具有用于载荷感测的单个感测光纤的轴承和轴承单元制造技术

一种轴承，包括第一圈、第二圈和在径向上位于设置在第一圈和第二圈上的滚道之间的至少一列滚动元件。轴承还包括单个感测光纤，该单个感测光纤安装在设置于第一圈的在径向上背对第一圈的滚道的表面上的槽中，光纤具有至少一个感测部分。槽设置有：第一分支，从第一圈的第一正表面延伸并且至少部分地沿着至少一个曲率半径弯曲以朝向平行于第一正表面的周向槽延伸；至少光纤的感测部分伸出到周向槽中；及第二分支，从第一圈的在轴向上背对第一正表面的第二正径向表面延伸，且连接到第一分支，第二分支至少部分地沿着至少一个曲率半径弯曲。

【技术实现步骤摘要】
具有用于载荷感测的单个感测光纤的轴承和轴承单元
本专利技术涉及用于通过主动感测载荷进行控制处理的滚动轴承的状况监测的领域。更特别地，本专利技术涉及配备有诸如光纤的光学感测元件的滚动轴承。
技术介绍
光纤通常包括多个光纤布拉格光栅(称为FBG)，用于感测围绕轴承的圈的圆周均匀分布的位置，例如用于感测附加于(additionalto)滚动元件的至少一个位置。纤维光学感测可以用于监测泵、压缩机和其他旋转机器，但也可以用于石油和天然气、矿山、船舶、造纸(纸浆和纸张)、航空航天等以及任何需要远距离信号的装置。可以参考文献WO2011/066926，其描述了在轴承的外圈上具有周向槽的线缆轴承的示例，所述槽容纳用于测量特别是轴承载荷的感测光纤(/传感光纤)。为了测量组合的轴向轴承载荷和径向轴承载荷，已知将第一光纤容纳在设置于外圈的外圆周表面上的第一槽中，并且将第二光纤容纳在设置于外圈的轴向表面上的第二槽中。需要提供一种改进的设计，其被构造成能够简单地安装在轴承壳体中并且在轴承侧面上没有任何光纤，能够沿可变的方向将多个轴承匹配在一起并且不会通过使光纤的弯曲部分变窄而使光纤断裂，确保安全运输并且在尖角处没有裂纹。还需要改进被构造为感测组合的轴向载荷和径向载荷的感测装置(sensingdevice)。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于提供一种具有单个感测装置的轴承，所述单个感测装置被构造为能够准确地感测组合的轴向载荷和径向载荷，包括径向载荷的方向。本专利技术的特别目的在于提供一种轴承，所述轴承包括第一圈、第二圈和在径向上位于设置在所述第一圈和所述第二圈上的滚道之间的至少一列滚动元件。所述轴承还包括单个感测光纤(/传感光纤)(opticalsensingfiber)，所述单个感测光纤安装在设置于所述第一圈的在径向上背对所述第一圈的滚道的表面上的槽中。所述光纤包括至少一个感测部分。所述槽设置有：第一分支，从所述第一圈的第一正表面(frontalsurface)延伸并且至少部分地沿着至少一个曲率半径弯曲以朝向平行于所述第一正表面的周向槽延伸；至少所述光纤的感测部分伸出到所述周向槽中；以及第二分支，从所述第一圈的在轴向上背对所述第一正表面的第二正表面延伸，并且连接到所述第一分支，所述第二分支至少部分地沿着至少一个曲率半径弯曲。所述光纤可以包括多个光纤布拉格光栅(称为FBG)，用于感测绕着轴承的第一圈的圆周均匀分布的位置。例如，所述光纤布拉格光栅用于测量周向槽中的局部应变。所述槽的特定形状使得所述光纤能够在两个轴向方向上离开所述第一圈，并且不会使所述光纤弯曲到低于最小弯曲半径，例如包括在5mm至10mm之间的最小弯曲半径。所述槽的所述特定形状还允许光纤的感测部分足够靠近待感测的元件而没有任何间隙。例如，可以使用用于估计实施在具有轴承的轴承组件的电子控制单元中的轴承载荷的载荷估计方法来计算径向载荷和轴向载荷，所述轴承包括第一圈、第二圈、配置在第一圈与第二圈之间的滚动元件列，所述圈中的一个配备有至少一个应变传感器探头，所述应变传感器探头被构造为将应变信号传输到电子控制单元。所述方法包括：使用所述应变信号的谐波分量(harmoniccomponent)来提取所述应变信号的波形的形状信息；以及将轴承载荷估计作为应变信号的所述谐波分量的多项式函数(polynomialfunction)进行计算。所述槽的设计允许光纤逐渐地承受由与槽侧壁的摩擦力施加的拉伸载荷。例如，所述感测光纤由护套保护。例如，所述周向槽在所述第一正表面附近。