用於滾動軸承的滾動體的製作方法
2023-06-10 05:42:06 1
專利名稱：用於滾動軸承的滾動體的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於滾動軸承的滾動體。
背景技術：
在滾動軸承的使用中，兩個軸承環之間通常旋轉的運動可以通過其間布置的滾動體的滾動運動實現。為了承受例如風能設備或汽車以及重型機械工業中較大的負載，優選使用圓柱滾子軸承或圓錐滾子軸承。在圓柱滾子軸承中，滾動體具有一個圓柱形的基本形狀，在圓錐滾子軸承中，滾動體具有圓錐形的基本形狀。通過圓柱滾子軸承可以傳遞尤其是較大的徑向載荷，而圓錐滾子軸承只能附加地承受軸向載荷。在運行中滾動軸承一般受到大量不利於運行特性和使用壽命特性的周圍環境影響。由此，在很多情形中會造成滾動軸承的部件負載過大，而過大的負載又會致使提前失效或壽命降低。例如待支承的傳動系的擺動就屬於這種情況，由此軸承部件會相對彼此瞬間傾斜。這使得瞬間滾動體上和它在其上滾動的軸承圈滾道上的負載過大。附加地，當在殼體或待支承的部件中出現失衡時，會導致滾動體和軸承圈的彈性變形。當周圍環境變化時， 額外地還會出現滾動軸承承受不在指定範圍之內的負載，也就是並沒有恰當地針對不期望的條件設計。此外，過高的環境溫度就屬於此種情況。但即使在正常的運行條件下，滾動體在離開負載區時偶爾會產生交叉、傾翻或過快的旋轉，這又會引起較高的徑向加速。這種和其他的損壞機制會導致滾動軸承提前失效。為防止尤其在較大的滾動軸承和高負載的滾動軸承中出現提前失效，例如可以將軸承的負載峰值設計得比期望的負載峰值明顯更高。然而這導致材料和成本耗費更大。此外，滾動軸承可能受到定期的檢查，而這同樣意味著更高的耗費。
發明內容
因此本發明所要解決的技術問題是，提供一種有效地防止所述缺點的滾動體。該技術問題通過一種用於滾動軸承的滾動體解決。按本發明，該滾動體具有至少一個起始於滾動體的一端側的空腔，在該空腔中設有至少一個保持元件，在保持元件上設有至少一個傳感器單元以及傳感器單元至少部分被第一種彈性材料保護地包圍。通過在滾動體內設置傳感器單元，還可以檢查並監控大量環境因素下的運行狀態。滾動體在此可以例如是一個圓柱滾子、球面滾子或圓錐滾子。傳感器單元例如可以設計用於測量滾動體的溫度、負載、交叉狀態、潤滑劑質量、加速度或振動。根據滾動軸承的使用目的和預期的不利的周圍環境因素，可以在傳感器單元中設置一種或多種類型的傳感器或傳感器元件。通過分析用一個傳感器或一些傳感器檢測到的數據可得知滾動軸承運行狀態的變化，以便在準備階段就已經可以影響預期的失效原因並且失效之前就能保養滾動軸承。因為不使用有關平均軸承負載的經驗數據，而使用實時數據，所以例如可以通過連續地測量潤滑劑質量，最佳地選擇更換潤滑劑的最佳時刻。此外，例如通過溫度的測量和記錄可以確定，溫度是否位於指定的範圍內並因此選擇與溫度負載相適配的、適合的潤滑劑。在溫度變化時，可以相應地更換潤滑劑。通過在滾動軸承沒有失效的情況下及時地進行更換或保養，可以減少相應的機器的停機時間並且相應地計劃讓運營商進行保養。由於潤滑劑的使用和在滾動軸承運行時有害物質的注入，需要保護傳感器單元不受環境影響。這由此實現，即，傳感器單元至少部分嵌入起保護作用的彈性材料中。該材料例如可以是聚合物，尤其是塑料、彈性體或橡膠。由此，可以有效地保護尤其是傳感器單元的敏感部件不會受到環境不利的影響。在本發明的一種有利的設計方案中，保持元件具有至少一個空穴，傳感器元件被夾持在該空穴中。在該實施方案中，例如通過彈性材料至少部分填充該空穴，可以尤其有效地保護傳感器單元。在本發明的一種優選的實施形式中，在空腔中設有至少部分包圍保持元件的第二種彈性材料。由於在滾動體中設有空腔，該滾動體的材料厚度比對應的實心滾動體的材料厚度更薄。