SE447163B

SE447163B - MONITORING FOR A ROLLING STOCK

Info

Publication number: SE447163B
Application number: SE8406620A
Authority: SE
Inventors: J A T Loodberg; P Walderyd
Original assignee: Scaniainventor Ab
Priority date: 1984-12-27
Filing date: 1984-12-27
Publication date: 1986-10-27
Also published as: NO863423L; DK407886D0; JPS62501378A; SE8406620L; FI872662A0; SE8406620D0; WO1986004138A1; NO863423D0; FI872662A; EP0244410A1; DK407886A

Description

447 163 10 15 20 25 30 35 2 I eller vid ringen kan vidare en rullkropparnas passerande detekterande givare vara monterad, vilken kan utgöras av ett Hallelement, varvid en spole eller en permanent- magnet är monterad i ringen för alstring av ett genom rullkropparna passerande magnetfält. 447 163 10 15 20 25 30 35 2 In or near the ring, a passing detecting sensor of the roller bodies may further be mounted, which may be constituted by a Hall element, a coil or a permanent magnet being mounted in the ring for generating a magnetic field passing through the roller bodies. .

Ringen kan även användas som bärare för ett magnet- fältsalstrande organ, vilket alstrar ett genom åtminstone en av rullkropparna passerande magnetfält, samt en magnet- fältsdetektor, t ex ett Hallelement, för detektering av magnetfältets styrka. Härigenom möjliggöres en be- stämning av smörjfilmstillstàndet liksom av vibrationer och varvtal. Magnetfältet är fördelaktigt framför ett elektriskt fält genom att det är känsligt för små av- stàndsvariationer i närheten av det magnetfältsalstrande organet och relativt okänsligt för den magnetiska kretsens utseende på avstånd från detsamma.The ring can also be used as a carrier for a magnetic field generating member, which generates a magnetic field passing through at least one of the roller bodies, and a magnetic field detector, for example a Hall element, for detecting the strength of the magnetic field. This enables a determination of the lubrication film condition as well as of vibrations and speeds. The magnetic field is advantageous over an electric field in that it is sensitive to small distance variations in the vicinity of the magnetic field generating means and relatively insensitive to the appearance of the magnetic circuit at a distance therefrom.

För att göra övervakningsdonet enligt uppfinningen självförsörjande kan vidare ringen eller ringhållaren vara förbunden med en elgenerator, vilken som drivkälla har de medelst lagret inbördes rörliga delarna. För angivande av en eller flera lagerparametrar, som är framtagna utifrån givarens eller givarnas utsígnaler, kan också en indikator vara anordnad på själva lagret eller skilt från detta.In order to make the monitoring device according to the invention self-sufficient, the ring or ring holder can furthermore be connected to an electricity generator, which as the drive source has the mutually movable parts by means of the bearing. For indicating one or more bearing parameters, which are produced on the basis of the sensor or sensors' output signals, an indicator can also be arranged on the bearing itself or separately from it.

Det uppfinníngsenliga övervakningsdonet möjliggör således en noggrann avkänning av exempelvis lagertempe- ratur, lagervibrationer och smörjfilmstillstånd. Även varvtalet för lagrets olika delar kan bestämmas. Över- vakningsdonet är vidare fördelaktigt genom att det är användbart vid standardlager. Samma givare och samma elektronik kan också användas för olika lagerstorlekar.The monitoring device according to the invention thus enables an accurate detection of, for example, bearing temperature, bearing vibrations and lubricating film conditions. The speed of the different parts of the bearing can also be determined. The monitoring device is further advantageous in that it is useful in standard bearings. The same sensor and the same electronics can also be used for different bearing sizes.

Givardelen kan slutligen göras lätt utbytbar och robust.The sensor part can finally be made easily replaceable and robust.

Uppfinningen skall beskrivas närmare i det följande under hänvisning till medföljande ritningar. Fig l visar i axiellt snitt ett lager med en utföringsform av det uppfinningsenliga övervakningsdonet. Fig 2 är en tvär- "- f. 1.7* 10 15 20 25 30 35 447 163 3 snittsvy längs linjen II-II i fig 1. Fig 3, 4 och 5 är partiella tvärsnittsvyer av en i donet ingående ring och visar placeringen av olika givare i denna.The invention will be described in more detail in the following with reference to the accompanying drawings. Fig. 1 shows in axial section a bearing with an embodiment of the monitoring device according to the invention. Fig. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in Fig. 1. Figs. 3, 4 and 5 are partial cross-sectional views of a ring included in the device and show the location of different sensors in this.

