен близко к той поверхности конструктивного элемента, которая обращена к корпусу подшипника. Расстояние между блоком приема энергии и блоком передачи энергии должно быть минимально возможным, например, между 0 и 100 мм, в частности между 0,1 и 8 мм, наиболее предпочтительно между 0,2 и 3 мм. В направлении оси вращения вращающегося конструктивного элемента блок приема энергии и блок передачи энергии должны при этом перекрывать друг друга, предпочтительно покрывать друг друга. Однако не исключено, что блок приема энергии и блок передачи энергии не перекрывают друг друга, то есть блок передачи энергии расположен примерно рядом с корпусом подшипника.In order to achieve a short transmission path between the power receiving unit in the bearing housing and the power transmitting unit in the structural element, it can be provided that the power receiving unit in the bearing housing and the power transmission unit in the structural element are in each case close to the surface and close to each other. to friend. That is, the power receiving unit is located close to that surface of the bearing housing that faces the structural element, while the power transmission unit is located close to that surface of the structural element that faces the bearing housing. The distance between the power receiving unit and the power transmitting unit should be as small as possible, for example between 0 and 100 mm, in particular between 0.1 and 8 mm, most preferably between 0.2 and 3 mm. In the direction of the axis of rotation of the rotating component, the power receiving unit and the power transmitting unit must in this case overlap each other, preferably overlap each other. However, it is possible that the power receiving unit and the power transmitting unit do not overlap, that is, the power transmitting unit is located approximately next to the bearing housing.

Вариант осуществления изобретения заключается в том, что блок передачи энергии расположен в выемке конструктивного элемента, которая в рабочем состоянии устройства ориентирована по направлению к корпусу подшипника. То есть в этом случае не предусмотрен материал конструктивного элемента между блоком передачи энергии и корпусом подшипника, передача энергии до корпуса подшипника осуществляется по воздуху. Однако для защиты от воздействий окружающей среды блок передачи энергии мог бы быть залит пластиком или смолой. Размеры залитого блока передачи энергии соответствуют в этом случае предпочтительно размерам выемки в том отношении, что залитый блок передачи энергии может либо с незначительными зазорами, либо конгруэнтно с геометрическим замыканием укладываться в выемку или вставляться через отверстие доступа в выемку.An embodiment of the invention lies in the fact that the power transmission unit is located in a recess of the structural element, which in the operating state of the device is oriented towards the bearing housing. That is, in this case, the material of the structural element between the energy transfer unit and the bearing housing is not provided, the energy transfer to the bearing housing is carried out by air. However, for environmental protection, the power transmission unit could be molded with plastic or resin. The dimensions of the encapsulated power transmission unit in this case preferably correspond to the dimensions of the recess in that the encapsulated energy transmission unit can either be placed in the recess or be inserted through the access opening into the recess either with small gaps or congruently positively locking.

Соответственно, может быть также предусмотрено, что блок приема энергии расположен в выемке корпуса подшипника, которая в рабочем состоянии устройства ориентирована по направлению к конструктивному элементу. Таким образом, обеспечено, что материал корпуса подшипника не находится между блоком приема энергии и конструктивным элементом, и передача энергии до конструктивного элемента может осуществляться поэтому без электромагнитных помех.Accordingly, it can also be provided that the energy receiving unit is located in a recess in the bearing housing, which is oriented towards the structural element in the operating state of the device. In this way, it is ensured that the material of the bearing housing is not located between the energy receiving unit and the structural element, and the transmission of energy up to the structural element can therefore take place without electromagnetic interference.

Предпочтительно, если и блок передачи энергии, и блок приема энергии расположены в каждом случае в соответствующей выемке (то есть в выемке, открытой и ориентированной по направлению к другой выемке), так как в этом случае передача энергии осуществляется полностью без помех и не заглушается частями корпуса подшипника или конструктивного элемента.It is preferable if both the power transmission unit and the power receiving unit are located in each case in a respective recess (i.e. in a recess open and oriented towards the other recess), since in this case the power transmission is completely unobstructed and is not obstructed by parts bearing housing or structural element.