有利地，所述槽的第一分支设置有从所述第一圈的第一正表面在轴向上延伸的第一部分、从所述第一部分延伸并且沿着第一曲率半径弯曲的第二部分以及从所述第二部分朝向所述第一正表面延伸并且沿着第二曲率半径弯曲的第三部分。所述槽的第一分支的所述第三部分可以伸出到所述第一圈的周向槽中。例如，所述第一部分是直的并且沿着所述轴承的纵向轴线延伸。作为替代方案，所述第一分支的第一部分可以至少部分地弯曲或者可以与轴承的纵向轴线形成角度。有利地，所述槽的第二分支设置有从所述第二正表面在轴向上延伸的第一部分和从所述第一部分延伸并且至少部分地沿着第三曲率半径弯曲的第二部分。例如，所述槽的第二分支的第一部分是直的并且沿着所述轴承的纵向轴线延伸。作为替代方案，所述槽的第二分支的第一部分可以至少部分地弯曲或者可以与轴承的纵向轴线形成角度例如，每个曲率半径包括在5mm至15mm之间，例如等于10mm。与所述轴承相关联的光纤可以位于所述槽的第一分支中。在一个实施方式中，所述第一圈的在径向上背对滚道的表面还包括与所述槽不同的附加布线轴向槽(additionalroutingaxialgroove)，所述附加布线槽在轴向上从所述第一圈的第一轴向表面(即，第一正表面)延伸到第二轴向表面(即，第二正表面)并且通过倾斜部分与所述槽连通。在一个实施方式中，所述第一圈的在径向上背对所述第一圈的滚道的表面设置有与所述槽连通的斜槽(slopinggroove)，例如，所述斜槽设计为在轴承运输期间通过将光纤缠绕在第一圈上来固定光纤而不会损坏。所述附加布线槽在轴向上从所述第一圈的第一正表面延伸到第二正表面，并且与所述槽的第一分支的第一部分以及第二分支的第一部分轴向平行。所述第一圈的在径向上背对滚道的表面还包括第一倾斜槽(inclinedgroove)和第二倾斜槽，所述第一倾斜槽将所述槽的第一分支的第一部分连接到所述附加布线槽，所述第二倾斜槽将所述槽的第二分支的第一部分连接到所述附加布线槽。所述第一倾斜槽可以沿着与所述第二倾斜槽的倾斜轴线相反的轴线倾斜。例如，所述斜槽设置在位于所述第一倾斜槽与所述第二倾斜槽之间以及所述第一分支的第二部分与所述第二分支的第二部分之间的部分中。所述斜槽连接到所述槽并且连接到所述附加布线槽。所述斜槽被设计为避免所述光纤在缠绕在所述第一圈的外径上时由于断裂或产生裂纹而损坏。例如，所述轴承是球轴承。例如，所述槽设置在外圈(即，第一圈)的外圆周表面上。作为一种选择，所述槽设置在内圈(即，第二圈)的内圆周表面上。根据另一方面，本专利技术涉及一种轴承单元，所述轴承单元包括至少两个如上所述的轴承。所述两个轴承轴向安装，其中它们的正表面中的一个彼此轴向接触。有利地，第一轴承的附加布线槽接纳与用于感测第二轴承的载荷相关联的第二光纤。例如，两个轴承以背对背构造、面对面构造或串联构造进行组合。所述附加布线槽允许避免第一轴承的光纤与第二关联轴承的光纤之间的损坏。在一个实施方式中，所述轴承单元包括防旋转系统，所述防旋转系统包括安装在轴向槽中的销，所述轴向槽设置在两个组合轴承的两个第一圈的背对滚道的表面上，所述轴向槽定位为在径向上背对用于光纤的槽，例如，所述轴向槽与用于光纤的槽相隔180°，所述轴承单元还包括狭槽(slot)，所述狭槽垂直于所述轴向槽本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种轴承(10)，包括第一圈(12)、第二圈(14)和在径向上位于设置在所述第一圈(12)和所述第二圈(14)上的滚道(12b、14b)之间的至少一列滚动元件(16)，其特征在于，所述轴承还包括单个感测光纤(20)，所述单个感测光纤(20)安装在设置于所述第一圈(12)的在径向上背对所述第一圈(12)的滚道的表面(12c)上的槽(30)中，所述光纤(20)包括至少一个感测部分(20a)；并且，所述槽(30)设置有：/n-第一分支(30a)，从所述第一圈(12)的第一正表面(12d)延伸并且至少部分地沿着至少一个曲率半径(R1、R2)弯曲以朝向平行于所述第一正表面(12d)的周向槽(12f)延伸；至少所述光纤(20)的感测部分(20a)伸出到所述周向槽(12f)中；以及/n-第二分支(30b)，从所述第一圈(12)的在轴向上背对所述第一正表面(12d)的第二正表面(12e)延伸，并且连接到所述第一分支(30a)，所述第二分支(30b)至少部分地沿着至少一个曲率半径(R3)弯曲。/n