這導致更易于振動和擺動，這種振動和擺動又降低了滾動體相比實心設計時的最大的承載能力。但通過用彈性材料填充空腔，可以有效地減輕這種振動，從而又彌補了空心滾動體的缺點。第二種彈性材料屬於與第一種彈性材料相同的材料類別，但它們的彈性模量不同。在本發明的一種有利的設計方案中，傳感器單元具有至少一個信號傳輸元件。該信號傳輸元件與傳感器單元中包含的傳感器元件連接並且用於將傳感器元件檢測到的測量數據傳遞給設置在滾動軸承外部的數據處理單元。在此，例如可以實時地監控傳感器元件的測量數據，以便在軸承有失效風險時例如導入設備的應急切斷。同樣藉助數據處理單元可以實現在運行時記錄測量數據，使負載和環境溫度隨時間的變化和發展可見。信號傳輸元件優選包括用於無線傳輸測量數據的天線單元。這例如可以通過已知的技術如WLAN 或藍牙實現。為此目的，傳感器單元具有一個電電路，該電路包括一個用於整理數據的對應單元。在本發明的一種優選的實施形式中，滾動體還具有下列特徵-起始於滾動體另一端側的第二空腔，-在第一和第二空腔之間設置一填充有滾動體材料的中間區域以及-該中間區域具有一個通孔，在該通孔中設有一個與保持元件連接的固定元件。通過該固定元件可以形成保持元件與滾動體的材料的良好的機械接觸，因此，例如在滾動體中出現的並且待檢測的振動通過滾動體材料傳遞到保持元件和相應地布置在該保持元件中的傳感器元件上。相應的情況例如適用於溫度傳感器。在本發明的一種優選的實施形式中，在第二空腔中設置第二保持元件，在該第二保持元件上夾持有一與傳感器單元連接的供電單元。通過例如可以設計成電池或蓄電池的供電單元，可以給滾動體的有源並且耗電的元件供應電能。尤其傳感器單元也算在內。此外，通過在第二空腔的保持元件中布置供電單元，提供一個保持平衡的滾動體。在此，優選第二保持元件同樣與固定元件連接。為減輕振動，優選在第二空腔中還設置一種彈性材料。該彈性材料可以同時設計用於保護供電單元和第二保持元件不受環境的影響。同樣可以用單獨的彈性材料保護供電單元不受到環境的影響。此外，其他的傳感器單元可以按與第一傳感器單元相似的方式布置在第二空腔中。通過按本發明的滾動體或有利的設計方案可以創造滾動軸承，該滾動軸承包括按本發明滾動體中的至少之一。該滾動軸承例如可以是圓柱滾子軸承、球面滾子軸承或圓錐滾子軸承。多個按本發明的滾動體同樣可以設置在單個滾動軸承中。在此，例如在具有傳感器單元的不同滾動體中，可以將各種相應地檢測不同測量數據的傳感器引入滾動軸承中。 同樣可以在按本發明設計的滾動體中設置多種傳感器。
根據以下描述的實施例並且參照附圖獲得本發明的其他優點和設計方案。在附圖中圖1是軸承滾動體按本發明的第一種實施形式；圖2是軸承滾動體按本發明的第二種實施形式；圖3是軸承滾動體按本發明的第三種實施形式；圖4是軸承滾動體按本發明的第四種實施形式；圖5是軸承滾動體按本發明的第五種實施形式；圖6是軸承滾動體按本發明的第六種實施形式；圖7是軸承滾動體按本發明的第七種實施形式；圖8是軸承滾動體按本發明的第八種實施形式。
具體實施例方式以下描述的實施例示例性地涉及圓柱滾子或圓錐滾子。但相應地其他類型的滾子，諸如球面滾子、圓柱和圓錐滾子也能相應地構造。在圖1中，圓柱滾子1作為本發明的一個實施例被示出。圓柱滾子1具有徑向環繞的滾動面3，藉助該滾動面3，圓柱滾子1可以與滾動軸承在此未示出的內圈或外圈滾動地接觸。此外，圓柱滾子1具有兩個基本上帶有圓形的基本形狀的端側5和7。一個布置在圓柱滾子1中央的孔9在端側5和7之間延伸。在該孔9中設有一個支架11，該支架11同樣具有一個空心圓柱形的基本形狀。支架 11的外徑與孔9的內徑相適配。為了將支架11可靠地固定在孔9中，支架在一端部處具有一個圓形的穩定板12。 在對置的端部處，該支架與具有卡鎖元件15的保持元件13連接。