用于测量轴承中的距离的距离测量模块以及传感器组件和轴承装置的制作方法

本发明首先涉及一种用于测量机械轴承中或者机械轴承上的距离的距离测量模块。本发明另外涉及一种套件形式的传感器组件，机械轴承能够基于该传感器组件扩建成传感器轴承。本发明还涉及一种传感器轴承形式的轴承装置。

背景技术：

de10136438a1教导了一种滚动轴承中的传感器装置，在该传感器装置中，多个传感器元件集成在滚动轴承的轴承套中。这些传感器元件可以通过数字总线来连接。

从de102009037424a1已知一种具有润滑介质传感器的轴承装置，该润滑介质传感器将关于润滑介质的状态的信息发送给中央接收站。

de10236790c1示出了一种具有多个极的电开关设备，其中每个极都具有至少一个连接接触部。

从de10064420b4已知一种用于分散地检测和分析物理事件的设备，其中测量元件能通过内部总线系统来编程。

de10054069a1示出了一种建筑物控制装置，该建筑物控制装置具有基础系统并且具有逻辑系统。基础系统包括至少一个激活模块，而该逻辑系统包括至少一个逻辑模块。

de102009021469a1示出了一种传感器轴承单元，该传感器轴承单元包括滚动轴承，该滚动轴承具有布置在轴承圈上的传感器壳体，该传感器壳体具有集成的传感器装置，用来检测轴承运行状态。传感器壳体设计为适配环。适配环如此确定尺寸，使得传感器轴承单元的径向尺寸或轴向尺寸最高等于具有相同的承载能力的滚珠轴承的径向尺寸或轴向尺寸。

de102012202522a1描述了一种具有滚动轴承的传感器轴承。滚动轴承包括内圈、外圈和布置在他们之间的滚动体。该传感器轴承还包含至少一个用于测量作用于滚动体上的力的测量传感器以及允许在测量传感器与信号接收器之间进行数据交换的通信装置。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于，能够从现有技术出发来改进机械轴承，使得其灵活地用于测量距离。

所提到的技术问题通过根据随附的权利要求1的距离测量模块，通过根据随附的并列权利要求9的传感器组件以及通过根据随附的并列权利要求10的轴承装置来解决。

根据本发明的距离测量模块用于测量在机械轴承中或在机械轴承上的空间距离。该轴承用于相对于第二机械零件支承第一机械零件。该机械轴承优选地是滚动轴承、线性轴承或滑动轴承。距离测量模块如此设计，使得能够集成到轴承中或者布置在轴承旁，由此该轴承扩展为传感器轴承。在传感器轴承中，利用距离测量模块来测量的距离以及必要时另外的物理参量能够在机械轴承运行期间在机械轴承上测得。所要测量的距离优选地存在于轴承的内圈与外圈之间。此外，所要测量的距离也可表示另外的物理参量，例如力。就这方面来说，该距离测量模块也可以用于测量从该距离推导出的物理参量中的一个或多个。所要测量的距离优选地与所述另外的物理参量中的一个成比例。

根据本发明的距离测量模块包括用于测量距离的传感器。该几何距离构成轴承状态参量。该距离可以形成在轴承内部、在轴承组件与外部元件之间或者在轴承的周围的元件之间。

根据本发明的距离测量模块包括电接口，用于将距离测量信号输出到基础架构模块上。该距离测量信号直接或间接地利用传感器获得。该距离测量信号优选是传感器的输出信号或者备选地优选是传感器的通过测量信号预处理单元来预处理的输出信号。该电接口优选地设计用于数据传输，以便输出数字数据形式的距离测量信号。该电接口还优选地设计用于传输供电电压，用于向距离测量模块供电。该电接口还优选地设计用于传输控制数据，用于控制距离测量模块。基础架构模块设计用于实现通信目的和/或用于存储和/或处理距离测量信号。该基础架构模块具有电接口，该基础架构模块能通过该接口与距离测量模块电连接。该基础架构模块优选地设计用于布置在轴承中。

根据本发明的距离测量模块包括机械接口，用于将距离测量模块机械布置在轴承的模块容纳部中。因此，该距离测量模块可以集成到轴承中。该距离测量模块优选地能固定在轴承的模块容纳部中。该距离测量模块优选地能不可拆卸地固定在轴承的模块容纳部中。

该距离测量模块的一个特别的优点在于，该距离测量模块允许灵活地扩展机械轴承来进行距离测量，通过该扩展能够实现对轴承或者包围该轴承的系统的状态监测。

根据本发明的距离测量模块优选地包括壳体，传感器布置在该壳体中并且机械接口设计在该壳体上。该机械接口优选地通过壳体的外部形状来限定。该机械接口还优选地包括在壳体上的紧固元件。