В случае установки непрерывной разливки может быть предусмотрено, что источник энергии является батареей сегмента установки непрерывной разливки или снабжением переменным напряжением (например, в 230 или 400 В) сегмента установки непрерывной разливки, который сегмент включает в себя один или несколько направляющих роликов ручья, и соединен электрической линией с блоком передачи энергии.In the case of a continuous casting plant, it can be provided that the power source is a battery of a segment of a continuous casting plant or an alternating voltage supply (for example, 230 or 400 V) of a segment of a continuous casting plant, which segment includes one or more guide rollers of the strand, and is connected electric line with power transmission unit.

Вариант осуществления изобретения заключается в том, что блок передачи энергии и блок приема энергии выполнены для того, чтобы энергию передавать и соответственно принимать посредством индуктивной связи, в частности резонансной индуктивной связи.An embodiment of the invention consists in the fact that the power transmission unit and the power reception unit are designed to transmit energy and respectively receive it via inductive coupling, in particular resonant inductive coupling.

При индуктивной передаче энергии создается в передатчике при помощи осциллятора переменное магнитное поле. Передача осуществляется за счет взаимной индукции между двумя катушками, катушкой в передатчике и катушкой в приемнике. В приемной катушке индуцируется благодаря переменному току в передающей катушке переменное напряжение, которое в случаях применения, как например зарядка аккумуляторов, выпрямляется и подается в виде постоянного напряжения потребителю. Расстояние между обеими катушками представляет собой путь беспроводной передачи и должно быть минимально возможным - типичным является расстояние от нескольких миллиметров до нескольких 10 мм. С увеличением расстояния между обеими катушками сильно увеличивается поток рассеяния, вследствие чего индуктивная связь уменьшается, и коэффициент полезного действия понижается. Типичные расстояния, которые могут покрываться этим способом, составляют примерно от диаметра катушки до двойного диаметра катушки, использованный частотный диапазон распространяется от нескольких 10 кГц до мегагерцового диапазона.With inductive power transmission, an alternating magnetic field is created in the transmitter using an oscillator. Transmission is by mutual induction between two coils, a coil in the transmitter and a coil in the receiver. In the receiving coil, an alternating voltage is induced in the transmitting coil, which, in applications such as battery charging, is rectified and supplied as a direct voltage to the consumer. The distance between both coils represents the wireless transmission path and should be kept as short as possible - a few millimeters to a few 10mm are typical. As the distance between the two coils increases, the leakage flux increases greatly, as a result of which the inductive coupling decreases, and the efficiency decreases. Typical distances that can be covered by this method are from about the coil diameter to twice the coil diameter, the frequency range used extends from a few 10 kHz to the megahertz range.

Резонансная индуктивная связь представляет собой расширение индуктивной связи, для того чтобы увеличивать лишь незначительный радиус действия. Для этого в свободном пространстве между передающей и приемной катушками размещается один или несколько свободных колебательных контуров. Каждый из этих колебательных контуров состоит из конденсатора и катушки, резонансная частота которых согласована с частотой передачи. Резонанс между колебательными контурами приводит к улучшенной магнитной связи между передающей и приемной катушками при частоте передачи, что влечет за собой больший радиус действия и повышенный коэффициент полезного действия. Беспроводная передача энергии возможна тем самым на расстояние в порядке величины от 4-х до 10-и кратного диаметра катушки.Resonant inductive coupling is an extension of inductive coupling in order to increase only a small range. To do this, one or more free oscillatory circuits are placed in the free space between the transmitting and receiving coils. Each of these oscillatory circuits consists of a capacitor and a coil whose resonant frequency is matched to the transmission frequency. Resonance between the oscillating circuits results in improved magnetic coupling between the transmitting and receiving coils at the transmitting frequency, which entails greater range and increased efficiency. Wireless transmission of energy is thus possible over a distance in the order of magnitude from 4 to 10 times the coil diameter.

