專利名稱：特別是用于軌道車輛的車輪組的測(cè)量軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種特別是用于軌道車輛的車輪組的測(cè)量軸承，包括一旋轉(zhuǎn)軸和至少 一個(gè)第一軸承環(huán)。所述第一軸承環(huán)限定主支承方向和橫向于主支承方向延伸的圓周方向。 此外，第一軸承環(huán)構(gòu)造成用于承受承載力，所述承載力具有至少一個(gè)沿主支承方向的力分 量并在運(yùn)行中通過多個(gè)滾動(dòng)體導(dǎo)入第一軸承環(huán)中。本發(fā)明還涉及一種用于軌道車輛的行駛 機(jī)構(gòu)，包括所述測(cè)量軸承。最后，本發(fā)明還涉及一種用于檢測(cè)測(cè)量軸承的機(jī)械載荷的方法。
背景技術(shù)：
滾動(dòng)軸承以多種不同的構(gòu)型使用，以便在能相對(duì)于彼此旋轉(zhuǎn)的構(gòu)件之間傳遞徑向 和/或軸向載荷。這里，根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合，滾動(dòng)軸承的部件可能經(jīng)受不同的載荷工況(例如靜 態(tài)和/或動(dòng)態(tài)的載荷，環(huán)繞(循環(huán))的和/或靜止的載荷等)，針對(duì)這些載荷工況必須相應(yīng) 地設(shè)計(jì)軸承。特別是可以在很大程度上對(duì)軸承和可預(yù)期的載荷工況進(jìn)行模型化并根據(jù)模擬 計(jì)算進(jìn)行這種軸承的設(shè)計(jì)。但和以往一樣，問題在于，預(yù)期的載荷工況必須強(qiáng)制性地進(jìn)行一 定簡化。此外在這種模型計(jì)算中還難以考慮制造公差和安裝公差。
此外還已知，通過分析所采用的軸承的承載分布或損傷分布來估計(jì)在軸承運(yùn)行中 實(shí)際出現(xiàn)的載荷工況。但這同樣難以得出在運(yùn)行中的實(shí)際載荷狀態(tài)的結(jié)論。
上面所述的滾動(dòng)軸承的模型此外還用在用于識(shí)別這種類型的滾動(dòng)軸承的(損傷) 狀態(tài)的方法中。這種方法例如由EP1197415B1已知。這里由在一軸承的區(qū)域內(nèi)(通過加速 傳感器進(jìn)行)的動(dòng)態(tài)測(cè)量借助該軸承的模型得到關(guān)于其損失程度的結(jié)論。
盡管可以通過以后對(duì)測(cè)量的軸承的分析重新對(duì)模型進(jìn)行細(xì)化。但和以往一樣仍存 在這樣的問題，即，只能獲得關(guān)于軸承實(shí)際載荷的二次信息/衍生信息。
軌道車輛的車輪組軸承通常一方面受到較高的載荷，同時(shí)另一方面對(duì)這種車輪組 軸承還要求高的耐久性。這一點(diǎn)特別是適用于高速車輛的車輪組軸承。盡管在車輪組軸承 的設(shè)計(jì)和高質(zhì)量的制造中付出了較高的花費(fèi)，但有時(shí)仍會(huì)出現(xiàn)原因不明的損傷。發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的在于，提供開頭所述類型的測(cè)量軸承和方法，所述測(cè)量軸承或 方法克服了前面所述的缺點(diǎn)并且特別是在結(jié)構(gòu)簡單的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了對(duì)軸承實(shí)際載荷的可靠 的測(cè)量。
本發(fā)明基于根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的測(cè)量軸承通過權(quán)利要求1的特征部分給 出的特征來實(shí)現(xiàn)所述目的。本發(fā)明還基于根根據(jù)權(quán)利要求25的前序部分的方法通過權(quán)利 要求25的特征部分給出的特征來實(shí)現(xiàn)所述目的。
本發(fā)明基于這樣的技術(shù)教導(dǎo)，S卩，在軸承的一軸承環(huán)中加工出一凹口，在所述凹口 中設(shè)置相應(yīng)的傳感器裝置(具有一個(gè)或多個(gè)傳感器或類似部件)，以便在軸承運(yùn)行時(shí)盡可 能實(shí)時(shí)的記錄一個(gè)或多個(gè)檢測(cè)量，所述檢測(cè)量代表在該區(qū)域內(nèi)作用在軸承上的載荷，由此 可以在結(jié)構(gòu)簡單的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)軸承實(shí)際載荷的可靠的測(cè)量。
已經(jīng)證明，可以以這樣的方式形成所述布置形式，特別是形成所述凹口，S卩，由此 不會(huì)造成對(duì)軸承明顯的削弱，特別是不會(huì)造成軸承剛度的明顯降低。即，所述測(cè)量軸承因此 可以設(shè)計(jì)成，使得其機(jī)械特性與(如設(shè)定為用于相關(guān)的應(yīng)用場(chǎng)合的)標(biāo)準(zhǔn)軸承的機(jī)械特性 至少基本上相當(dāng)。因此，由在測(cè)量軸承上進(jìn)行的測(cè)量能夠以高精度得出關(guān)于在標(biāo)準(zhǔn)軸承的 運(yùn)行中的實(shí)際載荷狀態(tài)的結(jié)論。因此在測(cè)量軸承上得到的測(cè)量值能夠有利地應(yīng)用與所述標(biāo) 準(zhǔn)軸承的設(shè)計(jì)，從而可以優(yōu)化所述標(biāo)準(zhǔn)軸承的構(gòu)型。
此外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面設(shè)定了一種特別是用于軌道車輛的車輪組的測(cè)量軸 承，該測(cè)量裝置包括一旋轉(zhuǎn)軸和至少一個(gè)第一軸承環(huán)。所述第一軸承環(huán)限定主支承方向和 橫向于主支承方向延伸的圓周方向。此外，第一軸承環(huán)構(gòu)造成用于承受承載力，所述承載力 具有至少一個(gè)沿主支承方向的力分量并在運(yùn)行中通過第一軸承環(huán)中的多個(gè)滾動(dòng)體導(dǎo)入第 一軸承環(huán)中。所述第一軸承環(huán)具有至少一個(gè)第一凹口，在所述凹口中設(shè)置傳感器裝置，所述 傳感器裝置構(gòu)造成用于檢測(cè)代表導(dǎo)入軸承環(huán)中的承載力的檢測(cè)量。
