軸承殼體中的電容測量的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明在于軸承裝置，其包括安裝在殼體(120)中的軸承(110)，其中潤滑脂存在于殼體內用于潤滑軸承。該裝置還包括由電絕緣材料制成的支撐框架(130)，其布置在軸承和殼體密封件之間的殼體內的空間內。支撐框架上設有具有第一和第二電極(131，132)的配置成使得潤滑脂的一部分位于第一和第二電極之間的至少一個電極對。電容計設置成用于測量第一和第二電極之間的電容。所述至少一個電極對中的第一和第二電極設置在支撐框架的徑向取向的表面上，該表面被布置成使得脂能夠在軸向方向上在表面上移動。
【專利說明】
軸承殼體中的電容測量
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種包括安裝在殼體中的軸承的軸承裝置，其中該裝置包括電容傳感器，其可以用于例如確定存在于殼體內的潤滑脂的污染程度。
【背景技術】
[0002]為延長使用壽命，重要的是軸承得到適當潤滑。大多數(shù)軸承是脂潤滑，其中脂中的油在軸承運轉期間產生油膜，使?jié)L動接觸的表面分開。如果油膜破裂，發(fā)生金屬對金屬的接觸，如果油膜沒有補充，可能會迅速導致軸承故障。因此在某些應用中利用監(jiān)測方法監(jiān)測軸承中的潤滑狀態(tài)，從而使再潤滑可以在故障發(fā)生之前進行。例如，在文獻EP1676041中，使用電容測量確定油膜的膜厚度。
[0003]潤滑油的污染也可能導致軸承早期故障。如果油或潤滑脂含有磨粒，滾動接觸表面可能被損壞。水的存在也是不期望的，因為這可能會導致表面侵蝕和空穴化。由于極端的接觸壓力(可高達I至3GPA)，氫脆也可能發(fā)生，其中水可分解成其組成原子引起氫穿透軸承元件的表面，使得表面變得更脆。水也會加速脂內潤滑油或基油的氧化。
[0004]因此，在其中軸承可能暴露于污染物進入的應用中，有時進行潤滑劑的狀態(tài)監(jiān)測。電容測量可以用來檢測污染物。例如JP 2007198576，公開了一種密封的軸承，其中一對電極設在密封件的軸向取向的內表面上，用于檢測水的侵入。
[0005]現(xiàn)有技術仍有改善的余地。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明在于軸承裝置，該軸承裝置包括安裝在殼體中的軸承，其中脂存在于所述殼體內以潤滑所述軸承。所述裝置還包括由電絕緣材料制成的支撐框架，布置在殼體內的空間中，從而軸向地位于軸承和殼體密封件之間。所述支撐框架設有至少一個電極對，該電極對具有第一和第二電極，其被布置成使得所述潤滑脂的一部分位于所述第一和第二電極之間。提供用于測量所述第一和第二電極之間的電容的電容計。至少一個電極對的第一和第二電極設在所述支撐框架的徑向取向的表面上，該表面被布置成以使得所述脂能夠在軸向方向上在所述表面之上移動。
[0007]在一示例中，支撐框架是安裝到殼體上的環(huán)或環(huán)段。因此支撐框架可具有簡單的結構，其易于翻新改造到現(xiàn)有軸承裝置。
[0008]第一電極和第二電極設置在環(huán)或環(huán)段的徑向內表面上。合適地，所述環(huán)或環(huán)段具有低的徑向高度，使得環(huán)(段)和在殼體內被軸承支支撐的軸之間存在相當大的徑向間隙。其結果是，在軸承裝置中的潤滑脂在軸向方向的移動不被阻礙。這有益于實現(xiàn)在加入新鮮脂時用過的脂退出軸承殼體。此外，潤滑脂可以很容易地通過第一電極和第二電極，進而使電極被脂清洗。結果，在再潤滑事件之后測量的電容將準確地反映脂中污染的程度。如果電極被放置在支撐框架的軸向取向的表面上，存在著用過潤滑脂會卡在那的風險。
[0009]在一不例中，至少一個電極對中的第一電極和第二電極在周向上彼此隔開?？商娲?，第一電極和第二電極可以在軸向方向上肩并肩地布置。
[0010]在另一示例中，支撐框架包括第一和第二同心布置的環(huán)或環(huán)段，以使得它們之間存在徑向間隙，允許脂通過。合適地，所述至少一個電極對中的第一電極和第二電極分別設置在第一和第二環(huán)或環(huán)段上以使其徑向彼此相對。