Стандартизованная технология передачи, которая может использоваться для данного изобретения, известна как Qi. Qi - это проприетарный стандарт от “Wireless Power Consortiums” для беспроводной передачи энергии при помощи электромагнитной индукции на короткие расстояния.The standardized transmission technology that can be used for this invention is known as Qi. Qi is a proprietary standard from "Wireless Power Consortiums" for wireless power transmission using electromagnetic induction over short distances.

Вариант осуществления изобретения заключается в том, что блок передачи энергии и блок приема энергии выполнены таким образом, что передача энергии осуществляется с частотой, большей или равной 100 кГц, в частности больше 300 кГц.An embodiment of the invention consists in the fact that the power transmission unit and the power reception unit are designed in such a way that the power transmission takes place at a frequency greater than or equal to 100 kHz, in particular greater than 300 kHz.

Изобретение охватывает также применение соответствующего изобретению устройства для регистрации и передачи данных подшипника сталеплавильного или прокатного агрегата. Применение включает в себя таким образомThe invention also covers the use of the device according to the invention for recording and transmitting bearing data in a steelmaking or rolling mill. Application includes in this way

- корпус подшипника с подшипником для вращающихся конструктивных элементов,- bearing housing with bearing for rotating structural elements,

- по меньшей мере, один датчик с блоком обработки данных, которые оба расположены в корпусе подшипника и регистрируют и хранят данные подшипника,- at least one sensor with a data processing unit, which are both located in the bearing housing and register and store bearing data,

- блок передачи данных, который расположен в корпусе подшипника и передает беспроводным образом данные датчика на удаленный приемник,- a data communication unit, which is located in the bearing housing and transmits sensor data wirelessly to a remote receiver,

- блок приема энергии, который расположен в корпусе подшипника и беспроводным образом принимает энергию и передает дальше (как правило, проводным образом) на блок передачи данных и блок обработки данных,- an energy receiving unit, which is located in the bearing housing and wirelessly receives energy and transmits further (usually by wire) to the data transmission unit and the data processing unit,

- источник энергии с блоком передачи энергии, который беспроводным образом снабжает энергией блок приема энергии,- a power source with a power transmission unit that wirelessly supplies power to the power receiving unit,

- опорную конструкцию сталеплавильного или прокатного агрегата. При этом предусмотрено,- the supporting structure of the steel-smelting or rolling unit. At the same time, it is provided

- что блок передачи энергии расположен на или в конструктивном элементе, который примыкает к корпусу подшипника и является частью опорной конструкции сталеплавильного или прокатного агрегата, причем конструктивный элемент выполнен для того, чтобы при демонтаже корпуса подшипника для технического обслуживания оставаться на опорной конструкции сталеплавильного или прокатного агрегата, и- that the power transmission unit is located on or in a structural element which is adjacent to the bearing housing and is part of the support structure of the steelmaking or rolling plant, the structural element being designed to remain on the support structure of the steelmaking or rolling plant when the bearing housing is removed for maintenance , and

При помощи данного изобретения измеренные значения датчиков в корпусе подшипника любых направляющих ручья могут непрерывно передаваться на приемник, что позволяет непрерывно контролировать состояние подшипника или корпуса подшипника многих направляющих ручья, так что измеренные значения и полученные из них величины имеются в режиме реального времени в распоряжении для системы автоматизации (уровень 1 и уровень 2) сталеплавильного или прокатного агрегата, а также для контроля отклонений в производстве. Тем самым могут, например, делаться прогнозы для будущих выходов из строя, или могут планироваться работы по техническому обслуживанию.By means of the present invention, the measured values of the sensors in the bearing housing of any guideways can be continuously transmitted to the receiver, which makes it possible to continuously monitor the condition of the bearing or bearing housing of many guideways, so that the measured values and the quantities derived from them are available in real time to the system. automation (level 1 and level 2) of a steelmaking or rolling plant, as well as to control deviations in production. In this way, for example, forecasts can be made for future failures, or maintenance work can be planned.