传感器优选地由涡流传感器形成。但是也可以应用另外的用于测量距离的测量原理。

涡流传感器优选地包括振荡回路，该振荡回路优选地通过电容器并且通过线圈来构成。涡流传感器还优选地包括用于激励振荡回路的振荡器。

涡流传感器优选地设计用于测量相距导电表面的距离。导电表面可以存在于轴承内部或者存在于轴承外部，并且导电表面限定了所要测量的距离的端点。

导电表面优选地设计在环件上。该环件优选地由金属制成。该环优选地设计用于安装在轴承的轴承圈上。导电表面优选地设计在该环件的端面中的一个上或者周向面上。

根据本发明的距离测量模块的优选的实施方式还包括信号处理单元，该信号处理单元可以设计用于不同的功能。信号处理单元优选地设计用于对传感器的输出信号进行测量信号预处理，从而信号处理单元设计用于向电接口输出距离测量信号。测量信号预处理单元优选地包括平均值生成器和/或偏差修正器。信号处理单元优选地也设计用于对数字距离测量信号进行编码，以能够通过设计在电接口中的数据总线来传输数字距离测量信号。信号处理单元优选地设计用于对传感器的测量误差进行修正。为此，信号处理单元优选地设计用于对与温度和/或静态和/或动态电磁干扰场相关的测量误差进行修正。信号处理单元优选地设计用于对涡流传感器中的振荡回路进行调节。

信号处理单元还优选地设计用于对输出信号进行线性化处理。对传感器的信号进行这样的处理，使得所产生的输出信号与通过该传感器测量的距离成线性比例。

信号处理单元优选地与传感器共同布置在壳体中。因此，距离测量模块形成已经能够实现信号处理的紧凑的模块。

根据本发明的传感器组件设置用于机械轴承并且包括多个模块，利用这些模块可以将至少一个机械轴承扩建成传感器轴承。传感器轴承是机械轴承，该机械轴承补充有传感装置，包括对于传感装置的运行来说所需的组件，从而能够在机械轴承运行期间在该机械轴承上测量至少一个物理参量。为了将机械轴承扩展成传感器轴承，应从传感器组件中选择多个模块并且应将该多个模块布置在机械轴承上。就这方面来说，根据本发明的传感器组件是套件。机械轴承优选地是滚动轴承。所要测量的物理参量包括至少一个距离或从中推导出的物理参量。

根据本发明的传感器组件的模块包括多个功能模块，用于测量轴承状态参量和/或用于在预定条件下触发和/或激活预定事件。这些不同的功能模块分别具有电接口，这些功能模块在电接口方面是兼容的。因此，这些不同的功能模块在他们的电接口方面能互换。这些功能模块中的至少一个由根据本发明的距离测量模块构成。优选地，该功能模块由根据本发明的距离测量模块的一个优选的实施方式构成。

根据本发明的传感器组件的模块还包括多个基础架构模块，用于完成通信任务和/或用于存储和/或处理预定的和/或所检测到的数据。这些不同的基础架构模块分别具有电接口，这些基础架构模块通过该电接口与这些功能模块中的至少多个能交互操作，从而这些不同的基础架构模块有助于确保相应的功能模块的功能。这些基础架构模块中的至少一个通过用于分析距离测量信号的信号分析单元构成。因此，信号分析单元与距离测量模块保持功能关联。距离测量模块优选地提供经预处理的原始数据形式的距离测量信号，而信号分析单元优选地用于分析经预处理的原始数据。因此，这两个功能不是通过单一模块来实现，而是通过两个模块、也就是说在两个不同的结构单元中实现。信号分析单元的电接口至少与距离测量模块的的电接口能交互操作。

根据本发明的传感器组件的一个特别的优点在于，该传感器组件允许灵活地扩展机械轴承，通过该扩展能够实现对轴承或者包围该轴承的系统的状态监测。

根据本发明的传感器组件的另一优点在于，该传感器组件允许灵活地扩展机械轴承，通过该扩展可以实现包含轴承的系统的新的或者经改善的功能性，其方式是扩展有传感器组件的轴承例如向该系统提供调节参量。

在根据本发明的传感器组件的特别优选的实施方式中，信号分析单元也设计用于分析这些不同的功能模块中的另外的功能模块的信号。因此，涉及一种共同的信号分析单元。

在根据本发明的传感器组件的优选的实施方式中，距离测量模块和所有另外的功能模块都分别具有电接口，该距离测量模块和所有另外的功能模块在他们的电接口方面是兼容的，使得所有功能模块都能在他们的电连接方面互换。

在根据本发明的传感器组件的优选的实施方式中，距离测量模块和这些功能模块中的至少另一个分别具有外部形状，他们在该外部形状方面是兼容的。因此，距离测量模块和这些功能模块中至少另一个能够在轴承中的为此设置的轴承结构空间之内互换。优选地，距离测量模块和所有另外的功能模块都分别具有外部形状，距离测量模块和所有另外的功能模块在外部形状方面是兼容的。

在根据本发明的传感器组件的优选的实施方式中，距离测量模块和这些功能模块中的至少另一个分别具有至少一个紧固元件，他们在紧固元件方面是兼容的。因此，距离测量模块和这些功能模块中的至少另一个能分别固定在轴承中的为此设置的模块容纳部的内部。该至少一个紧固元件例如由销或者通过螺丝构成。优选地，距离测量模块和所有另外的功能模块都分别具有至少一个紧固元件，他们在紧固元件方面是兼容的。

在根据本发明的传感器组件的优选的实施方式中，距离测量模块和这些功能模块中的至少另一个分别与信号分析单元能交互操作，使得他们能共同运行或者也能相互交换。优选地，距离测量模块和所有另外的功能模块分别与信号分析单元能交互操作。

根据本发明的传感器组件的模块优选地还包括多个向轴承组件供给的供给管理模块，其中，待供给的轴承组件通过由传感器组件组成的模块和/或通过机械轴承的另外的组件形成。这些供给管理模块中的至少多个优选地是不同的。供给管理模块的组合优选地包括至少一个用于向传感器轴承组件供应电能的模块。该至少一个用于供应电能的模块优选地设计用于向距离测量模块和/或信号分析单元供应电能。该至少一个用于供应电能的模块优选地由供电模块、蓄电池模块、电池模块、电容器模块、能量管理模块、能量采集模块、发电机模块、信号和能量输送模块和/或用于外部设备的能量接口模块形成。

根据一个有利的实施方式，另外的功能模块设计用于测量轴承状态参量，如加速度、转速、温度、力、旋转角和/或润滑剂质量。此外，另外的功能模块可以设计用于操控润滑剂泵或者用于通知的光学式或声学式显示。优选地，服务模块也属于这些另外的功能模块的组合，该服务模块在预定的条件下触发相对应的活动。

这些基础架构模块中的至少另一个优选地设计用于将模块与连接介质电连接。在此，优选地涉及一种使电接口与相应的周围环境适配的接口模块，例如具有在4ma与20ma之间的电流的接口或者以太网。优选地包含在传感器组件中的基础架构模块还有无线电模块、rfid(无线射频识别技术)模块、nfc(近距离无线通信技术)模块、存储器模块、缆线模块、标识模块和/或运行时间模块在存储器模块中能够例如存储由功能模块检测到的测量数据。此外，存储器模块也可以用于存储参考数据。

根据一个有利的实施方式，连接介质是总线系统。连接介质也可以是有线的总线系统。

基础架构模块中的至少一个优选地设计用于无线的数据交换。

这些模块优选地设置用于滚动轴承，使得这些模块能至少部分地集成到滚动轴承结构空间中。原则上，这些模块可以设置用于线性轴承或者用于旋转轴承。

根据本发明的轴承装置包括用于支承机械零件的机械轴承。根据本发明的轴承装置还包括根据本发明的传感器组件的功能模块中的至少一个。优选地，根据本发明的轴承装置包括根据本发明的传感器组件的功能模块中的至少两个。根据本发明的轴承装置在任何情况下均包括根据本发明的距离测量模块。因而，根据本发明的轴承装置的一个功能模块或者说根据本发明的轴承装置的多个功能模块中的至少一个由根据本发明的距离测量模块构成。根据本发明的轴承装置还包括根据本发明的传感器组件的基础架构模块中的至少一个。该至少一个基础架构模块至少包括信号分析单元。距离测量模块的电接口与信号分析单元的电接口电连接，使得经预处理的距离测量信号被传送到信号分析单元。

优选地，根据本发明的轴承装置也具有如下那些特征，所述特征结合根据本发明的距离测量模块并且结合根据本发明的传感器组件以及他们的优选的实施方式来说明。

根据本发明的轴承装置通过距离测量模块并且通过信号分析单元来设计，优选地用于轴承或者包围该轴承的系统的状态监测。

根据本发明的轴承装置通过距离测量模块并且通过信号分析单元来设计，还优选地用于向包围轴承的系统提供调节参量。

轴承装置的模块可以在需要时与处于轴承外部的系统连接。例如，单个模块都可以连接到外部的能量供给系统或者用于数据处理和数据分析的外部的装置上。该处在轴承之外的系统可以在需要时也包含传感器组件的基础架构模块中的一个或多个基础架构模块，诸如信号分析单元。

附图说明

下面参考附图从对本发明的优选实施方式的描述中得到本发明的另外的细节、优点和扩展方案。

具体实施方式

唯一的附图示出了根据本发明的用于测量在机械轴承(未示出)中的距离01的距离测量模块的一个优选实施方式的原理图。距离测量模块包括用于测量距离的传感器02和用于对传感器02的输出信号进行测量信号预处理的信号处理单元03。传感器02和信号处理单元03都布置在壳体04中。

壳体04具有机械连接元件06，壳体能通过该机械连接元件安装到机械轴承(未示出)中或者安装到机械轴承(未示出)上。

距离测量模块具有电源和通信连接元件07，距离测量模块通过该电源和通信连接元件来供电并且控制，并且由信号处理单元03输出的距离测量信号能够通过该电源和通信连接元件向距离测量模块之外传输。

附图标记列表

01距离

02传感器

03信号处理单元

04壳体

05-

06机械连接元件

07电源和通信连接元件