Fig 6 är ett ekvivalent elektriskt schema för en variant av övervakningsdonet enligt uppfinningen.Fig. 6 is an equivalent electrical diagram for a variant of the monitoring device according to the invention.

I fig 1 visas ett lager för en axel l, vilket lager innefattar ett lagerhus 2 och själva rullningslagret med en yttre lagerring 3, en inre lagerring 4 samt rull- kroppar 5, i detta fall kulor. Den yttre lagerringen 3 är fast monterad i lagerhuset 2 och den inre lager- ringen 5 är fast monterad på axeln l, så att kulorna 5 rullar på den av den yttre lagerringens insida bildade lagerbanan 6 och på den av den inre lagerringens 4 utsida bildade lagerbanan 7. En i lagret ingående kullager- hållare är ej visad.Fig. 1 shows a bearing for a shaft 1, which bearing comprises a bearing housing 2 and the rolling bearing itself with an outer bearing ring 3, an inner bearing ring 4 and roller bodies 5, in this case balls. The outer bearing ring 3 is fixedly mounted in the bearing housing 2 and the inner bearing ring 5 is fixedly mounted on the shaft 1, so that the balls 5 roll on the bearing track 6 formed by the inside of the outer bearing ring and on the bearing track formed by the outside of the inner bearing ring 4. 7. A ball bearing holder included in the bearing is not shown.

Enligt uppfinningen är i lagerhuset 2 fast monterad en hållare 8, vilken är ringformig med ett genomgående hål för axeln 1. Hållaren 8 är monterad vid sidan av lagret 3-7 och har i sin mot lagret 3-7 vända yta ett cirkelformigt spår 9, som upptar en ring 10. Ringens 10 mot kulorna 5 vända sida är skålad med en radie, som väsentligen motsvarar och företrädesvis är större än kulornas 5 radie.According to the invention, a holder 8 is fixedly mounted in the bearing housing 2, which is annular with a through hole for the shaft 1. The holder 8 is mounted next to the bearing 3-7 and has a circular groove 9 in its surface facing the bearing 3-7. which occupies a ring 10. The side of the ring 10 facing the balls 5 is cupped with a radius which substantially corresponds to and is preferably larger than the radius of the balls 5.

Såsom visat i fig 2 är i hâllarens 8 spår 9 upptagna tre axiella borrningar ll, vilka rymmer var sin skruv- linjeformig tryckfjäder 12.As shown in Fig. 2, three axial bores 11 are accommodated in the groove 9 of the holder 8, each of which holds its helical compression spring 12.

Ringen 10 är således monterad väsentligen ovridbar men rörlig i riktning mot och från de frilagda delarna av rullkropparna 5 mellan rullningsbanorna 6 och 7.The ring 10 is thus mounted substantially non-rotatable but movable in the direction of and from the exposed parts of the roller bodies 5 between the roller tracks 6 and 7.

Fjädrarna 12 verkar som förspänningsorgan för ringen 10 och trycker således denna fjädrande mot nämnda fri- lagda delar av kulorna 5. Genom det beskrivna utförandet är ringen 10 således fjäderupphängd och självcentrerande relativt kulorna 5. Den är närmare bestämt friflytande monterad i hâllaren 8 medelst de kring hâllarens omkrets fördelade fjädrarna 12.The springs 12 act as biasing means for the ring 10 and thus press this resilient against said exposed parts of the balls 5. By the described embodiment the ring 10 is thus spring-suspended and self-centering relative to the balls 5. More specifically, it is mounted free-floating in the holder 8 by means of the the circumferential springs of the holder 12.