卡鎖元件15與支架11 對應的配合件這樣有效接觸，使得支架11軸向固定在圓柱滾子1中。支架11在其內表面上具有兩個支座17，在這兩個支座上固定有一塊印刷電路板19。該印刷電路板19通過兩個螺栓21與支座17連接。一個具有兩個突起物23的傳感器22布置在印刷電路板19上， 這兩個突起物23與支架11的內表面有效接觸。通過圓柱滾子1與支架11的固定連接，使圓柱滾子1的振動傳遞到突起物23上並因此傳遞到相應地檢測該振動的傳感器22上。僅示例性地選擇圖1的實施例中的傳感器類型，作為備選或補充也可以設置溫度傳感器等。在印刷電路板19上設置一個與未示出的數據處理單元無線連接的天線25。印刷電路板19還包括本身已知的、在此僅示意性地示出的電子部件27。這些電子部件例如用於檢測和處理傳感器22的信號數據並且用於控制天線25和傳遞數據。同樣電子部件27也可以設計用於存儲測量數據。為保護印刷電路板19和其上具有的易損的電子部件，給支架11的內部填充一種塑料四。該塑料四包圍所有的電子部件和印刷電路板。同時塑料四用於減輕滾動體的振動。作為塑料四例如可以使用矽酮、聚氨酯或環氧樹脂。一般可以使用另一種聚合物代替塑料四。在此還可以考慮滾動軸承的使用目的，例如在抗環境影響(如溫度、潤滑劑和溼度)的能力。在圖2中圓柱滾子51作為本發明的第二個實施例被示出。該圓柱滾子51很大程度上與圖1中所示的圓柱滾子1 一致。但不同之處是，本身相同設計的印刷電路板19不完全由塑料四包圍。天線25所在的印刷電路板區域未被塑料四包裹。因此，由天線發出的數據傳輸射線並沒有被圍繞的塑料四減弱，因此在此可以以較小的發射功率並因此較少的能量耗費工作。為保護天線不受環境影響和汙染，保持元件53在圓柱滾子51中設計為閉合的蓋板並且在內腔填充之後才安裝。在圖1和圖2的實施例中，並沒設置用於電有源部件的內部供電裝置。但藉助電子部件27通過所謂的和本身已知的「能量收集(Power Harvesting) 」或經由外部設置的電源和相應的中間存儲器感應地傳遞能量，給印刷電路板19和其有源的部件供應電能。作為備選，同樣也可能在孔9中或印刷電路板19上設置電池等。在圖3中圓錐滾子101作為本發明的另一個實施例被示出。該圓錐滾子101例如設計用於使用在圓錐滾子軸承中。該圓錐滾子具有滾動面103，該滾動面103在相應的圓錐滾子軸承裝置中使用時與軸承圈相應的滾道滾動接觸。此外，圓錐滾子101具有兩個由於截錐的形狀而直徑不同的端側105和107。從端面105開始圓錐滾子101具有一個孔 109。在孔109中設有一個罐狀的支架111。在支架111中固定有一個印刷電路板113，傳感器115固定在該印刷電路板113上。同樣在印刷電路板上設有不同的電子部件117。天線119與印刷電路板113相對地固定在支架111中，該天線119與電子部件117電連接並且用於傳感器15的測量數據的信號傳輸。孔109填充有一種彈性材料121。該材料121 — 方面用於保護布置在支架111中的、電有源部件。同時材料121由於其彈性性能用於減輕圓錐滾子101的振動。起始於端側107地在圓錐滾子101中設置一個孔131。在該孔131中設有一個夾持一個電池135的支架133。支架133具有將電池135夾持在支架133中的鎖固件137。與孔109相似地，同樣給孔131填充用於減震並且保護電池135的一種彈性材料139。在孔 109和131之間具有一個由圓錐滾子101的材料組成的中間區域141。由於中間區域141， 圓錐滾子101相比相應的帶通孔的圓錐滾子具有更高的穩定性。在中間區域141內，具有連接兩個孔109和131的、供螺栓145穿過用的孔143。螺栓145用於將支架111和133固定在圓錐滾子101上。為此，該螺栓在端部側具有兩個螺母147，藉助該螺母，支架111和 133固定地與圓錐滾子連接。