軸承的主支承方向這里表示這樣的方向，根據(jù)軸承的使用目的，軸承應(yīng)主要在該 方向上承受載荷。在單純的徑向軸承中，所述主支承方向是軸承的徑向方向，而對(duì)于單純的 軸向軸承，所述主支承方向構(gòu)成軸承的軸向方向。對(duì)于混合形式(例如圓錐滾子軸承、鼓形 滾子軸承等)，主支承方向必要時(shí)可能具有相對(duì)于徑向方向或軸向方向的相應(yīng)的斜度。對(duì) 于具有在(保含滾動(dòng)體軸線的)剖面中直線延伸的包絡(luò)線的滾動(dòng)體，主支承方向通常通過 (配設(shè)給相關(guān)軸承環(huán)的)滾動(dòng)體的工作面上的面法線限定。
所述第一凹口原則上能夠在任意合適的位置設(shè)置在第一軸承環(huán)中。第一凹口優(yōu)選 設(shè)置在第一軸承環(huán)的承載區(qū)域中，即第一軸承環(huán)在軸承工作中主要承受載荷的區(qū)域。所述 承載區(qū)域通常位于滾動(dòng)體沿主支承方向的投影中，其中，滾動(dòng)體的運(yùn)動(dòng)空間對(duì)應(yīng)于一圓環(huán) 形，該圓環(huán)形通過在運(yùn)行中繞旋轉(zhuǎn)軸環(huán)繞運(yùn)行的滾動(dòng)體限定。
為了確保第一凹口的易于接近性，特別是使得能夠簡單地安裝傳感器裝置，凹口 優(yōu)選朝軸承環(huán)的一側(cè)敞開。這優(yōu)選是指第一軸承環(huán)不朝向滾動(dòng)體的工作面的側(cè)面。優(yōu)選第 一凹口朝第一軸承環(huán)的背向滾動(dòng)體的側(cè)面敞開，因?yàn)橛纱丝梢砸蕴貏e簡單的方式實(shí)現(xiàn)在軸 承環(huán)中將傳感器裝置定位在任意位置中，而不必在第一軸承環(huán)中設(shè)置大的凹口并由此不會(huì) 出現(xiàn)第一軸承環(huán)相應(yīng)的削弱。
根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合，原則上在第一軸承環(huán)中設(shè)置帶有第一傳感器裝置的第一凹口作為 唯一的凹口就足夠了。但優(yōu)選在第一軸承環(huán)中設(shè)置至少一個(gè)第二凹口，以便在考察軸承中 的實(shí)際載荷時(shí)實(shí)現(xiàn)較高的空間分辨率/解析度。因此根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量軸承的優(yōu)選實(shí)施方 案的特征在于，第一軸承環(huán)具有至少一個(gè)第二凹口，在該第二凹口中設(shè)置另外的傳感器裝 置，其中所述另外的傳感器裝置構(gòu)造成用于檢測(cè)代表導(dǎo)入軸承環(huán)中的承載力的檢測(cè)量。
這里可以理解，除了兩個(gè)傳感器裝置以外，還可以設(shè)置另外的傳感器裝置，以便提 高測(cè)量的空間分辨率。但這里應(yīng)注意，通過附加的凹口出現(xiàn)的軸承的機(jī)械削弱，特別是由此 出現(xiàn)的剛度降低應(yīng)仍保持在可接受的范圍，以便能夠得到關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)軸承的運(yùn)行中的實(shí)際載 荷狀態(tài)的可靠結(jié)論。
為了保持在相應(yīng)凹口的區(qū)域內(nèi)對(duì)軸承環(huán)的局部削弱盡可能小，第一凹口和第二凹 口具有相應(yīng)的間距。此時(shí)優(yōu)選設(shè)定，第一凹口和第二凹口相互間沿圓周方向和/或橫向于 圓周方向隔開地設(shè)置。
第一凹口和第二凹口優(yōu)選沿圓周方向相互隔開第一圓周角Ci1設(shè)置，其中滾動(dòng)體 在運(yùn)行中限定一節(jié)距，該節(jié)距對(duì)應(yīng)于第二圓周角α 2，第一圓周角α工大于第二圓周角α2。 第二圓周角α2這里用滾動(dòng)體的數(shù)量N來計(jì)算
(1)
第一圓周角Ci1優(yōu)選為第二圓周角α2的至少110%，優(yōu)選為第二圓周角的至少 130%，更為優(yōu)選地為第二圓周角的至少150%，因?yàn)橛纱丝梢栽趯?duì)第一軸承環(huán)的削弱較小 的同時(shí)實(shí)現(xiàn)傳感器裝置的有利的布置。在這種情況下應(yīng)注意，兩個(gè)凹口的較小的間距在以 較短的路徑實(shí)現(xiàn)從軸承環(huán)中(例如通過相應(yīng)的信號(hào)線路)導(dǎo)出傳感器信號(hào)方面是有利的。
在根據(jù)本發(fā)明測(cè)量軸承的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，第一凹口和第二凹口設(shè)置在 滾動(dòng)體的運(yùn)動(dòng)空間沿主支承方向的投影的區(qū)域中，其中第一凹口和第二凹口沿橫向于圓周 方向延伸的間隔方向相互隔開橫向間距a設(shè)置。滾動(dòng)體的運(yùn)動(dòng)空間也對(duì)應(yīng)于一圓環(huán)形，該 圓環(huán)形通過在運(yùn)行中繞旋轉(zhuǎn)軸環(huán)繞運(yùn)行的滾動(dòng)體限定。所述運(yùn)動(dòng)空間在所述間隔方向上具 有橫向尺寸b。橫向間距a為橫向尺寸b的30 %至70 %，優(yōu)選為橫向尺寸b的40 %至60 %， 更為優(yōu)選地為橫向尺寸b的45%至55%。
在這種情況下應(yīng)注意，兩個(gè)凹口(沿橫向和圓周方向)較小的間距在以較短的路 徑實(shí)現(xiàn)從軸承環(huán)中(例如通過相應(yīng)的信號(hào)線路)導(dǎo)出傳感器信號(hào)方面是有利的。