Ringen 10 utgör enligt uppfinningen ett lämpligt l0 15 20 30 35 447 163 4 organ för montering av olika typer av givare. Såsom visat i fig 3 kan exempelvis i en ring 10 vara monterade två accelerationsgivare 13 och 14, vilka är känsliga för ringens 10 rörelser axiellt och radiellt till följd av oregelbundenheter hos kulorna 5 eller i rullbanorna 6 och 7. Accelerationsgivarna 13 och 14 är medelst ledningar 15 och l6 anslutna till en lämplig utvärderingsenhet, som ej är visad men kan på en ej heller visad indikator presentera information beträffande lagerförslitning.According to the invention, the ring 10 constitutes a suitable means for mounting different types of sensors. As shown in Fig. 3, for example, two acceleration sensors 13 and 14 may be mounted in a ring 10, which are sensitive to the movements of the ring 10 axially and radially due to irregularities of the balls 5 or in the roller tracks 6 and 7. The acceleration sensors 13 and 14 are by means of lines 15 and 16 connected to a suitable evaluation unit, which is not shown but can present information regarding bearing wear on an indicator also not shown.

Såsom visat i fig 4 kan i ringen 10 även monteras en temperaturgivare 17, vilken genom att den befinner sig i det närmaste inuti själva lagret via en ledning 18 kan lämna mycket noggrann information beträffande lagertemperaturen till någon lämplig beräknings- och indikeringsanordning.As shown in Fig. 4, a temperature sensor 17 can also be mounted in the ring 10, which by being located almost inside the bearing itself via a line 18 can provide very accurate information regarding the bearing temperature to any suitable calculation and indication device.

Såsom visat i fíg 5 kan i ringen även monteras ett Hallelement l9 samt en spole 20 med anslutninge- ledningar 21 respektive 22 eller annat magnetfältsalst- rande organ, t ex en permanentmagnet. Hallelementet 19 verkar här som en rullkropparnas passerande detekte- rande givare, vilken avkänner det av spolen 20 alstrade magnetfältet, vilket går genom åtminstone en av rullkrop- parna 5 och ändrar sig med rullkropparnas passerande förbi givaren 19.As shown in Fig. 5, a Hall element 19 and a coil 20 with connecting lines 21 and 22, respectively, or another magnetic field generating member, for example a permanent magnet, can also be mounted in the ring. The hall element 19 acts here as a passing detecting sensor of the roller bodies, which senses the magnetic field generated by the coil 20, which passes through at least one of the roller bodies 5 and changes with the passing of the roller bodies past the sensor 19.

Om ringen 10 eller åtminstone dess mot rullkropparna 5 tryckta yta, såsom antytt med punktstreckade linjer i fig l, utföres i elektriskt ledande material, varvid återstående del av ringen kan bestå av elektriskt isole- rande material, kan ringen 10 tjänstgöra som en anslut- ningselektrod för en elektrisk strömkälla 23, såsom visat i fig 6. Medelst en strömmätare 24 kan således strömmen mätas i en bana, som går från strömkällan 23 till ringen 10, från ringen 10 via en lagersmörjfilm till rullkropparna 5 och fràn dessa via en andra lager- smörjfilm till lagerrullbanan på den yttre och/eller den inre lagerringen 3 respektive 4. Normalt är endera eller båda av dessa lagerringar 3, 4 jordade, varför en sluten strömkrets kan fås genom jordning av ström- (w 10 15 20 447 163 5 källans 23 andra anslutning. Genom övervakning av ström- styrkan i den beskrivna kretsen är det möjligt att detek- tera genomslag i smörjfilmerna och även möjligt att bestämma kapacitansen hos kondensatorer, vilka bildas med smörjfilmen som dielektrikum mellan kulorna 5 och ringen 10 å ena sidan och kulorna 5 och lagerbanorna 6, 7 å andra sidan. Såväl vibrations~ som smörjfilmsöver- vakning blir därmed möjlig.If the ring 10 or at least its surface pressed against the roller bodies 5, as indicated by dotted lines in Fig. 1, is made of electrically conductive material, the remaining part of the ring may consist of electrically insulating material, the ring 10 can serve as a connection electrode for an electric current source 23, as shown in Fig. 6. Thus, by means of a current meter 24, the current can be measured in a path extending from the current source 23 to the ring 10, from the ring 10 via a bearing lubricating film to the roller bodies 5 and from there via a second bearing. lubricating film for the bearing roller track on the outer and / or the inner bearing ring 3 and 4, respectively. Normally either or both of these bearing rings 3, 4 are earthed, so that a closed circuit can be obtained by earthing the current (w 10 15 20 447 163 5 source 23). By monitoring the current in the described circuit, it is possible to detect penetration in the lubricating films and also possible to determine the capacitance of capacitors which are formed. with the lubricating film as the dielectric between the balls 5 and the ring 10 on the one hand and the balls 5 and the bearing tracks 6, 7 on the other hand. Both vibration and lubrication film monitoring are thus possible.