螺栓145設計成空心的並且具有一個用於電連接電池135和印刷電路板113的穿壁導線。因此可以給印刷電路板113的有源的部件供應來自電池135 的電能。在圖4中，圓錐滾子201作為本發明的另一個實施例被示出。圓錐滾子201在其實施形式中大多與圓錐滾子101 —致。在孔209中設置的支架211具有與圖3實施例相似的孔。在該孔中設置有一塊帶有電子部件217的印刷電路板213。天線219在該實施例中直接設置在印刷電路板213上。支架211內部的區域填充有保護電子部件217的塑料221。 在該實施例中，孔209並沒有填充用於使圓錐滾子201減震的彈性材料。而支架211在軸向末端側區域內具有徑向環繞的、減輕圓錐滾子振動的凸緣223。在軸向對置的末端側區域內，支架211仿照孔209的形狀構造。這整體上提高了該裝置的穩定性。圓錐滾子201與圓錐滾子101相似地具有中間區域M1，該中間區域Ml由圓錐滾子201的基本材料組成。在孔209中，在中間區域Ml的端側直接設有一塊印刷電路板 243,傳感器215就位於該印刷電路板243上。傳感器215在該實施例中設計成振動傳感器。 通過傳感器215與印刷電路板243和中間區域241的直接接觸，也可以可靠地測量圓錐滾子201微小的振動。印刷電路板243通過電連接導線245與印刷電路板213連接。藉助傳感器215測得的數據通過連接導線245傳遞給用於進一步處理並且藉助天線219傳輸數據的電子部件。在圖5中，圓錐滾子301作為本發明的另一個實施例被示出。該圓錐滾子又很大程度上與圖3的實施例一致。天線319此時布置在印刷電路板313上。與圖3的實施例不同的是，印刷電路板313藉助兩個鎖固件315固定在支架313上，此外，印刷電路板313所夾持在內的支架311空心腔填充有一種保護性的塑料331。該塑料331幾乎完全包圍印刷電路板313並且保護它不被環境影響而損壞。支架311所固定在內的、圓錐滾子301的孔 309填充有一種彈性材料321。該材料321比為保護印刷電路板313填充在支架311內的塑料331有明顯更高的彈性。因此，可以確保減輕圓錐滾子301的振動並且通過兩種優化的材料保護印刷電路板313。在圖6中，圓錐滾子401作為本發明的另一種實施例被示出。該圓錐滾子401很大程度上與圖5的實施例相應。但與圖5實施例的區別是，支架411通過螺紋連接的蓋板 421封閉。因此附加地加大了對印刷電路板的保護413。這同樣也適用於電池435，該電池 435同樣受蓋板437保護而不受環境影響。在圖7中，圓錐滾子501作為本發明的另一個實施例被示出。在孔509中又設置一個其中設有印刷電路板513的支架511。與圖4的實施例相似地，該印刷電路板513與振動傳感器515連接，該振動傳感器515在工作時檢測圓錐滾子501的振動。在孔509中支架511的外部設有另一個傳感器517。該傳感器517由U形的彈性測條519組成，該彈性測條519通過兩個接觸件521與孔509的內表面機械地接觸。在測條519的內側，兩端部處分別設有一個應力傳感器523。藉助應力傳感器523可以檢測到由圓錐滾子501的負載導致的、測條519的很小彎曲。因此，傳感器517設計用於測量圓錐滾子501的負載。在此， 尤其考慮在靠近端側505的軸向末端側區域內的負載。功能上相似設計的傳感器533布置在對置的孔531中，並且測量端側507的末端側區域的負載。傳感器517和533同樣與印刷電路板513和其上的電子部件連接。在圖8中，圓錐滾子601作為本發明的一個實施例被示出。該圓錐滾子601具有兩個孔609和631，其中，在孔609中設有支架611。在該支架上於末端側設有印刷電路板 613，與前述實施例相似地，在該印刷電路板613上布置傳感器和電子部件。