為了相對(duì)于相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)軸承實(shí)現(xiàn)盡可能小的對(duì)測(cè)量軸承的機(jī)械削弱，優(yōu)選還相應(yīng) 地限制相應(yīng)凹口的深度。優(yōu)選設(shè)定，第一凹口在主支承方向上具有深度尺寸f，以及第一軸 承環(huán)在主支承方向上具有厚度尺寸d，其中深度尺寸f為厚度尺寸d的30%至70%，優(yōu)選為 厚度尺寸d的40%至60%，更為優(yōu)選地為厚度尺寸d的45%至55%。
傳感器裝置的傳感器信號(hào)從軸承環(huán)向相應(yīng)的處理單元的導(dǎo)出或傳遞原則上可以 按任意合適的方式進(jìn)行。特別是測(cè)量信號(hào)的傳遞可以完全或部分無線地進(jìn)行。在由于結(jié)構(gòu) 特別簡單而優(yōu)選的變型方案中設(shè)有至少一個(gè)通入第一凹口中的導(dǎo)線通道，該導(dǎo)線通道構(gòu)造 成用于從第一軸承環(huán)中導(dǎo)出與第一傳感器裝置相連的信號(hào)導(dǎo)線。
導(dǎo)線通道可以以任意合適的方式制成。特別是在第一軸承環(huán)中可以設(shè)置相應(yīng)的 孔，所述孔通入第一凹口中。根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量軸承的一種能夠特別簡單地制造的變型方 案的特征在于，在第一軸承環(huán)中設(shè)置至少一個(gè)沿圓周方向環(huán)繞并通入第一凹口的第一槽。 此時(shí)優(yōu)選還設(shè)置至少一個(gè)橫向于第一槽延伸的第二槽，第二槽通入第一槽中，以便由此例 如從第一軸承環(huán)中導(dǎo)出與信號(hào)裝置相連的信號(hào)導(dǎo)線。
這里同樣為了實(shí)現(xiàn)對(duì)第一軸承環(huán)盡可能小的局部削弱，優(yōu)選設(shè)定，第一凹口和所 述第二槽沿圓周方向相互隔開一第三圓周角03地設(shè)置，滾動(dòng)體(按上面說明的方式)在 運(yùn)行中限定一節(jié)距，該節(jié)距對(duì)應(yīng)于一第二圓周角α 2，第三圓周角Ci3大于第二圓周角。這 里優(yōu)選還設(shè)定，第三圓周角α3為第二圓周角α 2的至少110%，優(yōu)選為第二圓周角Ci2的至 少130%，更為優(yōu)選地為第二圓周角α2的至少150%。
在這種情況下也應(yīng)該注意，第二槽到兩個(gè)凹口(沿圓周方向)較小的間距在以較 短的路徑實(shí)現(xiàn)從軸承環(huán)中(例如通過相應(yīng)的信號(hào)線路)導(dǎo)出傳感器信號(hào)方面是有利的。
如上所述，本發(fā)明可以用于任意類型的軸承。本發(fā)明可以特別簡單和有利地與徑向軸承相結(jié)合使用。因此第一軸承環(huán)優(yōu)選限定一徑向方向，主支承方向?qū)?yīng)于該徑向方向。 這里本發(fā)明特別有利地可以用于具有多個(gè)并排設(shè)置地軸承環(huán)的構(gòu)型中。第一軸承環(huán)優(yōu)選限 定一軸向方向，并且在該軸向方向上相鄰地設(shè)置一第二軸承環(huán)。這里兩個(gè)軸承環(huán)不必直接 相互鄰接。相反可以設(shè)定，在第一軸承環(huán)和第二軸承環(huán)之間設(shè)置一中間環(huán)。
當(dāng)?shù)诙S承環(huán)關(guān)于一垂直于軸向方向延伸的對(duì)稱平面與第一軸承環(huán)對(duì)稱地構(gòu)成 時(shí)，則在要執(zhí)行的測(cè)量方面得到一種特別有利的構(gòu)型。
本發(fā)明可以用于任意類型的滾動(dòng)軸承，例如滾珠軸承、鼓形滾子軸承或滾針軸承。 可以特別簡單地實(shí)現(xiàn)在圓柱滾子軸承或圓錐滾子軸承中的使用。此外，測(cè)量可以在軸承中 的任意位置處進(jìn)行。測(cè)量的地點(diǎn)這里通常根據(jù)軸承的載荷的類型確定(靜止載荷或環(huán)繞載 荷)。這里特別有益的是，測(cè)量在受到環(huán)繞載荷的軸承環(huán)上進(jìn)行。對(duì)于徑向軸承，這既可以 是徑向軸承的外環(huán)也可以是內(nèi)環(huán)。在車輪組軸承的情況下，所述第一軸承環(huán)因此通常構(gòu)成 測(cè)量軸承的內(nèi)環(huán)。此外，第一軸承環(huán)在這種情況下優(yōu)選構(gòu)成測(cè)量軸承在運(yùn)行中環(huán)繞運(yùn)行的 軸承環(huán)。
傳感器裝置原則上可以按任意合適的方式設(shè)計(jì)，以便檢測(cè)對(duì)于軸承環(huán)的載荷代表 性的檢測(cè)量。由于應(yīng)變測(cè)量帶特別簡單的結(jié)構(gòu)和特別簡單的操作，優(yōu)選設(shè)定，第一傳感器裝 置包括至少一個(gè)與第一軸承環(huán)相連的應(yīng)變測(cè)量帶，所述應(yīng)變測(cè)量帶優(yōu)選在第一凹口中沿直 徑方向相對(duì)置地設(shè)置，從而能夠以簡單的方式用唯一一個(gè)凹口實(shí)現(xiàn)兩個(gè)測(cè)量平面。
這里應(yīng)變測(cè)量帶原則上可以具有任意的定向。但由于環(huán)繞的運(yùn)動(dòng)優(yōu)選設(shè)定，至少 一個(gè)應(yīng)變測(cè)量帶基本上沿圓周方向定向。
傳感器裝置的測(cè)量信號(hào)向用于進(jìn)一步處理測(cè)量信號(hào)的處理單元的傳遞原則上可 以以任意合適的方式實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選至少局部地設(shè)置無線傳輸。因此優(yōu)選設(shè)定，第一傳感器裝 置與一遙測(cè)裝置的發(fā)射器相連。
本發(fā)明此外還涉及一種具有根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的測(cè)量軸承的軌道 車輛。由此可以以相同的方式實(shí)現(xiàn)前面所述的變型方案和優(yōu)點(diǎn)，因此在這些方面可以參考 上面的說明。
本發(fā)明還涉及一種用于確定測(cè)量軸承、特別是用于軌道車輛的車輪組的測(cè)量軸承 的機(jī)械載荷的方法，在該方法中采用測(cè)量軸承，所述測(cè)量軸承具有一旋轉(zhuǎn)軸和至少一個(gè)第 一軸承環(huán)。第一軸承環(huán)限定主支承方向和橫向于主支承方向延伸的圓周方向。第一軸承環(huán) 此外還構(gòu)造成用于承受承載力，所述承載力具有至少一個(gè)沿主支承方向的力分量，并且所 述承載力在運(yùn)行中通過多個(gè)滾動(dòng)體導(dǎo)入第一軸承環(huán)中。通過第一傳感器裝置在運(yùn)行中檢 測(cè)代表導(dǎo)入第一軸承環(huán)中的承載力的檢測(cè)量并以第一測(cè)量信號(hào)的形式輸出所述檢測(cè)量，其 中，第一傳感器裝置設(shè)置在第一軸承環(huán)的第一凹口中。此時(shí)第一傳感器裝置的第一測(cè)量信 號(hào)用于確定機(jī)械載荷。由此同樣可以以相同的方式實(shí)現(xiàn)前面所述的變型方案和優(yōu)點(diǎn)，因此 在這些方面可以參考上面的說明。
本發(fā)明其他優(yōu)選的實(shí)施形式由各從屬權(quán)利要求或下面參考附圖對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的 說明得到。其中
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量軸承的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施形式的一部分的示意性剖視圖(沿圖2中的線1-1)；
圖2示出圖1中的測(cè)量軸承的展開圖(Abwicklimg)的俯視圖3示出具有圖1和2的測(cè)量軸承的根據(jù)本發(fā)明的軌道車輛的一部分的示意性側(cè) 視圖4示出根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量軸承的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施形式的一部分的示意性剖視 圖。
具體實(shí)施方式
第一實(shí)施例
下面參考圖1至3首先說明根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量軸承101的第一優(yōu)選實(shí)施形式，該 測(cè)量軸承用于根據(jù)本發(fā)明的軌道車輛102的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施形式中。
如圖3所示，軌道車輛102具有一車廂102. 1，該車廂支承在一旋轉(zhuǎn)車架102. 2上。 旋轉(zhuǎn)車架102. 2包括兩個(gè)車輪組102. 3，旋轉(zhuǎn)車架框102. 4通過車輪組支承裝置102. 5支承 在這些車輪組上。每個(gè)車輪組支承裝置102. 5包括一測(cè)量軸承101，所述測(cè)量軸承具有內(nèi) 部件101. 1，所述內(nèi)部件安裝在車輪組102. 3的車輪組軸(未示出)上，而其外部件(未示 出)支承在車輪組支承裝置102. 5的車輪組軸承殼體(未示出)中。
測(cè)量軸承101構(gòu)造成圓柱滾子軸承并構(gòu)造成三部分式的，其中該測(cè)量軸承構(gòu)造成 關(guān)于一對(duì)稱平面101. 2是鏡像對(duì)稱的。這里，測(cè)量軸承包括一第一部分101. 3、一第二部分 101. 4和一第三部分101.5。
測(cè)量軸承101的第一部分101. 3包括一內(nèi)環(huán)103形式的第一軸承環(huán)。測(cè)量軸承 101的第一部分101. 3還包括圓柱滾子104形式的N個(gè)滾動(dòng)體，這些滾動(dòng)體在內(nèi)環(huán)103的工 作面103. 1上運(yùn)行。通過圓柱滾子104主要沿主支承方向、這里沿測(cè)量軸承101的徑向方 向(圖1中的ζ方向)的承載車廂102. 1的重力的相應(yīng)份額。
內(nèi)環(huán)103在朝向車輪組軸的內(nèi)側(cè)上具有朝徑向方向指向的、第一盲孔105形式的 第一凹口，以及朝徑向方向指向的、第二盲孔106形式的第二凹口。
此外，內(nèi)環(huán)103在其內(nèi)側(cè)上具有沿其圓周方向環(huán)繞的第一槽107，所述第一槽通入 第一凹口 105中。內(nèi)環(huán)103還具有沿其圓周方向U環(huán)繞的第二槽108，所述第二槽通入第二 凹口 106中。這兩個(gè)槽107和108通過一相對(duì)于圓周方向U傾斜延伸的第三槽109相互連 接。這里，所述第三槽109沿測(cè)量軸承101的軸向方向(圖1中的y方向)完全穿過內(nèi)環(huán) 103延伸。
在第一凹口 105中設(shè)置第一傳感器裝置110，而在第二凹口 106中設(shè)置第二傳感 器裝置111。第一傳感器裝置110和第二傳感器裝置111分別包括兩個(gè)應(yīng)變測(cè)量帶，這兩 個(gè)應(yīng)變測(cè)量帶沿(凹口的)直徑方向相對(duì)地設(shè)置，從而這些應(yīng)變測(cè)量帶分別基本上沿內(nèi)環(huán) 103的圓周方向U定向。
第一傳感器裝置110的應(yīng)變測(cè)量帶110. 1、110. 2通過第一信號(hào)導(dǎo)線(例如銅漆包 線)與一遙測(cè)裝置112的發(fā)射器112. 1相連，所述發(fā)射器安裝在(未示出的)車輪組軸上。 第一信號(hào)導(dǎo)線這里在第一槽107中引導(dǎo)至第三槽109，然后通過第三槽109從內(nèi)環(huán)103中引 導(dǎo)到發(fā)射器112. 1(這在圖2中為了清楚起見示例性地只對(duì)于應(yīng)變測(cè)量帶110. 1完整地示 出)。
第二傳感器裝置111的應(yīng)變測(cè)量帶通過第二信號(hào)導(dǎo)線(例如銅漆包線)與發(fā)射器 112. 1相連。第二信號(hào)導(dǎo)線這里在第二槽108中引導(dǎo)至第三槽109，然后通過第三槽109從 內(nèi)環(huán)103中引導(dǎo)到發(fā)射器112. 1(這在圖2中為了清楚起見示例性地只對(duì)于兩個(gè)應(yīng)變測(cè)量 帶之一完整地示出)。
傳感器裝置110和111按長期以來已知的方式通過由應(yīng)變測(cè)量帶的變形(作為檢 測(cè)量)得到的電壓變化提供信號(hào)，所述信號(hào)代表在相應(yīng)的測(cè)量地點(diǎn)存在的對(duì)內(nèi)環(huán)103的載 荷。這里，傳感器裝置110和111根據(jù)可供使用的掃描率實(shí)時(shí)地提供關(guān)于測(cè)量軸承的實(shí)際 載荷的數(shù)據(jù)。在該實(shí)施例中，實(shí)現(xiàn)了非常高的時(shí)間上的分辨率，從而關(guān)于測(cè)量軸承101的旋 轉(zhuǎn)角能夠?qū)崿F(xiàn)最高至1°的角度分辨率。
發(fā)射器112. 1將傳感器裝置110和111的測(cè)量信號(hào)發(fā)送給遙測(cè)裝置112的處理單 元112. 2，所述處理單元相應(yīng)地進(jìn)一步處理傳感器裝置110和111的信號(hào)并由此得出測(cè)量軸 承101的實(shí)際載荷。
第三軸承部分101. 5如上所述與第一軸承部分101. 3對(duì)稱地構(gòu)成并具有相同數(shù)量 的傳感器裝置或應(yīng)變測(cè)量帶，這些傳感器裝置或應(yīng)變測(cè)量帶通過一沿軸向(圖1中的y方 向)延伸的(連接第一軸承部分101. 3和第三軸承部分101. 5的兩個(gè)第三槽109的)槽 101. 6同樣與發(fā)射裝置112. 1相連(如在圖2中為了清楚起見只是不完整地示出的那樣)。
因此通過第一和第三軸承部分101. 3、101. 5中各自四個(gè)垂直于軸向方向(圖1中 的y方向)定向的測(cè)量平面限定了測(cè)量的空間分辨率，所述空間分辨率通過第一軸承部分 101. 3中的兩個(gè)傳感器裝置110和111的四個(gè)應(yīng)變測(cè)量帶和第三軸承部分101. 5中的兩個(gè) 傳感器裝置的四個(gè)應(yīng)變測(cè)量帶限定。因此在測(cè)量軸承101中限定了八個(gè)這樣的測(cè)量平面。
這里可以理解，在本發(fā)明的其他變型方案中，還可以限定其他數(shù)量的測(cè)量平面，例 如通過在設(shè)置具有另外的(分別具有一個(gè)或多個(gè)應(yīng)變測(cè)量帶的)傳感器裝置的另外的凹 口。此外可以理解，在第一和第二凹口中可以分別設(shè)置其他數(shù)量的應(yīng)變測(cè)量帶。
凹口 105、106和槽107、108設(shè)計(jì)成使得內(nèi)環(huán)103的環(huán)橫截面只是最小地被削弱， 從而軸承101的高剛度只是發(fā)生不明顯的變化。因此可以得到與未變化的批量軸承的絕對(duì) 的類似性。
為了將在相應(yīng)的凹口的區(qū)域內(nèi)對(duì)第一軸承環(huán)的局部削弱保持盡可能小以及通過 測(cè)量實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量軸承101的受載區(qū)域充分的覆蓋，第一凹口 105和第二凹口 106在圓周方 向上和橫向于圓周方向具有相應(yīng)的間距。
這樣，第一凹口 105和第二凹口 106沿圓周方向相互隔開一第一圓周角α i (如在 圖2的展開圖中通過長度r · α工表示的那樣，其中r表示內(nèi)環(huán)103的內(nèi)半徑)，第一圓周角 對(duì)應(yīng)于第二圓周角Ci2的150%。第二圓周角Ci2通過圓柱滾子104的節(jié)距限定并還由上 面的等式(1)計(jì)算，即有
360°α,=-2 N
由此，在對(duì)第一軸承環(huán)103的削弱較小的同時(shí)使得可以實(shí)現(xiàn)傳感器裝置110、111 的一種特別有利的布置形式。在這種情況下應(yīng)該注意，兩個(gè)凹口 105、106的較小的間距在 以較短的路程從軸承環(huán)103中(例如通過相應(yīng)的信號(hào)導(dǎo)線)導(dǎo)出傳感器信號(hào)方面是有利10的。
如圖1和2所示，第一凹口 105和第二凹口 106設(shè)置在圓柱滾子104的運(yùn)動(dòng)空間 沿主支承方向、即徑向方向R的投影的區(qū)域內(nèi)。第一凹口 105和第二凹口 106這里沿橫向 于圓周方向U(圖1中的y方向)延伸的間隔方向隔開一橫向間距a。
滾動(dòng)體的運(yùn)動(dòng)空間也對(duì)應(yīng)于一圓環(huán)形，該圓環(huán)形通過在運(yùn)行中繞測(cè)量軸承103的 旋轉(zhuǎn)軸環(huán)繞運(yùn)行的圓柱滾子104限定。該運(yùn)動(dòng)空間沿間隔方向具有一橫向尺寸b。第一和 第二凹口 105、106的橫向間距a為橫向尺寸b的約50%。
在這種情況下也應(yīng)注意，兩個(gè)凹口 105、106的(沿橫向方向和圓周方向)較小的 間距在以較短的路程從軸承環(huán)103中(例如通過相應(yīng)的信號(hào)導(dǎo)線)導(dǎo)出傳感器信號(hào)方面是 有利的。
此外，為了相對(duì)于相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)軸承實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量軸承盡可能小的機(jī)械削弱，還限制 相應(yīng)凹口 105、106的深度。為此，第一凹口 105和第二凹口 106沿主支承方向(圖1中的 ζ方向)具有一深度尺寸f，其中該深度尺寸f為軸承環(huán)103的厚度尺寸d的約50%。
為了也實(shí)現(xiàn)通過第三槽109對(duì)第一軸承環(huán)103盡可能小的局部削弱，第一凹口 105 和第三槽109沿圓周方向相互隔開一第三圓周角Ci3地設(shè)置(如在圖2的展開圖中通過長 度r· α 3表示的那樣)，第三圓周角為第二圓周角Ci2的150%。
通過由其應(yīng)變測(cè)量帶同時(shí)記錄信號(hào)的測(cè)量平面的總數(shù)可以由在相應(yīng)圓周上的軸 承力測(cè)量得到各載荷區(qū)域的測(cè)量值。為了進(jìn)行分析處理，每個(gè)測(cè)量回路的測(cè)量數(shù)據(jù)可以通 過處理單元112. 2 “回轉(zhuǎn)復(fù)位”到一基準(zhǔn)角。
在另一個(gè)實(shí)施形式中，帶有應(yīng)變測(cè)量帶的各槽可以設(shè)置在軸承101的端壁上，以 便(也)檢測(cè)軸承101上的縱向力。
第二實(shí)施例
下面參考附圖4說明根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量軸承201的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。測(cè)量軸承 201在其結(jié)構(gòu)上以及在其功能原理上基本上對(duì)應(yīng)于測(cè)量軸承101，因此這里僅對(duì)區(qū)別之處 進(jìn)行說明。特別是，相同種類的部件用增加了數(shù)值100的附圖標(biāo)記表示。只要下面沒有另 行說明，則關(guān)于這些部件可以參考上面對(duì)第一實(shí)施例的說明。
與圖1的測(cè)量軸承101的唯一的區(qū)別在于，測(cè)量軸承201不是構(gòu)造成圓柱滾子軸 承，而是構(gòu)造成圓錐滾子軸承。這里，第一凹口 205和第二凹口 206(具有各自的環(huán)形通道 207或208和各自的傳感器裝置210或211)這樣設(shè)置，使得其縱軸平行于主支承方向H延 伸，所述主支承方向垂直于內(nèi)環(huán)203的圓柱滾子204的工作面203. 1定向。
前面只是根據(jù)這樣的實(shí)施例說明了本發(fā)明，在這些實(shí)施例中傳感器裝置設(shè)置在測(cè) 量軸承的內(nèi)環(huán)中。但可以理解，本發(fā)明的其他變型方案附加地或可選地也可以在測(cè)量軸承 的外環(huán)中設(shè)置傳感器裝置。
此外，前面只是根據(jù)這樣的實(shí)施例說明了本發(fā)明，在這些實(shí)施例中測(cè)量軸承構(gòu)造 成徑向軸承。但可以理解，本發(fā)明也可以在軸向軸承中使用。
最后可以理解，本發(fā)明不僅能與軌道車輛的車輪組軸承相結(jié)合使用，而且也可以 用于任意其他應(yīng)用場(chǎng)合，在這些應(yīng)用場(chǎng)合中，盡可能精確地確定軸承的實(shí)際載荷是希望的 并且是有利的。本發(fā)明特別是也可以用于任意其他類型的運(yùn)輸工具(如陸地、空中和水上 運(yùn)輸工具)、任意移動(dòng)和靜止的設(shè)備，例如風(fēng)力發(fā)電設(shè)備等。
權(quán)利要求
1.測(cè)量軸承，特別是用于軌道車輛的車輪組的測(cè)量軸承，包括一旋轉(zhuǎn)軸和至少一個(gè)第 一軸承環(huán)(103 ;203)，其中第一軸承環(huán)(103;203)限定主支承方向和橫向于主支承方向延 伸的圓周方向，第一軸承環(huán)(103;203)構(gòu)造成用于承受承載力，所述承載力具有至少一個(gè) 沿主支承方向的力分量，并且所述承載力在運(yùn)行中通過多個(gè)滾動(dòng)體(104;204)導(dǎo)入第一 軸承環(huán)(103 ；203)中，其特征在于，第一軸承環(huán)(103 ；203)具有至少一個(gè)第一凹口(105 ； 205)，在所述第一凹口中設(shè)置傳感器裝置(110 ；210)，其中傳感器裝置(110 ；210)構(gòu)造成用 于檢測(cè)代表導(dǎo)入第一軸承環(huán)(103 ；203)中的承載力的檢測(cè)量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量軸承，其特征在于，第一凹口(105;20幻設(shè)置在滾動(dòng)體 (104 ；204)的運(yùn)動(dòng)空間沿主支承方向的投影的區(qū)域內(nèi)，其中，滾動(dòng)體(104 ；204)的運(yùn)動(dòng)空間 對(duì)應(yīng)于一圓環(huán)形，該圓環(huán)形通過在運(yùn)行中繞旋轉(zhuǎn)軸環(huán)繞運(yùn)行的滾動(dòng)體(104;204)限定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的測(cè)量軸承，其特征在于，第一凹口(105;20幻朝第一軸 承環(huán)(103 ；203)的背向滾動(dòng)體(104 ；204)側(cè)面敞開。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的測(cè)量軸承，其特征在于，第一軸承環(huán)(103;203) 具有至少一個(gè)第二凹口(106 ；206)，在所述第二凹口中設(shè)置另外的傳感器裝置(111 ；211)， 其中所述另外的傳感器裝置(111 ；211)用于檢測(cè)代表導(dǎo)入第一軸承環(huán)(103 ；203)中的承 載力的檢測(cè)量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的測(cè)量軸承，其特征在于，第一凹口(105;20幻和第二凹口 (106 ；206)沿圓周方向和/或橫向于圓周方向相互隔開地設(shè)置。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的測(cè)量軸承，其特征在于，第一凹口(105;205)和第二凹 口(106 ；206)沿圓周方向相互隔開一第一圓周角地設(shè)置，滾動(dòng)體(104 ；204)在運(yùn)行中限定 一節(jié)距，該節(jié)距對(duì)應(yīng)于一第二圓周角，其中第一圓周角大于第二圓周角。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測(cè)量軸承，其特征在于，第一圓周角為第二圓周角的至少 110%，優(yōu)選為第二圓周角的至少130%，更為優(yōu)選地為第二圓周角的至少150%。
8.根據(jù)權(quán)利要求4至7中任一項(xiàng)所述的測(cè)量軸承，其特征在于，第一凹口(105；205)和 第二凹口(106;206)設(shè)置在滾動(dòng)體(104;204)的運(yùn)動(dòng)空間沿主支承方向的投影的區(qū)域內(nèi)， 其中，第一凹口(105 ；205)和第二凹口(106 ；206)沿橫向于圓周方向延伸的間隔方向相互 隔開一橫向間距地設(shè)置，滾動(dòng)體(104;204)的運(yùn)動(dòng)空間對(duì)應(yīng)于一圓環(huán)形，該圓環(huán)形通過在 運(yùn)行中繞旋轉(zhuǎn)軸環(huán)繞運(yùn)行的滾動(dòng)體(104;204)限定并在間隔方向上具有一橫向尺寸，橫向 間距為橫向尺寸的30%至70%，優(yōu)選為橫向尺寸的40%至60%，更為優(yōu)選地為橫向尺寸的 45%至 55%。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的測(cè)量軸承，其特征在于，第一凹口(105;205)在 主支承方向上具有深度尺寸，第一軸承環(huán)(103;20；3)在主支承方向上具有厚度尺寸，其中 深度尺寸為厚度尺寸的30 %至70 %，優(yōu)選為厚度尺寸的40 %至60 %，更為優(yōu)選地為厚度尺 寸的45%至55%。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的測(cè)量軸承，其特征在于，設(shè)有至少一個(gè)通入第一 凹口(105 ；205)中的導(dǎo)線通道(107 ；207)，所述導(dǎo)線通道構(gòu)造成用于從第一軸承環(huán)(103 ； 203)中導(dǎo)出與第一傳感器裝置(110 ；210)相連的信號(hào)導(dǎo)線。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的測(cè)量軸承，其特征在于，在第一軸承環(huán)(103; 203)設(shè)有至少一個(gè)沿圓周方向環(huán)繞并通入第一凹口(105 ；205)的第一槽(107 ；207) 。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的測(cè)量軸承，其特征在于，設(shè)有至少一個(gè)橫向于圓周方向延 伸的另外的槽(109)，所述另外的槽通入第一槽中。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的測(cè)量軸承，其特征在于，第一凹口(105;20幻和所述另外 的槽(109)沿圓周方向相互隔開一第三圓周角地設(shè)置，滾動(dòng)體(104 ；204)在運(yùn)行中限定一 節(jié)距，該節(jié)距對(duì)應(yīng)于一第二圓周角，并且第三圓周角大于第二圓周角，其中第三圓周角尤其 為第二圓周角的至少110%，優(yōu)選為第二圓周角的至少130%，更為優(yōu)選地為第二圓周角的 至少150%。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的測(cè)量軸承，其特征在于，第一軸承環(huán)(103;203) 限定一徑向方向，主支承方向?qū)?yīng)于該徑向方向。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的測(cè)量軸承，其特征在于，第一軸承環(huán)(103;203)限定一軸 向方向，并且沿該軸向方向相鄰地設(shè)置一第二軸承環(huán)(101. 5)，其中，特別是在第一軸承環(huán) (103 ；203)和第二軸承環(huán)(101. 5)之間設(shè)置一中間環(huán)(101. 4)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的測(cè)量軸承，其特征在于，第二軸承環(huán)(101.5)關(guān)于一垂直于 軸向方向延伸的對(duì)稱平面(101. 與第一軸承環(huán)(103 ；203)對(duì)稱地構(gòu)成。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的測(cè)量軸承，其特征在于，該測(cè)量軸承構(gòu)造成圓柱 滾子軸承(101)或圓錐滾子軸承(102)。
18.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的測(cè)量軸承，其特征在于，第一軸承環(huán)(103;203) 構(gòu)成測(cè)量軸承的內(nèi)環(huán)。
19.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的測(cè)量軸承，其特征在于，第一軸承環(huán)(103;203) 構(gòu)成測(cè)量軸承的在運(yùn)行中環(huán)繞運(yùn)行的軸承環(huán)。
20.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的測(cè)量軸承，其特征在于，第一傳感器裝置(110; 210)包括至少一個(gè)與第一軸承環(huán)(103 ；203)相連的應(yīng)變測(cè)量帶(110. 1,110. 2)，優(yōu)選包括 至少兩個(gè)應(yīng)變測(cè)量帶(110. 1、110. 2)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的測(cè)量軸承，其特征在于，第一傳感器裝置(110；210)包括 兩個(gè)應(yīng)變測(cè)量帶(110. 1,110.幻，這兩個(gè)應(yīng)變測(cè)量帶沿直徑方向相對(duì)置地設(shè)置在第一凹口 (105 ；205)中。
22.根據(jù)權(quán)利要求20或21所述的測(cè)量軸承，其特征在于，至少一個(gè)應(yīng)變測(cè)量帶 (110. 1,110. 2)基本上沿圓周方向定向。
23.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的測(cè)量軸承，其特征在于，第一傳感器裝置(110; 210)與一遙測(cè)裝置(112)的發(fā)射器(112. 1)相連。
24.具有根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的測(cè)量軸承(101；201)的軌道車輛。
25.用于確定測(cè)量軸承、特別是用于軌道車輛的車輪組的測(cè)量軸承的機(jī)械載荷的方 法，在該方法中采用測(cè)量軸承，所述測(cè)量軸承具有一旋轉(zhuǎn)軸和至少一個(gè)第一軸承環(huán)(103 ； 203)，其中第一軸承環(huán)(103;203)限定主支承方向和橫向于主支承方向延伸的圓周方向， 第一軸承環(huán)(103 ；203)構(gòu)造成用于承受承載力，所述承載力具有至少一個(gè)沿主支承方向的 力分量，并且所述承載力在運(yùn)行中通過多個(gè)滾動(dòng)體(104 ；204)導(dǎo)入第一軸承環(huán)(103 ；203) 中，其特征在于，通過第一傳感器裝置(110 ；210)在運(yùn)行中檢測(cè)代表導(dǎo)入第一軸承環(huán)(103 ； 203)中的承載力的檢測(cè)量并以第一測(cè)量信號(hào)的形式輸出所述檢測(cè)量，其中，第一傳感器裝 置(110 ；210)設(shè)置在第一軸承環(huán)(103 ；203)的第一凹口(105 ；205)中，并且第一傳感器裝置(110 ；210)的第一測(cè)量信號(hào)用于確定機(jī)械載荷。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，通過第二傳感器裝置(111；211)在運(yùn) 行中檢測(cè)代表導(dǎo)入第一軸承環(huán)(103;203)中的承載力的檢測(cè)量并以第二測(cè)量信號(hào)的形式 輸出所述檢測(cè)量，其中，第二傳感器裝置(111 ；211)設(shè)置在第一軸承環(huán)(103 ；203)的第二 凹口(106 ；206)中，并且第二傳感器裝置(111 ；211)的第二測(cè)量信號(hào)用于確定機(jī)械載荷。
27.根據(jù)權(quán)利要求25或26所述的方法，其特征在于，第一軸承環(huán)(103;20；3)限定一軸 向方向，沿該軸向方向相鄰地設(shè)置第二軸承環(huán)(101. 5)，并且通過至少一個(gè)第三傳感器裝置 在運(yùn)行中檢測(cè)代表導(dǎo)入第二軸承環(huán)(101. 中的承載力的檢測(cè)量并以第三測(cè)量信號(hào)的形 式輸出所述檢測(cè)量，其中，第三傳感器裝置設(shè)置第二軸承環(huán)(101. 的第二凹口中，并且第 三傳感器裝置的第三測(cè)量信號(hào)用于確定機(jī)械載荷。
28.根據(jù)權(quán)利要求25至27中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，第一傳感器裝置(110； 210)包括至少一個(gè)與第一軸承環(huán)(103 ；203)相連的應(yīng)變測(cè)量帶(110. 1,110. 2)，優(yōu)選包括 至少兩個(gè)應(yīng)變測(cè)量帶(110. 1、110. 2)。
29.根據(jù)權(quán)利要求觀所述的方法，其特征在于，第一傳感器裝置(110;210)包括兩 個(gè)應(yīng)變測(cè)量帶(110. 1,110. 2)，這兩個(gè)應(yīng)變測(cè)量帶沿直徑方向相對(duì)置地設(shè)置在第一凹口 (105 ；205)中并產(chǎn)生第一測(cè)量信號(hào)。
30.根據(jù)權(quán)利要求觀或四所述的方法，其特征在于，至少一個(gè)應(yīng)變測(cè)量帶(110.1、 110. 2)基本上沿圓周方向定向。
31.根據(jù)權(quán)利要求25至30中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，第一傳感器裝置(110； 210)的第一測(cè)量信號(hào)通過一遙測(cè)裝置(11 的發(fā)射器(112. 1)發(fā)送給該遙測(cè)裝置(112)的 分析處理單元(112. 2)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種測(cè)量軸承，特別是用于軌道車輛的車輪組的測(cè)量軸承，包括一旋轉(zhuǎn)軸和至少一個(gè)第一軸承環(huán)(103，其中第一軸承環(huán)(103)限定主支承方向和橫向于主支承方向延伸的圓周方向，第一軸承環(huán)(103；203)構(gòu)造成用于承受承載力，所述承載力具有至少一個(gè)沿主支承方向的力分量，并且所述承載力在運(yùn)行中通過多個(gè)滾動(dòng)體(104)導(dǎo)入第一軸承環(huán)(103)中。第一軸承環(huán)(103)具有至少一個(gè)第一凹口(105；205)，在所述第一凹口中設(shè)置傳感器裝置(110)，其中傳感器裝置(110)構(gòu)造成用于檢測(cè)代表導(dǎo)入第一軸承環(huán)(103)中的承載力的檢測(cè)量。
文檔編號(hào)B61F15/12GK102036869SQ200980118017
公開日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2009年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月31日
發(fā)明者A·盧齊, H-D·德爾納, J·洛伊施, R·施耐德 申請(qǐng)人:勃姆巴迪爾運(yùn)輸有限公司