En mängd modifieringar av ovan beskrivna utförings- form av övervakningsdonet är möjliga inom uppfinningens ram. Således behöver den mot kulorna 5 vända ytan av ringen 10 ej vara skålad på visat sätt utan kan också vara plan. Vidare kan ringen 10 förspännas mot rull- kropparna med andra medel än fjädrarna 12, exempelvis kan den monteras pà insidan av den elastiskt monterade ring som vanligtvis är monterad på vardera sidan om rullkropparna mellan ytterring och innerring på slutna rullningslager. Ringhâllaren 8 kan också vara förbunden med en ej visad elgenerator, vilken som drivkälla har de medelst lagret inbördes rörliga delarna l och 2, vilka exempelvis kan förses med magnetfältsvarierande element. Övervakningsdonet är även användbart vid axial- lager, varvid ringen kan vara uppdelad i flera segment.A variety of modifications to the above-described embodiment of the monitor are possible within the scope of the invention. Thus, the surface of the ring 10 facing the balls 5 does not have to be cuped in the manner shown but can also be flat. Furthermore, the ring 10 can be biased against the roller bodies by means other than the springs 12, for example it can be mounted on the inside of the elastically mounted ring which is usually mounted on each side of the roller bodies between outer ring and inner ring on closed roller bearings. The ring holder 8 can also be connected to an electric generator (not shown), which as the drive source has the mutually movable parts 1 and 2 by means of the bearing, which can for instance be provided with magnetic field varying elements. The monitoring device is also useful for axial bearings, whereby the ring can be divided into several segments.

Claims

447 163 10 15 20 25 30 PATENT REQUIREMENTS

Monitoring device for a roller bearing with roller bodies (5) located between two roller tracks (6, 7), characterized by a ring (10) with a surface facing the roller bodies (5) between the roller tracks (6, 7) exposed , which ring is mounted substantially non-rotatable but movable in the direction of and away from said exposed parts of the roller bodies, means (12) for biasing the ring against said exposed parts of the roller bodies and one or more sensors (Figs. 3-6), which are mounted in or near the ring or comprise it as a part, for sensing at least one bearing condition parameter.

Monitoring device according to Claim 1, characterized in that one or more temperature sensors (17) and / or one or more acceleration sensors (13, 14) are mounted in or near the ring (10).

Monitoring device according to claim 1 or 2, characterized in that said surface of the ring (10) is electrically conductive and constitutes a connecting electrode for measuring the electrical impedance in a path from the ring via a bearing lubricating film to the roller bodies ( 5) and from these via a second bearing lubricating film to a grounded bearing roller track (6, 7).

Monitoring device according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the ring (10) is spring-suspended and self-centering relative to the roller bodies (5).

Monitoring device according to claim 4, characterized in that the ring (10) is supported by an annular holder (8), which is fixedly connected to one (2) of the mutually movable parts (1) by means of the bearing. , 2) or with one of these independent elements.

Monitoring device according to claim 5, characterized in that the ring (10) is guided in a circular groove (9) in the holder (8) and freely mounted therein by means of springs (distributed around the circumference of the holder). 12).

Monitoring device according to one of Claims 1 to 6, characterized in that a detecting sensor (19) passing through the roller bodies (5) is mounted in or near the ring (10), preferably a Hall element, wherein a member (20) is mounted in or near the ring (10) for generating a magnetic field passing through the roller bodies (5).

Monitoring device according to Claim 5 or 6, characterized by an electric generator connected to the ring holder (8), which has as the drive source the mutually movable parts (1, 2) by means of the bearing.

Monitoring device according to one of Claims 1 to 8, characterized by an indicator for indicating one or more storage parameters, which are based on the output signals of the sensor or sensors.