[0011]在本發(fā)明的又一發(fā)展中，所述支撐框架上設有多個電極對。使用環(huán)段為例，徑向內表面上可以設有具有周向隔開的電極的第一電極對和具有軸向隔開的電極的第二電極對。當支撐框架包括同心環(huán)段時，第三電極對可具有徑向隔開的電極。
[0012]多個電極對的好處是，基于每個電極對的相對位置和在每個電極對之間測得的電容，確定殼體內污染程度的空間分布變得可能。因此，如當?shù)谝浑姌O對之間測量的第一電容大于所述第二電極對之間測量的第二電容時，可檢測污染的局部區(qū)域。
[0013]有利的是，軸承裝置可設有具有至少一個電極對的第二支撐框架，電極對設在徑向取向的表面上。合適地，第一和第二支撐框架被布置在軸承的兩軸向側。
[0014]因為潤滑劑的電容取決于潤滑劑的組成物，造成潤滑劑的不同介電性質的組成物的任何變化導致電容的變化。特別是，水的介電常數(shù)比常規(guī)使用的軸承潤滑劑如油和脂的介電常數(shù)高得多。金屬粒子的潤滑劑中的存在也將改變其介電常數(shù)。所測量的電容還可以指示在軸承殼體內的濕度的程度。
[0015]在軸承的正常運轉期間，期望電容沒有顯著變化。電容的突然增加可能表明進水或磨肩的存在。電容的突然減少可能表明因密封故障導致的脂泄漏。
[0016]因此，如果測量到電容劇烈變化，在軸承出現(xiàn)損傷之前，信號可被發(fā)送到例如脂栗，以啟動軸承再潤滑。
[0017]在本發(fā)明的一個實施方式中，軸承裝置還包括配置成確定脂溫度的溫度傳感器，溫度在操作期間可顯著變化。特別是，在靜態(tài)軸承與高速旋轉的軸承進行比較時可以預期溫度差。在一般情況下，脂的介電常數(shù)不隨溫度顯著變化。然而，水的介電常數(shù)，隨溫度變化很大。因此，通過測量溫度，可能被解釋為脂的水含量小變化的電容小變化，可正確地替換成被歸因為溫度變化。此外，通過觀察溫度依賴性的電容，脂的實際含水量可以更精確地確定。溫度傳感器可以是任何類型的本領域技術人員已知的類型。
[0018]在一個實施方式中，所述電容計包括被編程有用于測量電容的上下閾值的處理器。閾值可基于以相同脂潤滑的類似軸承裝置上的先前測量或可以基于理論計算來確定?？商娲鼗蛄硗獾兀鎏幚砥骺杀慌渲贸稍谝幌盗袝r間間隔處測量電容，并記錄在一系列連續(xù)測量之間的電容值的差?？梢韵薅▽τ谧畲笕菰S差值的閾值，其例如基于校準測量進行確定。然后，測得的差與所述閾值進行比較，以確定脂潤滑劑的狀態(tài)是否已受到不利影響。
[0019]有利的是，處理器被配置成，在閾值被超過的事件時，發(fā)送信號至潤滑栗，用于觸發(fā)再潤滑動作。由此可軸承可防止在可能損壞軸承的潤滑不良的狀態(tài)下工作。
[0020]本發(fā)明的其他優(yōu)點將從下面的詳細描述和附圖中變得明顯。
【附圖說明】
[0021]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一實施方式的軸承裝置的部件的透視圖，該裝置包括具有導電電極的支撐框架的第一示例；
[0022]圖2示出具有導電電極的支撐框架的第二示例的透視圖；
[0023]圖3示出具有導電電極的支撐框架的第三示例的透視圖；
[0024]圖4示出具有導電電極的支撐框架的第四示例的側視圖。
【具體實施方式】
[0025]在本詳細描述中，根據(jù)本發(fā)明的軸承裝置的各種實施方式是參考球面滾子軸承進行討論。應當注意的是，這決不限制本發(fā)明的范圍，它同樣適用于被安裝在殼體內且以潤滑脂潤滑的任何類型的軸承。
[0026]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的軸承裝置100的實施方式，包括安裝在殼體120中的球面滾子軸承110。殼體的上半部已被從圖中移除，以更好地揭示本發(fā)明軸承布置的組成部分。
[0027]軸承110包括內環(huán)112，外環(huán)115和設置在內環(huán)112上的內滾道和外環(huán)115上的外滾道之間的許多球形滾子(未示出)。在使用中，軸承相對于殼體120旋轉地支撐軸(未示出)。典型地，在殼體的孔122和軸之間設有徑向密封件，用于防止污染物進入到殼體中以及用于將潤滑脂(未示出)保持在殼體內。
[0028]在其中軸承于高度污染境中運行的應用中，它并不總是能防止污染物如水分的進入。為確保污染不會達到嚴重影響潤滑脂的潤滑能力或損壞軸承的水平，軸承裝置100設有電容傳感器。
[0029]電容傳感器包括由電絕緣材料例如聚合物材料制成的支撐框架130。在所描繪的實施方式中，支撐框架是基本上C形的環(huán)段。所述支撐架包括一個電極對，其由第一和第二導電電極131、132組成。在所描繪的示例中，第一電極和第二電極實施為弧形條，由導電材料制成，它們相對于彼此軸向地隔開。電容傳感器還包括電容計(未示出)，第一電極和第二電極連接于該電容計。
[0030]在第一電極和第二電極之間測得的電容取決于電極之間存在的介電材料的介電常數(shù)。當脂是電介質時，如果脂含有水分或如金屬顆粒，那么介電常數(shù)變化。因此測量電容提供了在脂中污染程度的指示。如果測得的量超過預定閾值，則激活警報。合適地，警報觸發(fā)再潤滑事件，其可以由維護人員手動地執(zhí)行，或者，如果軸承裝置被連接到潤滑栗，警報使?jié)櫥踝詣舆f送規(guī)定量的潤滑脂到軸承裝置100。
[0031]典型地，該軸承殼體120的上部包括用于遞送新鮮脂至軸承裝置中的油嘴。隨著新鮮的脂被輸送，所用的脂被壓出軸承裝置，或通過密封件或通過殼體120下部的出口孔或是這兩者結合。因此，重要的是該電容傳感器不會妨礙軸承殼體內潤滑脂的流動。
[0032]根據(jù)本發(fā)明，第一電極和第二電極131、132設在支撐框架的徑向取向表面、即環(huán)段的徑向內表面上。環(huán)段130被設置在殼體的下部，以使得累積在殼體下部的脂將與電極接觸。此外，環(huán)段具有比所述軸和所述殼體的內表面之間的徑向間隙小得多的徑向高度。因此，脂能在軸向方向在環(huán)段130上的電極131、132上移動。這不僅有益于實現(xiàn)脂在殼體內的流動，而且益于“清潔”的電極，以實現(xiàn)污染水平的更精確的測定。
[0033]在本發(fā)明的進一步發(fā)展中，電容傳感器包具有多個電極對的支撐框架。進一步發(fā)展的第一個示例示于圖2中。支撐框架還是C形環(huán)段130，其適于用于安裝在軸承裝置的殼體的下部，如在圖1A中所示。環(huán)形段130的徑向內表面上設有四個周向隔開的實施為弧形條的電極231、232、233、234。周向相鄰的電極231、232形成第一電極對的第一電極和第二電極；而周向相鄰的電極233、234形成第二電極對的第一電極和第二電極。每個電極對被連接到電容計，因而測量位于第一電極對的電極231、232之間的脂的第一電容，并且測量位于第二電極對的電極233、234之間的脂的第二電容。
[0034]多個電極對的使用能使污染的局部區(qū)域被識別。在大電容的脂被測量的實施方式中，有一種危險，即，盡管包括局部污染的區(qū)域，所測量的值將指示脂在可接受的狀態(tài)下。月旨的受到污染的部分可能到達軸承。因此，該電容計被優(yōu)選配置成:如果第一或第二測量電容超過預定閾值，觸發(fā)重新潤滑動作。
[0035]具有多個電極對支撐框架的另一個示例在圖3中描繪出。支撐框架再次是環(huán)形段130，環(huán)段的徑向內表面上設有八個電極，實施為導電材料的弧形條。第一組四個周向隔開的電極331、333、335、337相對于第二組四個周向隔開的電極332、334、336、338的電極周向地隔開。電極可由任何兩個電極來形成。在一實施方式中，每個電極對由軸向相鄰的電極例如形成331和332形成。在其他實施方式中，每個電極對由周向相鄰的電極例如332和334形成。軸向隔開和周隔開的電極對的組合也是可能的。每個電極連接到電容計，其測量位于每個電極對之間的脂的電容。因此，有可能在所述殼體內的多個位置測量軸向和/或圓周方向上的電容，以更精確地檢測潤滑脂內局部污染的區(qū)域。
[0036]具有多個電極對支撐框架的又一個實施方式在圖4中描繪出。支撐框架由電絕緣材料制成，并且包括第一環(huán)段，其適合于安裝于軸承殼體的下部。支撐框架還包括第二環(huán)段430b，其相對于第一環(huán)段430a同心地布置，由此環(huán)段之間存在徑向間隙。徑向間隙允許脂在環(huán)段之間的軸向方向上移動。為在徑向方向上測量電容，在兩個位置處，包括徑向相對的第一電極和第二電極431、432的第一電極對和包括徑向相對的第一電極和第二電極433、434的第二電極對設置在支撐框架430上。根據(jù)本發(fā)明，第一和第二電極對的第一電極431、433設置在第一環(huán)形段430a的徑向外表面上；第一和第二電極對的第二電極432、434設置在第二環(huán)段430b的徑向內表面上。
[0037]在另一實施方式，提供如在圖4中所描繪的支撐架，其設有至少一個電極對，該電極對具有徑向隔開的第一電極和第二電極，并且還設有具有軸向隔開的第一電極和第二電極的至少一個電極對以及具有周向隔開的第一電極和第二電極的至少一個電極對。脂的電容因此可在徑向方向上、在軸向方向上和在圓周方向上進行測量，實現(xiàn)潤滑脂內污染的的空間分布的精確確定。
[0038]已經描述了許多方面的發(fā)明的實施方式。但應該理解的是，各個方面/實施方式可以與任何其它方面/實施方式相結合。此外，本發(fā)明并不限于所述實施方式，而是可以在所附專利權利要求的范圍內變化。
【主權項】
1.一種軸承裝置(100)，包括: -軸承(110)，該軸承被安裝在殼體(120)中，該軸承包括內環(huán)(112)，外環(huán)(115)，以及布置在所述內環(huán)和所述外環(huán)之間的多個滾動元件； -潤滑脂，該潤滑脂設在所述殼體內以潤滑所述軸承； -支撐框架(130，430)，該支撐框架由電絕緣材料制成，布置在所述軸承(110)和殼體密封件之間的所述殼體內的空間中，所述支撐框架設有至少一個電極對，該電極對具有第一和第二電極(131，132)，該第一和第二電極被布置成使得所述潤滑脂的一部分位于所述第一和第二電極之間；以及 -電容計，該電容計被配置成測量所述第一和第二電極之間的電容，其中 所述至少一個電極對的第一和第二電極設在所述支撐框架(130，430)的徑向取向的表面上。2.根據(jù)權利要求1所述的軸承裝置，其中所述支撐框架包括環(huán)或環(huán)段(130，430)，其徑向高度比所述殼體的內表面與在所述殼體(120)內由所述軸承(110)支撐的軸之間的徑向間隙更小。3.根據(jù)權利要求2所述的軸承裝置，其中環(huán)或環(huán)段(130，430)被安裝在所述殼體(120)的下部。4.根據(jù)前述權利要求1-3中的任一項所述的軸承裝置，其中，所述至少一個電極對的第一和第二電極(131，132，331，332)軸向地彼此隔開。5.根據(jù)權利要求1至3中的任一項所述的軸承裝置，其中，所述至少一個電極對的第一和第二電極(231，232，331，333)周向地彼此隔開。6.根據(jù)權利要求1至3中的任一項所述的軸承裝置，其中，所述支撐框架(430)包括第一和第二同心布置的環(huán)或環(huán)段(430a，430b)，使得在所述環(huán)或環(huán)段之間存在徑向間隙，用于允許潤滑脂的通過，并且其中，至少一個電極對的第一和第二電極(431，432，433，434)分別設置在第一和第二環(huán)或環(huán)段的徑向相對的表面上。7.根據(jù)前述權利要求1-3中的任一項所述的軸承裝置，其中，所述支撐框架(130，430)包括多個電極對，其中每個電極對具有連接到所述電容計的第一電極和第二電極，以及其中所述電容計被配置成測量每個電極對之間的電容。8.根據(jù)權利要求7的軸承裝置，其中，所述支撐框架包括具有周向隔開的第一和第二電極的至少一個電極對，并且還包括具有軸向隔開的第一和第二電極的至少一個電極對。9.根據(jù)權利要求7所述的軸承裝置，其中所述支撐框架(430)還至少包括具有周向或軸向隔開的第一和第二電極的第二電極對。10.根據(jù)前述權利要求1_3，8，9中的任一項所述的軸承裝置，還包括與所述軸承裝置(100)連接的脂栗，所述脂栗被配置成當電極對之間被測量的電容值超過預定閾值時遞送預定體積的潤滑脂至所述軸承裝置。11.根據(jù)前述權利要求1_3，8，9中的任一項所述的軸承布置，包括第一和第二支撐框架，其中，每個框架設有用于測量電容的至少一個電極對。12.根據(jù)權利要求11所述的軸承裝置，其中，所述第一支撐框架被布置在所述軸承(110)的第一軸向側并且所述第二支撐框架被布置在所述軸承(110)的第二軸向側。
【文檔編號】F16C33/66GK106015351SQ201610183752
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年3月28日
【發(fā)明人】J.邦加爾茨, F.塔塔爾
【申請人】斯凱孚公司