Обработка измеренных значений происходит, как правило, в облаке данных, где данные при помощи подходящих программных приложений передаются на системы управления сталеплавильного или прокатного агрегата и/или обслуживающему персоналу или руководителям производства или руководителям компании.The processing of the measured values usually takes place in a data cloud, where the data is transmitted via suitable software applications to the control systems of the steelmaking or rolling plant and/or to operating personnel or production or company managers.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУРBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Изобретение поясняется теперь более подробно на основе примеров осуществления. Изображения являются примерными и, хотя и должны разъяснять идею изобретения, тем не менее они не ограничивают ее или даже не воспроизводят в окончательном виде.The invention is now explained in more detail on the basis of exemplary embodiments. The illustrations are exemplary and although they should explain the idea of the invention, they do not limit it or even reproduce it in its final form.

При этом показаны:It shows:

фиг. 1 - схематичный вид направляющего ролика ручья в продольном разрезе;fig. 1 is a schematic view of the guide roller of the stream in longitudinal section;

фиг. 2 - поперечный разрез корпуса подшипника направляющего ролика ручья; иfig. 2 - cross section of the bearing housing of the guide roller of the stream; and

фиг. 3 - система датчиков в корпусе подшипника.fig. 3 - sensor system in the bearing housing.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯIMPLEMENTATION OF THE INVENTION

Направляющие ролики 19 ручья используются в установке непрерывной разливки для направления и поддержания выходящего из кристаллизатора непрерывной разливки, по меньшей мере, частично затвердевшего металлического ручья и известны как таковые во многих различных конструкциях. В зависимости от ширины отлитого металлического ручья направляющие ролики 19 ручья имеют двойную или большую установку на подшипниках. Под воздействием горячего и тяжелого металлического ручья направляющие ролики 19 ручья подвержены высоким тепловым и механическим нагрузкам, которые требуют текущего технического ухода и тем самым сменных работ на установке непрерывной разливки. Фиг. 1 показывает на схематичном изображении направляющий ролик 19 ручья с тройной установкой на подшипниках, который используется в направляющей ручья установки непрерывной разливки, и который, как правило, изготовлен и смонтирован из стандартных конструктивных элементов, предварительно изготовленных конструктивных элементов и частично обработанных конструктивных элементов. Направляющий ролик ручья включает в себя в данном случае две оболочки 1, 2 ролика, которые опираются на опорные валы 3, 4, 5. Опорные валы переходят в цапфы 6, 7, 8, 9 опорного вала, которые вдаются в выемки оболочек 1, 2 ролика и образуют с ними соединение без возможности поворота. Опорные валы 3, 4, 5 поддерживаются в подшипниковых узлах 10, 11, 12, состоящих в каждом случае из подшипника 13 качения и корпуса 14 подшипника, который обозначается также как постель подшипника. Направляющий ролик ручья пронизан центральным сквозным каналом 15 охлаждающего средства и на торцах соединен с вращающимися вводами 16, 17 для подвода и отвода охлаждающего средства. Оболочки 1, 2 ролика имеют износостойкий поверхностный слой 18, который повышает срок службы направляющего ролика ручья.Strand guide rollers 19 are used in a continuous casting machine to guide and support the at least partially solidified metal strand exiting the continuous casting mold and are known as such in many different designs. Depending on the width of the cast metal strand, the guide rollers 19 of the strand are mounted double or large on bearings. Under the influence of the hot and heavy metal strand, the strand guide rollers 19 are subjected to high thermal and mechanical loads, which require routine maintenance and thus shift work in the continuous casting plant. Fig. 1 shows in a schematic representation a triple-mounted, bearing-mounted strand guide roller 19 which is used in a strand guide of a continuous casting plant, and which is generally manufactured and assembled from standard structural elements, prefabricated structural elements and partially machined structural elements. The guide roller of the stream includes in this case two shells 1, 2 of the roller, which are supported on the support shafts 3, 4, 5. The support shafts pass into the trunnions 6, 7, 8, 9 of the support shaft, which protrude into the recesses of the shells 1, 2 roller and form a connection with them without the possibility of rotation. Support shafts 3, 4, 5 are supported in bearing assemblies 10, 11, 12, each consisting of a rolling bearing 13 and a bearing housing 14, which is also referred to as a bearing bed. The guide roller of the stream is penetrated by a central through channel 15 of the coolant and is connected at the ends to the rotating inputs 16, 17 for supplying and discharging the coolant. The roller shells 1, 2 have a wear-resistant surface layer 18, which increases the service life of the guide roller of the strand.