印刷電路板613 與同樣布置在支架611的內部的電池635電接觸。支架611通過螺栓643與中間區域641 連接。孔631僅用於容納固定螺栓643的螺母647。在印刷電路板613的區域內設有鐵芯 615。附圖標記清單1圓柱滾子3滾動面 5端側 7端側 9孔 11支架 12穩定板 13保持元件 15鎖固件 17支座 19印刷電路板 21螺栓 22傳感器 23突起物 25天線單元 27電子部件 29塑料 51圓柱滾子 53保持元件 101圓錐滾子 103滾動面 105端側 107端側 109孔 111支架 113印刷電路板 115傳感器 117電子部件 119天線 121彈性材料 131孔 133支架 135電池 137鎖固件 139彈性材料 141中間區域 143孔 145螺栓 147螺母 201圓錐滾子
209孔
211支架
213印刷電路板
215傳感器
217電子部件
219天線
221塑料
223凸緣
241中間區域
243印刷電路板
245連接導線
301圓錐滾子
309孔
311支架
313印刷電路板
315鎖固件
319天線
321彈性材料
331塑料
401圓錐滾子
411支架
413印刷電路板
421蓋板
435電池
437蓋板
501圓錐滾子
505端側
507端側
509孔
511支架
513印刷電路板
515振動傳感器
517傳感器
519測條
521接觸件
523應力傳感器
531孔
533傳感器
601圓錐滾子
609孔
611支架
613印刷電路板
615鐵芯
631孔
635電池
641中間區域
643螺栓
647螺母。
權利要求
1.一種用於滾動軸承的滾動體，其特徵在於，-具有至少一個起始於所述滾動體的一端側的空腔，-在所述空腔中設有至少一個保持元件，-在所述保持元件上設有至少一個傳感器單元以及-所述傳感器單元至少部分被第一種彈性材料保護地包圍。
2.如權利要求1所述的滾動體，其特徵在於，所述保持元件具有至少一個空穴，所述傳感器單元被夾持在該空穴中。
3.如權利要求1或2所述的滾動體，其特徵在於，在所述空腔中設有至少部分包圍所述保持元件的第二種彈性材料。
4.如權利要求1至3之一所述的滾動體，其特徵在於，所述傳感器單元具有帶有至少一個傳感器元件的電路。
5.如權利要求1至4之一所述的滾動體，其特徵在於，所述傳感器單元包括至少一個信號傳輸元件。
6.如權利要求1至5之一所述的滾動體，其特徵在於，-具有起始於所述滾動體另一端側的第二空腔，-在所述第一和第二空腔之間設置填充有所述滾動體的材料的中間區域以及-所述中間區域具有通孔，在該通孔中設置與所述保持元件連接的固定元件。
7.如權利要求6所述的滾動體，其特徵在於，在所述第二空腔中設置第二保持元件，在該第二保持元件上夾持有與所述傳感器單元連接的供電單元。
8.如權利要求7所述的滾動體，其特徵在於，所述第二保持元件與所述固定元件連接
9.如權利要求6至8之一所述的滾動體，其特徵在於，在所述通孔中設有使所述傳感器單元與所述供電單元連接的電連接元件。
10.如權利要求6至9之一所述的滾動體，其特徵在於，在所述第二空腔中布置至少一個另外的傳感器單元。
全文摘要
本發明涉及一種用於滾動軸承的滾動體。該滾動體具有至少一個起始於所述滾動體的一端側的空腔，在該空腔中設有至少一個保持元件，在所述保持元件上設有至少一個傳感器單元以及所述傳感器單元至少部分被第一種彈性材料保護地包圍。
文檔編號F16C33/34GK102410308SQ20111020824
公開日2012年4月11日 申請日期2011年7月25日 優先權日2010年7月26日
發明者A.奧爾徹維斯基, A.德夫裡斯, A.斯圖本勞克, E.西格爾, F.德維特, G.克裡斯琴森, H.莫爾, S.齊格勒 申請人:Skf公司