【技术特征摘要】
20190923 DE 102019214488.81.一种轴承(10)，包括第一圈(12)、第二圈(14)和在径向上位于设置在所述第一圈(12)和所述第二圈(14)上的滚道(12b、14b)之间的至少一列滚动元件(16)，其特征在于，所述轴承还包括单个感测光纤(20)，所述单个感测光纤(20)安装在设置于所述第一圈(12)的在径向上背对所述第一圈(12)的滚道的表面(12c)上的槽(30)中，所述光纤(20)包括至少一个感测部分(20a)；并且，所述槽(30)设置有：
-第一分支(30a)，从所述第一圈(12)的第一正表面(12d)延伸并且至少部分地沿着至少一个曲率半径(R1、R2)弯曲以朝向平行于所述第一正表面(12d)的周向槽(12f)延伸；至少所述光纤(20)的感测部分(20a)伸出到所述周向槽(12f)中；以及
-第二分支(30b)，从所述第一圈(12)的在轴向上背对所述第一正表面(12d)的第二正表面(12e)延伸，并且连接到所述第一分支(30a)，所述第二分支(30b)至少部分地沿着至少一个曲率半径(R3)弯曲。


2.根据权利要求1所述的轴承(10)，其特征在于，所述槽(30)的第一分支(30a)设置有从所述第一圈(12)的第一正表面(12d)轴向地延伸的第一部分(31)、从所述第一部分(31)延伸并且沿着第一曲率半径(R1)弯曲的第二部分(32)以及从所述第二部分(32)朝向所述第一正表面(12d)延伸并且沿着第二曲率半径(R2)弯曲的第三部分(33)。


3.根据权利要求2所述的轴承(10)，其特征在于，所述槽(30)的第一分支(30a)的第三部分(33)伸出到所述第一圈(12)的周向槽(12f)中。


4.根据前述权利要求中的任一项所述的轴承(10)，其特征在于，所述槽(30)的第二分支(30b)设置有从所述第二正表面(12e...

【专利技术属性】
技术研发人员：哈坎·巴斯泰特，亚历山大·莫克尼克，斯蒂恩·范·埃斯比克，
申请(专利权)人：斯凯孚公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE