用于确定负载的滚子轴承组件的制作方法

1.本发明涉及用于确定负载的滚子轴承组件。


背景技术：

2.一般而言，例如风能装置的滚子轴承组件在该滚子轴承组件的操作过程中所承受的负载不被记录。因此，风力涡轮机的负载历程大多是未知的。负载测量作为认证的一部分通常仅在原型系统上进行。然而，将设计和原型负载在无需一些努力的情况下转移至系列系统是不可能的，因为位置相关的影响是未知的/不可转移的。例如，这些影响可以是与风场有关的影响、风电场影响或取决于网络质量的运行策略。
3.对于普通的滚子轴承，已经存在永久确定负载的方法。例如，说明书de 10 2014 204 025 a1公开了一种具有测量元件的部件，该测量元件具有至少一个传感器。例如，该部件被设计为滚子轴承。具体地，本说明书的解决方案提供了一种具有材料凹部和测量元件的部件，该测量元件具有至少一个传感器，传感器以力配合的方式装配到材料凹部中，传感器以该传感器的测量方向与接触角的作用线大致重合的方式布置在测量元件上。
4.接触角是径向平面与接触线之间的角度，接触线的位置在很大程度上取决于所使用的滚动元件和滚子轨道。
5.然而，已经发现在滚子轴承上使用时，最大压力分布由于结构原因而通常不位于滚道中心中，该最大压力分布与接触角的作用线对应。因此，已公开文件中的教示不能可靠地应用于滚子轴承。


技术实现要素：

6.因此，本发明的目的是创造一种具有改进的负载测量的滚子轴承组件。
7.根据本发明，该目的通过具有独立权利要求的特征的滚子轴承组件和滚子轴承实现。本发明的优选实施方案在从属权利要求和下文的描述中予以说明，这些优选实施方案中的每个实施方案均能够以单独形式或组合形式代表本发明的一个方面。
8.因此，本发明涉及一种用于确定滚子轴承上的负载的滚子轴承组件，该滚子轴承组件具有：
9.滚子轴承，该滚子轴承具有两个同轴的环、具体为内环和外环，以及旋转轴线，在内环与外环之间布置有各自具有旋转轴线的多个滚子，并且环中的至少一个环具有用于接纳力测量销的至少一个凹部，
10.至少一个力测量销，力测量销接纳在凹部中，布置在凹部中的力测量销的纵向轴线至少部分地沿着滚子轴承的旋转轴线延伸，
11.至少一个凹部和至少一个力测量销沿着纵向轴线延伸到具有至少一个凹部的环的处于负载下的区域中，使得与滚子的旋转轴线垂直的至少一个竖向投影平面沿着力测量销和最大负载区域延伸。
12.因此，本发明的基本构思是，至少一个凹部和至少一个力测量销沿着纵向轴线布
置成使得至少一个凹部和至少一个力测量销形成穿过最大负载区域的竖向投影平面。因此接触角的位置不是必需的，因为在滚子轴承的情况下，接触角并不总是延伸通过最大负载范围。相反，根据情况，单独地识别最大负载区域并且相应地布置至少一个凹部和至少一个力测量销。这使得能够可靠地检测作用在滚子轴承上的负载。
13.毕竟，竖向投影平面与接触角的作用线无关。
14.滚子轴承优选地能够承受在径向方向和轴向方向两者上的非常高的负载。滚子轴承通常成对地安装：例如，两个锥形滚子轴承抵靠彼此坐置，因为锥形滚子轴承由两个松散元件构成：具有作为滚动元件的锥形滚子的内环和作为轴承壳的外环。内环上的锥形滚子具有截头锥形形状，并且内环上的锥形滚子还朝向旋转轴线略微地倾斜。游隙是可调节的。内环的、外环的和所有滚子的锥形梢部和锥形壳的任何母线在旋转轴线上的一个点处相交，因为这样滚子就可以滚下而不会打滑。
15.在本发明的含义内，除了通过示例提及的锥形滚子轴承之外，滚子轴承还被理解为指球面滚子轴承、筒形滚子轴承和类似作用的轴承。
16.根据本发明的优选实施方式，设置为，滚子轴承具有布置在至少一个环、优选地两个环上的凹部中的多个力测量销，布置在凹部中的优选地至少两个力测量销被设计成沿着两个力测量销的纵向轴线具有不同长度，布置在凹部中的优选地至少两个力测量销周向地分布在相应的环上。力测量销越多，做出的测量可以越准确。不同的长度使得可以通过检测而在负载区域中进行不同的干预。为此，周向均匀的分布是特别优选的。
17.用于在各种情况下接纳力测量销的至少一个凹部、优选地多个凹部可以特别地布置在内环的和/或外环的一个端部面或两个端部面上。然而，也可能的是，至少一个凹部、优选地多个凹部布置成用于在内环的和/或外环的外部面上接纳力测量销。
18.根据本发明的优选实施方式，设置为，用于接纳力测量销的至少一个凹部布置在固定至环境的环中。这使得能够以简单的方式进行测量。特别地，可以使用缆材，而在可以相对于周围环境旋转的环的情况下，将会需要遥测连接。固定至环境的环是滚子轴承的固定至该滚子轴承的环境的环。其对应于滚子轴承的原理，一个环以可旋转的方式支承旋转体，并且另一环是固定至环境的环。
19.根据本发明的优选实施方式，设置为，至少四个力测量销在至少一个环上布置成且设计成使得两个力测量销沿着相应的对角轴线彼此相对地布置在至少一个环上，这两个对角轴线优选地以一个对角轴线是水平轴线和/或另一对角轴线是竖向轴线的方式延伸。这能够实现力测量销的良好分布并且因此实现良好的测量结果。一个对角轴线是水平轴线和/或另一对角轴线是竖向轴线的布置结构可以被解释为在水平上为在地平线上延伸并且在竖向上为指向地球的中心。换句话说，这种布置结构对应于时钟上的时间12、3、6以及9。
20.根据本发明的优选实施方式，设置为，沿着形成为水平轴线的对角轴线的至少两个力测量销沿着至少两个力测量销的纵向轴线具有相同的长度和/或沿着形成为竖向轴线的对角轴线的至少两个力测量销沿着至少两个力测量销的纵向轴线具有相同的长度。已经发现这能够实现良好的测量结果。还可以检测并且考虑任何测量错误。
21.根据本发明的优选实施方式，设置为，至少一个力测量销沿着至少一个力测量销的纵向轴线的长度取决于环的机械性能，至少一个力测量销沿着力测量销的纵向轴线的长度在具有高刚度的环的情况下比在具有低刚度的环的情况下形成得更长。已经发现这能够
实现良好的测量结果。
22.根据本发明的优选实施方式，设置为，至少一个力测量销、优选地多个力测量销的纵向轴线与滚子轴承的旋转轴线成角度，特别地是45度。已经发现这能够实现良好的测量结果。
23.根据本发明的优选实施方式，设置为，至少一个力测量销、优选地多个力测量销的纵向轴线与滚子轴承的旋转轴线成角度，使得至少一个力测量销、优选地多个力测量销的纵向轴线布置成与滚子的旋转轴线平行。已经发现的是，这在大接触角、例如45度时是有意义的，并且能够实现良好的测量结果。
24.根据本发明的优选实施方式，设置为，至少一个力测量销、优选地多个力测量销的纵向轴线布置成与滚子轴承的旋转轴线平行。已经发现的是，可以在与滚子轴承的旋转轴线平行的相应的环中很好地加工出凹部，并且力测量销可以容易地插入到对应的孔中。此外，在由于力测量销的重量而导致凹部的不利定位的情况下不存在掉落的风险。
25.本发明还涉及一种用于前述滚子轴承组件的滚子轴承，其特征在于具有滚子轴承的特征、特别是根据前述权利要求中的至少一项所述的至少一个凹部的特征。
26.根据本发明的优选实施方式，设置为，力测量销根据内环与外环之间的压力分布的最大值的位置并且根据力测量销的周向位置而相对于旋转轴线对准和布置。
27.根据本发明的优选实施方式，设置为，至少四个力测量销分布在至少一个环上的周向上并且在周向上间隔开。
28.根据本发明的优选实施方式，设置为，四个力测量销以90度的弧形角度间隔地布置在环的周向上。根据本发明在这方面的特别优选实施方式，设置为，四个力测量销中的两个力测量销在滚子轴承的端部处布置于水平延伸的直线上，并且四个力测量销中的两个力测量销在滚子轴承的端部处布置于竖向延伸的直线上。
29.根据本发明的优选实施方式，设置为，至少两个力测量销布置成周向地分布在这些环中的一个环上，力测量销具有不同的长度，至少两个力测量销优选地布置在相应的凹部内的不同深度处。
30.根据本发明的优选实施方式，设置为，至少两个力测量销布置成周向地分布在这些环中的一个环上，两个力测量销以180度的弧形角度彼此间隔开且具有相等的长度，优选地，四个力测量销在环中的一个环上以90度的弧形角度周向地分布并且间隔开，并且所有的四个力测量销被设计成具有相同的长度。
31.根据本发明的优选实施方式，设置为，至少一个力测量销以至少一个力测量销的纵向轴线与内环的和/或外环的滚道平行的方式延伸，滚子轴承的在径向平面与接触线之间的接触角优选地为30度至90度，特别优选地为45度至90度。
32.根据本发明的优选实施方式，设置为，考虑到运行表面上的负载，至少一个力测量销布置成尽可能地靠近滚道，至少一个力测量销优选地被设计得越短，至少一个力测量销越靠近运行表面布置。
33.根据本发明的优选实施方式，设置为，至少一个力测量销制造得越长，围绕凹部的材料制造得越硬，并且至少一个力测量销制造得越短，围绕凹部的材料制造得越软。
34.根据本发明的优选实施方式，设置为，至少一个力测量销根据应变仪的功能原理设计而成，至少一个力测量销优选地布置在滚子轴承的面向环境的环上。
35.根据本发明的优选实施方式，设置为，至少一个力测量销布置在滚子轴承的可移动的环中。滚子轴承组件优选地具有用于无连接数据传输的装置。特别地，该装置是遥测连接。
附图说明
36.在下文中，参照附图使用优选的示例性实施方式通过示例对本发明进行说明，其中下文示出的特征能够以单独形式和组合形式两者代表本发明的一个方面。在附图中：
37.图1：示出了根据本发明的第一实施方式的滚子轴承组件，该滚子轴承组件具有单排滚子轴承并且具有有着不同长度的两个力测量销，以及
38.图2：示出了根据本发明的第二实施方式的滚子轴承组件，该滚子轴承组件具有双排滚子轴承并且具有与滚子的相应的旋转轴线平行布置的两个力测量销。
具体实施方式
39.图1和图2各自示出了用于确定滚子轴承12上的负载b的滚子轴承组件10。具体示出的滚子轴承组件10例如是锥形滚子轴承组件。具体示出的滚子轴承12例如是锥形滚子轴承。具有球面滚子轴承的球面滚子轴承组件、具有筒形滚子轴承的筒形滚子轴承组件和具有类似作用轴承的类似作用轴承组件也是可以的。
40.为此，滚子轴承组件10具有滚子轴承12，该滚子轴承具有：两个同轴的环14、16、具体为内环14和外环16，以及旋转轴线d，在内环14与外环16之间布置有各自具有旋转轴线r的多个滚子15，并且环14、16中的至少一个环具有用于接纳力测量销20的至少一个凹部18，
41.滚子轴承组件10还具有至少一个力测量销20，力测量销接纳在凹部18中，布置在凹部18中的力测量销20的纵向轴线l至少部分地沿着滚子轴承12的旋转轴线d延伸。
42.因此，至少一个凹部18和至少一个力测量销20沿着纵向轴线l延伸到具有至少一个凹部18的环14、16的处于负载b下的区域中，使得与滚子15的旋转轴线r垂直的至少一个竖向投影平面p沿着力测量销20和最大负载b区域延伸。
43.竖向投影平面p的示意图如图1中所示。相比之下，图1和图2总是示出滚子15的接触角的轴线dr。如图1中所示，滚子15的接触角的轴线dr与负载b的最大范围不重合。这仅由与滚子15的旋转轴线r垂直的竖向投影平面p给出。如果力测量销20以一个端部坐置在竖向投影平面p上，则可以是足够的。
44.根据图1，通过示例示出的是，滚子轴承12具有布置在外环16上的凹部18中的多个力测量销20。在这种情况下，例如，布置在凹部18中的至少两个力测量销20被设计成沿着两个力测量销的纵向轴线l具有不同的长度。
45.根据图1和图2，通过示例示出的是，
46.根据图1，通过示例示出的是，布置在凹部18中的至少两个力测量销20布置成周向地分布在外环16上。
47.特别地，设置为，用于接纳力测量销20的至少一个凹部18布置在固定至环境的环14、16中。
48.此外，特别地设置为，至少四个力测量销20在至少一个环14、16上周向地布置成且设计成使得两个力测量销20沿着相应的对角轴线彼此相对地布置在至少一个环14、16上。
49.两个对角轴线以一个对角轴线是水平轴线和/或另一对角轴线是竖向轴线的方式延伸。
50.根据图1，通过示例示出的是，至少两个力测量销20在外环16上周向地布置成且设计成使得两个力测量销20沿着相应的对角轴线彼此相对地布置在外环16上。至少一个对角轴线以至少一个对角轴线是竖向轴线的方式延伸。
51.特别地，设置为，沿着形成为水平轴线的对角轴线的至少两个力测量销20沿着至少两个力测量销的纵向轴线l具有相同的长度和/或沿着形成为竖向轴线的对角轴线的至少两个力测量销20沿着至少两个力测量销的纵向轴线l具有相同的长度。
52.此外，特别地设置为，至少一个力测量销20沿着力测量销的纵向轴线l的长度取决于环14、16的机械性能，至少一个力测量销20沿着力测量销的纵向轴线l的长度在具有高刚度的环14、16的情况下比在具有低刚度的环14、16的情况下形成得更长。
53.根据图2，通过示例示出的是，至少一个力测量销20、优选地多个力测量销20的纵向轴线l与滚子轴承12的旋转轴线d成角度，特别地是45度。
54.根据图2，通过示例还示出的是，至少两个力测量销20的纵向轴线l布置成与滚子轴承12的旋转轴线d成角度，使得至少两个力测量销20的纵向轴线l布置成与滚子15的旋转轴线r平行。
55.根据图1，通过示例示出的是，至少两个力测量销20的纵向轴线l布置成与滚子轴承12的旋转轴线d平行。
56.附图标记说明
57.10 滚子轴承组件
58.12 滚子轴承
59.14 内环
60.15 滚子
61.16 外环
62.18 凹部
63.20 力测量销
64.d 滚子轴承的旋转轴线
65.r 滚子的旋转轴线
66.l 力测量销的纵向轴线
67.b 具有至少一个凹部的环的处于负载下的区域
68.dr 滚子的接触角的轴线