Конструкция направляющего ролика 19 ручья не существенна для данного изобретения, не должно также обязательно предусматриваться охлаждение.The design of the guide roller 19 of the groove is not essential to the present invention, nor should it necessarily be provided for cooling.

На фиг. 2 изображен поперечный разрез корпуса 14 подшипника. Подшипник 13 не изображен. Корпус 14 подшипника установлен на конструктивном элементе 20, который является в данном случае промежуточной плитой. Промежуточная плита 20 закреплена на опорной конструкции 21. Опорная конструкция 21 может быть сегментом установки непрерывной разливки, который поддерживает несколько направляющих роликов 19 ручья. Корпус 14 подшипника покрывает промежуточную плиту 20, так что она по существу не видна с оси вращения направляющего ролика 19 ручья. В случае фиг. 2 корпус 14 подшипника окружает промежуточную плиту 20 также частично сбоку.In FIG. 2 shows a cross section of the bearing housing 14. Bearing 13 is not shown. The bearing housing 14 is mounted on a structural element 20, which in this case is an intermediate plate. The intermediate plate 20 is fixed to the support structure 21. The support structure 21 may be a segment of a continuous casting machine that supports a plurality of guide rollers 19 of the strand. The bearing housing 14 covers the intermediate plate 20 so that it is essentially invisible from the axis of rotation of the guide roller 19 of the groove. In the case of FIG. 2, the bearing housing 14 surrounds the intermediate plate 20, also partly laterally.

В корпусе 14 подшипника предусмотрена рядом с его нижней стороной выемка 23, в которую может вставлять печатная плата, на которой смонтирован блок обработки данных, то есть, например, CPU и память, блок передачи данных, то есть, например, антенна, и блок приема энергии. Печатная плата имеет площадь менее 4000 мм², предпочтительно менее 3000 мм², наиболее предпочтительно менее 1800 мм², и, включая находящиеся на ней электронные конструктивные элементы, высоту менее 18 мм, в частности менее 13 мм, наиболее предпочтительно менее 9 мм. Печатная плата соединена электрическими линиями в виде проводов с соответствующими датчиками, которые расположены в другом месте в корпусе 14 подшипника, например, ближе к подшипнику. Датчики, которые расположены на печатной плате, находятся в соединении с блоком обработки данных соответственно при помощи токопроводящих дорожек печатной платы.A recess 23 is provided in the bearing housing 14 near its underside, into which a printed circuit board can be inserted, on which a data processing unit, i.e., for example, a CPU and memory, a data transmission unit, i.e., for example, an antenna, and a reception unit are mounted. energy. The printed circuit board has an area of less than 4000 mm ² , preferably less than 3000 mm ² , most preferably less than 1800 mm ² , and, including the electronic components thereon, a height of less than 18 mm, in particular less than 13 mm, most preferably less than 9 mm. The printed circuit board is connected by electrical lines in the form of wires to the corresponding sensors, which are located elsewhere in the bearing housing 14, for example closer to the bearing. The sensors, which are located on the printed circuit board, are connected to the data processing unit, respectively, using conductive tracks on the printed circuit board.

Блок приема энергии расположен, в частности на печатной плате, таким образом, что он находится рядом с промежуточной плитой 20, в частности блок приема энергии расположен в той части выемки 23, которая представляет собой проем к промежуточной плите 20. Выемка 23 открыта в остальном сбоку, для того чтобы была возможность вставлять печатную плату в корпус 14 подшипника.The energy receiving unit is located, in particular on the printed circuit board, in such a way that it is adjacent to the intermediate plate 20, in particular the energy receiving unit is located in that part of the recess 23 which is the opening to the intermediate plate 20. The recess 23 is otherwise open at the side. , in order to be able to insert the printed circuit board into the bearing housing 14.

Блок 22 передачи энергии расположен в выемке промежуточной плиты 20, которая открыта по направлению к корпусу 14 подшипника. Блок 22 передачи энергии присоединен электрической линией 24 к служащей в качестве источника энергии батарее 25, которая согласована с сегментом установки непрерывной разливки.The power transmission unit 22 is located in a recess in the intermediate plate 20 which is open towards the bearing housing 14 . The power transmission unit 22 is connected by an electrical line 24 to a battery 25 serving as a power source, which is matched to the segment of the continuous casting plant.

Если корпус 14 подшипника демонтируется для технического обслуживания, блок 22 передачи энергии остается в промежуточной плите 20 и тем самым на опорной конструкции 21, батарея 25, которая служит для приведения в движение и регулировки направляющего ролика 19 ручья, и без того остается на опорной конструкции 21 или на другом, согласованном с сегментом установки непрерывной разливки месте.If the bearing housing 14 is dismantled for maintenance, the power transmission unit 22 remains in the intermediate plate 20 and thus on the support structure 21, the battery 25, which serves to drive and adjust the guide roller 19, remains on the support structure 21 anyway. or at another location agreed with the segment of the continuous casting plant.

На фиг. 3 показан разрез корпуса 14 подшипника. На изображении в разрезе изображено место для первого датчика 26, а также соответствующая канавка 27 для проводника, в которой может прокладываться соответствующий проводник для соединения первого датчика 26 с не изображенной здесь, расположенной в выемке 23 печатной платой для передачи сигналов. Для второго датчика 28 также предусмотрена соответствующая канавка 29 для проводника для соединения второго датчика 28 с не изображенной здесь печатной платой в выемке 23 для передачи сигналов.In FIG. 3 shows a section of the bearing housing 14. The sectional view shows the location for the first sensor 26, as well as the corresponding conductor groove 27, in which a suitable conductor can be routed to connect the first sensor 26 to the signal circuit board located in the recess 23, not shown here. A corresponding conductor groove 29 is also provided for the second sensor 28 for connecting the second sensor 28 to a printed circuit board, not shown here, in the signaling recess 23 .

Выемка 23 открыта вниз, так что может осуществляться индуктивная связь между блоком 22 передачи энергии, см. фиг. 2, и блоком приема энергии, который расположен в выемке 23. Блок обработки данных, блок передачи данных и блок приема энергии расположены на общей печатной плате, которая может укладываться здесь снизу в выемку 23.The recess 23 is open downwards so that an inductive connection between the power transmission unit 22 can take place, see FIG. 2 and an energy receiving unit, which is located in the recess 23. The data processing unit, the data transmission unit and the energy receiving unit are located on a common printed circuit board, which can fit here from below into the recess 23.

Если печатная плата выставлена на фиг. 3 горизонтально в выемку 23, то блок приема энергии располагается на нижней стороне печатной платы, так что он находится рядом с изображенной на фиг. 2 промежуточной плитой 20.If the printed circuit board is exposed in FIG. 3 horizontally into recess 23, the power receiving unit is placed on the underside of the circuit board so that it is next to the one shown in FIG. 2 intermediate plate 20.

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙLIST OF REFERENCES

1, 2 оболочки ролика1, 2 shell roller

3, 4, 5 опорные валы3, 4, 5 support shafts

10, 11, 12 подшипниковые узлы10, 11, 12 bearing units

13 подшипник (подшипник качения)13 bearing (rolling bearing)

14 корпус подшипника14 bearing housing

15 канал охлаждающего средства15 coolant channel

16, 17 вращающиеся вводы16, 17 rotary entries

18 износостойкий поверхностный слой18 wear-resistant surface layer

19 направляющий ролик ручья (вращающийся конструктивный элемент)19 guide roller of the stream (rotating structural element)

20 промежуточная плита (конструктивный элемент)20 intermediate plate (structural element)

21 опорная конструкция21 support structure

22 блок передачи энергии22 power transmission unit

23 выемка в корпусе 14 подшипника23 notch in bearing housing 14

24 электрическая линия24 electric line

25 батарея (источник энергии)25 battery (energy source)

26 первый датчик26 first sensor

27 канавка для проводника27 conductor groove

28 второй датчик28 second sensor

29 канавка для проводника.29 conductor groove.

Claims

1. A device for recording and transmitting data on the state of the bearing (13) of a steel-smelting or rolling unit, containing

- a sensor with a data processing unit for recording and storing data on the state of the bearing (13), which are configured to be located in the bearing housing (14),

- a data transmission unit, which is configured to wirelessly transmit sensor data to a remote receiver and with the possibility of being located in the bearing housing (14),

- an energy receiving unit, which is configured to wirelessly receive energy and transmit it to the data transmission unit and the data processing unit and with the possibility of being located in the bearing housing (14),

- a power source (25) with a power transmission unit (22), which is configured to wirelessly supply power to the power receiving unit,

different in that

- that the power transmission unit (22) is configured to be located coated with the bearing housing (14) on or in a structural element (20) that is adjacent to the bearing housing (14) and is part of the support structure (21) of the steelmaking or rolling unit, not disconnected from it during maintenance, while the source (25) of energy is located outside the housing (14) of the bearing.

2. The device according to claim 1, characterized in that the energy receiving unit and the energy transmission unit (22) are located in such a way as to ensure appropriate interaction with each other.

3. The device according to claim 1 or 2, characterized in that the power transmission unit (22) is arranged in a recess of the structural element (20), which is oriented towards the bearing housing (14) in operation.

4. The device according to any one of paragraphs. 1-3, characterized in that the energy source (25) is made in the form of a battery of the segment of the continuous casting installation or a line for supplying alternating voltage to the segment of the continuous casting installation, while the energy source (25) is connected by means of an electric line (24) to the block (22 ) energy transfer.

5. The device according to any one of paragraphs. 1-4, characterized in that the energy transmission unit (22) and the energy reception unit are configured to transmit and, accordingly, receive energy via inductive coupling, in particular resonant inductive coupling.

6. The device according to any one of paragraphs. 1-5, characterized in that the power transmission unit (22) and the power reception unit are configured to transmit power at a frequency greater than or equal to 100 kHz, in particular greater than 300 kHz.

7. The device according to any one of paragraphs. 1-6, characterized in that the data processing unit, the data transmission unit and the power reception unit are located on a common printed circuit board.

8. The device according to claim 7, characterized in that the common printed circuit board is arranged in the recess of the bearing housing (14), and the printed circuit board has an area of less than 4000 mm ² , preferably less than 3000 mm ² , most preferably less than 1800 mm ² .

9. The device according to any one of paragraphs. 1-8, characterized in that the data transmission unit is configured to transmit data to a remote receiver at a frequency greater than or equal to 800 MHz, in particular greater than or equal to 2.4 GHz.